[发明专利]一种基于低能X射线电离的真空电气设备真空度检测方法

说明书

本发明公开了一种基于低能X射线的真空电气设备真空度检测方法，包括X射线机，屏蔽箱，不同真空度的真空腔（真空度分别为：0.001Pa、0.01Pa、0.1Pa、1Pa），50Ω同轴电缆，变压器，整流二极管，保护电阻，滤波电容，采集电阻和采集装置，铅屏风。该方法具体为：X射线机发射X射线照射至真空电气设备的真空腔，对真空电气设备施加直流电压，采用脉冲电流法观察电离电流；通过施加电压，并施加X射线，观察电离电流强度的变化，从而达到对真空电气设备的真空度判断。照射装置带有10mm铅当量的铅屏蔽箱，防止X射线泄露危害使用者。由于X射线具有很强的物体穿透能力，从而使真空电气设备在不拆卸情况下检测真空度。从而为真空电气设备的真空度检测提供一种新方法。

技术领域

本发明涉及真空电气设备的真空度检测领域，特别是涉及一种基于低能X射线电离的真空电气设备真空度检测方法。

背景技术

真空电气设备以其无与伦比的优点广泛应用于输变电绝缘领域中，其核心部件——真空腔作为一种无源电真空器件，影响其可靠性的主要因素是真空度；真空腔的绝缘强度与真空度有着密切的联系；因此真空腔的真空度是保证真空电气设备绝缘性能的重要技术指标；运行中的真空电气设备的真空度若低于一定数量级，就可能导致真空电气设备不能进行良好的工作，从而影响正常的输变电，并造成极大的危害；随着对供电稳定性要求的提高，人们日益重视电气设备的运行安全，真空腔广泛应用于真空电气设备中，其真空度检测是人们所重点关注的问题。

现有的真空电气设备真空度测量有在线和离线两种方式，其离线技术相对成熟，主要有观察法、火花计法、电弧电压/电流法、工频耐压法等；X射线本质是一种波长极短，能量很大的电磁波，X射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力；X射线电离法是通过外加X 射线电离真空电气设备真空腔内的气体，在外加电压的作用下收集电离电流以检测真空度；虽然真空电气设备真空腔内壁较厚，但 X 射线的穿透力强，即使经过腔壁对 X 射线能量的衰减，依然能够激发真空腔内的气体电离；X 射线机发射的 X 射线对人体伤害较大，为了保证操作者的安全，需要将X射线机放入铅屏蔽箱内，并在真空腔体的对面放置防护铅屏风。

X射线照射对真空腔内半径为R球形体积所提供的初始电子数定量计算，由附图3说明，包括X射线机1，X射线束2，真空腔的陶瓷壳3，真空腔的屏蔽罩4，真空腔内半径为R球形体积5。

对于钨靶X射线管，X射线能谱的峰值位于最大电子能量值三分之二，平均能量约为最大电子能量值的一半；本研究使用的100kV管电压钨靶射线管，光子平均能量为50kV，能谱中光子密度峰值约66kV。

钨靶X射线管得发射效率可以由以下公式计算：

其中：E_t为管电压；Z为靶材原子序数（钨为74）。

靶心发出的X射线能量X₀：

其中：I_t为射线机的管电流。

X射线照射到真空腔的所辐照的剂量为 X₁：

其中：B为X射线散射的修正系数； r₀为X射线靶心到X射线机发射孔的距离；r₁为X射线靶心至球形体积内真空气体的距离；d₁为真空腔的陶瓷腔体的厚度；d₂为真空腔的屏蔽罩（材料一般为铜或不锈钢，这里按铜来计算）的厚度；μ_Air为空气线性衰减系数；μ_C为陶瓷腔体的线性衰减系数；μ_Vacuum为真空腔内真空气体的线性衰减系数；μ_Cu为铜的线性衰减系数。

因此，半径为R球形体积内放电的平均电子数N_e可由下列公式导出: