[发明专利]非线性绝缘电介质交流介电特性的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及高电压外绝缘领域，特别是涉及非线性绝缘电介质交流介电特性的测量方法。

背景技术

非线性绝缘电介质系指其介电参数随电场变化而变化的绝缘材料。场致增强型非线性绝缘电介质在不均匀电场中具有自行调控电场分布、避免电场集中的功能，为此被称为智能绝缘材料。这类材料的制备可通过在绝缘聚合物中添加纳米或微米无机半导体填料来实现。

目前大部分绝缘介质测试技术都是针对线性介质的，例如交流高压电桥、阻抗分析仪和介电谱仪等。高压交流电桥的平衡条件与频率有关而非线性绝缘介质在交流电压作用下响应电流含有高次谐波，因此电桥无法真正平衡，而由平衡条件计算得到的参数误差较大。而阻抗分析仪和介电谱仪的硬件电路中大都采用锁相放大器，所测得参数为等效参数；同时阻抗分析仪和介电谱仪不能提供足够高的激励电压，非线性绝缘电介质的非线性特征表现不明显。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种非线性绝缘电介质介电特性测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种非线性绝缘电介质交流介电特性的测量方法，包括以下步骤：

S1、对待测非线性绝缘电介质施加交流电压，检测非线性绝缘介质在交流电压作用下的响应电流；

S2、在时域上将响应电流分解为阻性电流和容性电流；

S3、在时域上将容性电流对时间进行积分得到电荷量的时域波形；

S4、由电荷量的时域波形计算得到电位移矢量的时域波形；

S5、确定加在非线性绝缘电介质上的电场强度，并综合电位移矢量的时域波形和电场强度的时域波形，得到电位移矢量和电场强度的关系特性曲线。

进一步地：

采用圆形平板电极对非线性绝缘电介质施加交流电压，步骤S4中，利用以下关系得到电位移矢量的时域波形：

其中D为电位移矢量，q为电荷量，r为圆形平板电极的半径。

采用示波器作为电流电压数据采集装置，采样频率20Mhz。

测量系统的等效阻抗R＜0.5kΩ。

采用变压器施加工频正弦交流电压，峰值在5kv左右。

所述变压器为无局放工频试验变压器。

步骤S3中，将电场强度为0的点作为积分起点。

采用圆形平板电极对非线性绝缘电介质施加交流电压，非线性绝缘电介质作为电介质夹在圆形平板电极间，采用三电极系统，电极装置放入绝缘油中。

所述交流电压为标准正弦波。

步骤S2中，测得的回路电流波形根据加减电流分解法进行分解，得到阻性电流和容性电流瞬时值波形。

步骤S5中，通过非线性绝缘电介质上的电压除以非线性绝缘电介质的厚度来计算电场强度。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种对具有非线性介电特性的电介质测试其介电特性的方法，该方法可实现在电介质在交流高压作用下非线性介电特性的测量。例如在工频交流环境中，对绝缘介质的试样进行直接测试，得到材料的非线性特性，可引入极高的电压等级和直接法测试，干扰误差小。在工频交流高压环境下对电介质直接测量，电压等级远比常用的电介质介电谱仪高。本发明提供的测量方法可满足实验室条件几种纳米材料改性的高温硫化硅橡胶非线性介电特性的测量。

附图说明

图1为采用本发明的测量方法测量非线性绝缘电介质交流介电特性的测量系统原理图；

图2为本发明的测量方法实施例中分解出的容性电流波形图；

图3为本发明的测量方法实施例测得的掺杂20％BST的硅橡胶的D-E特性曲线示例图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1至图3，在一种实施例中，一种非线性绝缘电介质交流介电特性的测量方法，包括以下步骤：

S1、对待测非线性绝缘电介质施加交流电压，检测非线性绝缘介质在交流电压作用下的响应电流；

S2、在时域上将响应电流分解为阻性电流和容性电流；

S3、在时域上将容性电流对时间进行积分得到电荷量的时域波形；

S4、由电荷量的时域波形计算得到电位移矢量的时域波形；

S5、确定加在非线性绝缘电介质上的电场强度，并综合电位移矢量的时域波形和电场强度的时域波形，得到电位移矢量和电场强度的关系特性曲线。