一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置包括测量装置、密闭腔体、控制装置、试样夹持装置，测量装置用于试样表面电荷的精确测量，包含用于移动静电容探针的三维运动机构和用于采集所述静电容探针信号的信号采集系统；三维运动机构布置于密闭腔体中；密闭腔体用于为试样提供高电压、高气压、高温度梯度；控制装置用于密闭腔体内温度梯度以及三维运动机构的控制；试样夹持装置包括高压电极和接地电极，用于在夹持不同形状的试样同时对试样施加电压。本发明专利技术的装置能够准确可靠地在不同气体环境中长期测量不同形状不同材料在不同温度梯度不同电场及气流场耦合作用下的表面电荷。用下的表面电荷。用下的表面电荷。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置


[0001]本专利技术属于测量
，尤其涉及一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置。

技术介绍

[0002]我国能源禀赋决定了大规模的西电东送、四横三纵远距离输电势在必行，而特高压直流输电是我国高电压、大容量、远距离电力输送与电网互联的重要手段，对我国的能源格局建设具有重大意义。然而近年来，在如特高压穿墙套管、GIL等直流设备的实际运行中，由于绝缘支柱引起的设备故障频发，而在长期直流应力作用下绝缘支柱表面积聚的电荷容易畸变绝缘材料表面电场，提供沿面闪络发生的种子电荷是导致绝缘材料表面绝缘性能显著降低的主要原因之一。因此有必要对固体材料表面电荷的积聚、消散机理及其对沿面绝缘性能的影响进行深入研究，其首先需要进行表面电荷的精准测量。
[0003]已有的表面电荷测量主要有空气中测量平板型试样表面电荷、绝缘气体内常温或不同温度下测量圆柱形试样表面电荷，采用的方法主要有静电容探头和有源探头法，但是主要测量条件较为单一，不能很好的模拟实际工程中的物理场景，同时目前的研究基本为短期的电荷积聚研究，鲜少有针对长期电荷积聚的测量。因此为了更加全面和有效地进行固体材料表面电荷积聚消散规律的研究，亟需提出一种高度模拟GIL中绝缘支柱实际运行工况、能够进行长期稳定测量表面电荷的三维表面电荷测量装置。

技术实现思路

[0004]针对上述不足，本专利技术提出了一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置，实现对不同气体环境中不同形状受测试样电场、温度梯度以及温度梯度作用产生的气流场共同作用下受测试样表面电荷短期/长期测量。
[0005]一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置，包括测量装置、密闭腔体、控制装置、试样夹持装置；其特征在于：
[0006]所述测量装置用于试样表面电荷的精确测量，包含用于移动静电容探针的三维运动机构和用于采集所述静电容探针信号的信号采集系统；所述三维运动机构布置于所述密闭腔体中；
[0007]所述密闭腔体用于为试样提供高电压、高气压、高温度梯度；
[0008]所述控制装置用于所述密闭腔体内温度梯度以及三维运动机构的控制；
[0009]所述试样夹持装置包括高压电极和接地电极，用于在夹持不同形状的试样同时对试样施加电压。
[0010]优选地，所述三维运动机构包括由X方向直线运动机构和Y方向直线运动机构组成的二维运动模组以及可旋转接地导杆；所述X方向直线运动机构和Y方向直线运动机构带动静电容探针移动，实现对平板型试样侧表面电荷的测量；后，实现对平板型试样不同侧表面电荷的测量，当试样为圆柱型试样时，可旋转接地导杆带动圆柱型试样旋转的同时配合Y方
向直线运动机构的运动，实现对圆柱型试样侧表面电荷的测量；当试样的直径或厚度不同时，通过调节静电容探针距离试样表面的距离进行适配。
[0011]优选地，密闭腔体包括金属上顶盖、金属腔体、高压导杆、绝缘护套；所述金属上顶盖的金属法兰与所述金属腔体连接固定，并采用密封圈对其间隙进行气密密封；所述绝缘护套固定于所述金属法兰上，并采用密封圈对其间隙进行气密密封；所述高压导杆从所述绝缘护套中穿过进入所述金属腔体内，其上端部与所述夹持装置的高压电极连接。
[0012]优选地，在所述绝缘护套底部加装环氧垫板，以保证其机械强度。
[0013]优选地，所述绝缘护套的材料为聚四氟乙烯。
[0014]优选地，所述可旋转接地导杆与所述金属腔体之间采用动密封技术，以保证可旋转接地导杆在旋转以及相对于所述金属腔体底部上升和下降过程中保持气密性。
[0015]优选地，所述密闭腔体底部设置有用于放置所述二维运动模组的半孔槽，便于调节静电容探针相对于试样表面的距离；所述可旋转接地导杆穿过密闭腔体底部设置的孔，并与所述夹持装置的接地电极连接。
[0016]优选地，所述控制装置包括，通过PID控制器控制加温元件的温度，并通过接地导杆间接提升接地电极的温度；通过风冷机控制器控制冷却机构的冷却温度，从而降低与其连接的高压电极的温度，以在密闭腔体中形成温度差；通过探针运动可编程控制器控制三维运动机构的运动。
[0017]优选地，所述静电容探针包括接地外壳、紫铜探针、绝缘支撑和聚四氟乙烯填充以及SMA连接端，所述绝缘支撑采用分段式。
[0018]优选地，所述夹持装置包括用于夹持不同直径不同高度圆柱型试样的倒角为圆柱结构的电极，以及用于夹持不同厚度不同边长的平板型试样的倒角为平板结构的电极。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020](1)本专利技术的装置，能够为受测试样提供模拟实际GIL/GIS等气体绝缘装置SF6气体环境中电
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热
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流多物理场耦合的高气压强电场大温度梯度施加条件，通过在密闭腔体内对上下电极的精准温控和电压施加，相比于以往在空气中对电荷的测量、在密闭腔体内常温或无温度梯度下的表面电荷测量，实现了高气压强电场大温度梯度下表面电荷的测量，提升了表面电荷测量结果在实际工程中的应用潜力。
[0021](2)本专利技术装置中的测量装置所用静电容探头基于静电感应原理，并改进了传统静电容探头结构提高电荷测量精度。采用本专利技术的这种结构使得静电容探头结构较为简单，便于加工，相较于传统粉尘图法能够通过表面电位与表面电荷之间的线性标定试验对表面电荷进行定量测量，相较于有源静电探头法的空间分辨率更高，而实际工程中的电压较高，为便于试验室研究常采用小尺寸的试样进行测量。本专利技术中的静电容探头空间分辨率(等效半径在0.6mm左右)较高，对于小尺寸(cm级)试样的多点位表面电荷测量更加精准。
[0022](3)不同形状的试样适用于不同类型的试验，为了对不同类型试验所用的不同类型的试样能够更好的控制表面电荷测量试验的变量，有必要设计能够夹持不同形状试样的试样夹持件用于不同形状试样测量时的夹持，本专利技术中的可拆换式试样夹持装置有效的解决了这一问题，从而实现了对不同类型试样的表面电荷测量，提高了本专利技术装置的应用场景并且增加了其适用对象。
附图说明
[0023]图1为本专利技术表面测量装置的整体结构图；
[0024]图2是三维运动机构结构示意图；
[0025]图3(a)是金属上顶盖结构示意图；图3(b)
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(c)是金属腔体结构示意图；
[0026]图4是金属腔体中的底部半孔槽的结构示意图；
[0027]图5是静电容探针结构示意图；
[0028]图6(a)是圆柱试样夹持装置结构示意图；图6(b)是平板试样夹持装置结构示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图，对实施例作详细说明。
[0030]以往国内外研究中对于圆柱或平板试样的表面电荷测量差异较大，圆柱试样一般竖直放置后进行测量，而平板试样多是进行平放后进行测量。对于绝缘支柱而言，竖直放置下测量才能更好的考虑温度梯度及电极结构对气流场的影响，而气流场对材料表面电荷有不可忽视的影响，因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置，包括测量装置、密闭腔体、控制装置、试样夹持装置；其特征在于：所述测量装置用于试样表面电荷的精确测量，包含用于移动静电容探针的三维运动机构和用于采集所述静电容探针信号的信号采集系统；所述三维运动机构布置于所述密闭腔体中；所述密闭腔体用于为试样提供高电压、高气压、高温度梯度；所述控制装置用于所述密闭腔体内温度梯度以及三维运动机构的控制；所述试样夹持装置包括高压电极和接地电极，用于在夹持不同形状的试样同时对试样施加电压。2.根据权利要求1所述的一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置，其特征在于：所述三维运动机构包括由X方向直线运动机构和Y方向直线运动机构组成的二维运动模组以及可旋转接地导杆；所述X方向直线运动机构和Y方向直线运动机构带动静电容探针移动，实现对平板型试样侧表面电荷的测量；后，实现对平板型试样不同侧表面电荷的测量，当试样为圆柱型试样时，可旋转接地导杆带动圆柱型试样旋转的同时配合Y方向直线运动机构的运动，实现对圆柱型试样侧表面电荷的测量；当试样的直径或厚度不同时，通过调节静电容探针距离试样表面的距离进行适配。3.根据权利要求1所述的一种适用于多种形状试样的三维表面电荷测量装置，其特征在于：所述密闭腔体包括金属上顶盖、金属腔体、高压导杆、绝缘护套；所述金属上顶盖的金属法兰与所述金属腔体连接固定，并采用密封圈对其间隙进行气密密封；所述绝缘护套固定于所述金属法兰上，并采用密封圈对其间隙进行气密密封；所述高压导杆从所述绝缘护套中穿过进入所述金属腔体内，其上端部与所述夹持装置的高压电极连接。4.根据权利要求3所述的一种适用于多种形状试样的三维表...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐波，杨霄，申旭辉，李成榕，张一，李立，张钧阳，孙财新，章卓雨，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：