[发明专利]一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置及方法

说明书

本发明提供一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置及方法，涉及固体绝缘材料的表面电荷测量技术领域。测量装置包括高压电源、保护电阻、低压电源、密闭气室、高压充电装置和电位测量装置。测量方法首先高压电源通过保护电阻连接针电极，栅电极连接低压电源，对绝缘材料试样薄片进行电荷注入，充电结束后断开电源，利用探头运动导杆使探头移至试样上方，配合旋转连接导杆的旋转带动试样实现对试样的全平面电位测量，并绘制电位随消散时间的变化曲线，运用数学公式计算分析气固交界面的电荷陷阱能级分布。本发明可适用于不同电压形态类型、不同固体绝缘材料、不同绝缘气体下的气固交界面的表面电荷测量和陷阱能级分布研究，测量范围广泛。

技术领域

本发明涉及固体绝缘材料的表面电荷测量技术领域，尤其涉及一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置及方法。

背景技术

绝缘材料具有优异的电绝缘性能，其电阻率高，介电损耗低，电击击穿强度高，因此被广泛应用于电子电气、核反应堆以及空间站等设备中。对于一般的电气设备来说，在由金属导体、绝缘材料和气体构成的电气系统中，当在导体上施加一定电压时，就会在其附近形成空间电场。一旦电场达到临界值，就会引起绝缘材料发生闪络，出现沿面放电。随着电压进一步升高，绝缘材料发生极化，介电性能大大降低，系统绝缘失效，引起电气设备损坏和事故的发生。因此，绝缘材料的绝缘性能的好坏直接影响到电力设备能否安全稳定运行。

近年来，研究者发现在材料周围施加一定电场作用时，材料表面会积累一定的电荷，成为表面电荷。表面电荷的存在对材料的性能有重要影响，它不仅可以使自身周围的电场畸变，同时还为沿面放电提供放电电荷以及放电通道。因此研究材料表面电荷的动态特性尤其是消散过程中衰减特性意义重大。表面电位衰减过程与电荷注入、入陷-脱陷、电荷迁移等物理现象密切相关，通过建立适当模型，分析表面电位衰减动态特性，即可获得试样表面陷阱能级分布和载流子迁移率等参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置及方法，利用高压充电和表面电位测量技术以及现有仪器，在不同电压等级类型下，对不同气体和不同聚合物材料试样的气固交界处的表面电荷进行测量分析，绘制陷阱能级分布曲线来表征绝缘材料和不同气体交界面处的表面电荷特性，确定电荷在绝缘材料内部的运输特性，为解决绝缘子沿面闪络问题和其老化状态的评估提供了重要的理论依据，具有典型的工程实践指导意义。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种聚合物表面电荷与陷阱能级特性测量装置，包括高压电源、保护电阻、低压电源、密闭气室、高压充电装置和电位测量装置；

所述高压充电装置包括均压环、高压电极、针电极、栅板电极、栅电极引出线、绝缘支架、绝缘试样、平板电极、旋转连接导杆、支撑杆、绝缘挡板、第一驱动装置和第二驱动装置；所述电位测量装置包括测量探头、探头绝缘套、探头运动导杆、第三驱动装置和连接测量探头的电位计、单片机、计算机；所述针电极、栅板电极、绝缘支架、绝缘试样、平板电极、绝缘挡板、测量探头、探头绝缘套均完全封装在密闭气室中；

所述密闭气室为一筒装罐体，筒状主罐体下端固接有下盖板，上端搭接有盆式绝缘子；所述密闭气室的筒状主罐体上左右两侧分别设有左侧法兰结构和右侧法兰结构；所述下盖板上开设有左右两个通孔，分别为第一通孔和第二通孔；所述下盖板上还开设有一个气孔，该气孔中插接有一气管；

所述高压电源的高压端通过保护电阻连接至高压电极，所述高压电极插接在密闭气室顶端的盆式绝缘子中；所述高压电极上下两端均套接一个均压环，两个均压环分别位于密闭气室的外部和内部；所述高压电极下端通过电极连接导线连接针电极一端；