非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置制造方法
【專利摘要】非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置，屬于高電壓技術與流體力學交叉學科領域，本實用新型為解決現(xiàn)有產生徑向偏振光和角向偏振光的裝置結構復雜，成本高的問題。本實用新型包括反應容器，所述反應容器內部充滿液體電介質，反應容器內部相對設置有針式高壓電極和接地電極，光纖的光輸入端設置在針式高壓電極的放電端和接地電極的電弧接收端的間隙處，光纖的光輸出端連接光電倍增管的光信號輸入端，光電倍增管的電信號輸出端與放大器的輸入端相連，放大器的輸出端與示波器的顯示信號輸入端相連；高壓直流電源的一端連接針式高壓電極高壓供電端子；高壓直流電源的另一端通過接地保護電路接地；接地電極通過接地保護電路接地。
【專利說明】非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種耐電強度測試技術，屬于高電壓技術與流體力學交叉學科領 域。
【背景技術】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)電壓的提高，急需開發(fā)新型電介質滿足電力設備絕緣的需求。目前 電力電容器、變壓器等電力設備中大多仍采用液體電介質來增強絕緣系統(tǒng)的電氣強度，因 此，合理運用液體電介質，提高電氣設備使用壽命，減少或消除由于絕緣介質擊穿導致的電 氣設備故障，才能確保發(fā)電、輸電及用電安全可靠。因此，對液體電介質放電現(xiàn)象的深入探 索，不但可以為電力設備結構設計提供技術支持和理論依據，而且也可以拓展液體電介質 應用的新領域。
[0003] 關于液體電介質擊穿的機理，許多學者進行了大量的研宄工作，但由于問題的復 雜性，到目前為止，液體電介質的擊穿理論還很不完善。由于液體電介質放電與其含氣、含 雜質情況密切相關，在液體凈化技術不夠高的條件下，液體凈化程度沒有嚴格的指標規(guī)定， 因此不少研宄得到的實驗結果差異很大，無法進行分析比較。近年來，隨著液體凈化技術不 斷的提高，得到一些合乎規(guī)律的實驗結果，從而建立了一些比較粗糙的液體電介質擊穿理 論觀點：電擊穿理論、氣泡擊穿理論以及雜質小橋理論。
[0004] 電擊穿理論是把氣體碰撞電離擊穿機理擴展用于液體，并進一步把碰撞電離與液 體分子振動聯(lián)系起來；氣泡擊穿理論是基于液體電介質擊穿往往與液體含氣或從液體中產 生氣體密切相關提出來的；而雜質小橋理論主要是針對液體電介質中因為受潮而含有水分 或其他紙、布脫落的纖維等固體雜質對液體擊穿的影響提出來的。這些理論雖然在一定程 度上能定性的解釋液體電介質擊穿現(xiàn)象，但都具有局限性。隨著科學技術的進步，國內外學 者對液體電介質的擊穿過程研宄已經取得了很多成果。
[0005] 中國科學院電氣工程研宄所研宄了脈沖電壓下液體和固體絕緣材料的擊穿特性， 通過蓖麻油、變壓器油、聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜的擊穿實驗的波形處理和分析，說明了擊 穿電壓與脈沖陡度、脈沖寬度和作用時間的相互關系，給出了一些具體的絕緣材料擊穿值。 美國克拉克大學研宄所從電壓極性的角度，研宄在300ns/3ms脈沖電壓條件下對烷烴進行 擊穿特性研宄，實驗結果表明，一般的正流注以超聲速呈樹枝狀增長，負流注以亞聲速呈刷 狀傳播。正流注也能夠以亞聲速呈刷狀傳播，電壓由低變到高，更容易發(fā)生超聲波擊穿。當 間隙較大時，流注速度也會從亞聲波轉化為超聲波，但絕對不會反向轉化。Beroual和Zahn Markus都發(fā)現(xiàn)電壓極性對流注的傳播有明顯的影響，正流注和負流注有著不同的傳播速度 和發(fā)展階段，受液體電介質種類、外加電壓幅值U、針電極曲率、周期、液體有無添加物等的 影響，且在不同的階段占據著不同的發(fā)展時間比例。Chadband利用變壓器油和兩種硅油，在 2-3mm針-板電極間隙、幾百納秒脈沖電壓作用的條件下發(fā)現(xiàn)，正流注速度隨間隙距離d的 減小或外加電壓U的升高而增大。
[0006] 目前，還未發(fā)現(xiàn)具有系統(tǒng)性地實現(xiàn)不同種類非均勻電場液體的擊穿特性研宄的實 驗裝置。 實用新型內容
[0007] 本實用新型目的是為了解決目前的技術未能實現(xiàn)不同種類非均勻電場下液體擊 穿特性研宄難題，提供了一種具有系統(tǒng)性地實現(xiàn)不同種類非均勻場液體電介質耐電強度的 測試裝置。
[0008] 本實用新型所述非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置，它包括反應容器， 所述反應容器內部充滿液體電介質，反應容器內部相對設置有針式高壓電極和接地電極， 光纖的光輸入端設置在針式高壓電極的放電端和接地電極的電弧接收端的間隙處，光纖的 光輸出端連接光電倍增管的光信號輸入端，光電倍增管的電信號輸出端與放大器的輸入端 相連，放大器的輸出端與示波器的顯示信號輸入端相連；高壓直流電源的一端連接針式高 壓電極高壓供電端子；高壓直流電源的另一端通過接地保護電路接地；接地電極通過接地 保護電路接地。
[0009] 本實用新型的優(yōu)點：本實用新型提供了一種非均勻場下液體電介質耐電強度實驗 裝置，電極系統(tǒng)可調實現(xiàn)不同種類電場需求；可屏蔽外界噪聲以及液體介質雜質等對放電 研宄過程的干擾問題；適用于研宄液體電介質在不同種類非均勻電場下微觀粒子運動對其 耐電強度的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是本實用新型所述非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置的結構示意 圖；
[0011] 圖2是場致電離機理示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0012] 一：下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述非均勻場 下液體電介質耐電強度的測試裝置，它包括反應容器1，所述反應容器1內部充滿液體電介 質2,反應容器1內部相對設置有針式高壓電極3和接地電極4,光纖5的光輸入端設置在 針式高壓電極3的放電端和接地電極4的電弧接收端的間隙處，光纖5的光輸出端連接光 電倍增管7的光信號輸入端，光電倍增管7的電信號輸出端與放大器8的輸入端相連，放大 器8的輸出端與示波器9的顯示信號輸入端相連；高壓直流電源6的一端連接針式高壓電 極3高壓供電端子；高壓直流電源6的另一端通過接地保護電路接地；接地電極4通過接地 保護電路接地。
[0013] 反應容器1采用絕緣、密閉且屏蔽的箱體。防止白噪聲對放電過程的干擾。
[0014] 充滿液體電介質2選取GB2536-90變壓器油及不同種類液體電介質。變壓器油為 透明，無懸浮和機械雜質，排除如氣泡和雜質產生的局部放電對變壓器油放電過程的影響。
[0015] 針式高壓電極3和接地電極4均為金屬材料，且電極表面粗糙度保持在V9的程 度。
[0016] 根據場致電離機理在變壓器油放電過程中產生的空間電荷，利用所述的空間電 荷，結合流體動力學模型，研宄在非均勻場下液體電介質的耐電強度。場致電離是一種直接 的電離機理，即在液體電介質某處區(qū)域電場強度達到IXl〇8V/m及以上時，處于此區(qū)域的 液體分子內部處于低能級電子受電場激勵獲得能量，向高能級躍迀，成為自由迀移的電子， 在生成自由電子的同時，原本顯電中性的液體分子因失去電子而成為正離子。參見圖2所 示，為場致電離機理示意圖。通常在低電場條件下，液體分子中的電子在各自能級上圍繞原 子核做圓周運動；當液體介質中某處處于極端電場下，電場強度達到IXl〇8V/m及以上時， 處于該區(qū)域的液體分子內部低能級電子將受到電場激勵，所獲得的能量足以使其向高能級 躍迀，電子掙脫原子核的束縛，成為自由電子。在生成自由電子的同時，原本顯電中性的液 體分子因失去電子而成為正離子。由于電子迀移率遠高于離子迀移率，因此當電子迅速向 正極迀移時，在原位置便留下了新生成的正離子。
[0017] 所述空間電荷包括，正離子、負離子以及電子。
[0018] 利用針-球電極在放電過程中產生的光現(xiàn)象，通過光纖5及光電倍增管7將光信 號轉換成電信號，在示波器9顯示出電壓變化規(guī)律。結合流體中微觀粒子在場致電離機理 下的運動規(guī)律，在控制器9中分析出在非均勻場下粒子運動對液體電介質耐電強度的影 響。
[0019] 以上描述的是本實用新型的基本原理、特征和優(yōu)點。本實用新型不受上述實施例 的限制，上述實施例和說明書描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型范 圍的前提下本實用新型還會有各種的變化和改進，所作的變化和改進都應視為屬于本實用 新型的保護范圍。
【權利要求】
1. 非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置，其特征在于，它包括反應容器（I)，所 述反應容器（1)內部充滿液體電介質（2)，反應容器（1)內部相對設置有針式高壓電極（3) 和接地電極（4)，光纖（5)的光輸入端設置在針式高壓電極（3)的放電端和接地電極（4)的 電弧接收端的間隙處，光纖（5)的光輸出端連接光電倍增管（7)的光信號輸入端，光電倍增 管（7)的電信號輸出端與放大器（8)的輸入端相連，放大器（8)的輸出端與不波器（9)的 顯示信號輸入端相連；高壓直流電源（6)的一端連接針式高壓電極（3)高壓供電端子；高 壓直流電源（6)的另一端通過接地保護電路接地；接地電極（4)通過接地保護電路接地。
2. 根據權利要求1所述非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置，其特征在于，反 應容器（1)采用絕緣、密閉且屏蔽的箱體。
3. 根據權利要求1所述非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置，其特征在于，充 滿液體電介質（2)選取GB2536-90變壓器油。
4. 根據權利要求1所述非均勻場下液體電介質耐電強度的測試裝置，其特征在于，針 式高壓電極（3)和接地電極（4)均為金屬材料，且電極表面粗糙度保持在V9的程度。
【文檔編號】G01R31/12GK204177915SQ201420688322
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】趙大偉, 鄭殿春, 陳亭, 王正偉 申請人:哈爾濱理工大學