本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯。

背景技術(shù)：

在常見的電容型脈沖功率驅(qū)動(dòng)源中，同軸脈沖形成線是最常用的高壓儲(chǔ)能、脈沖整形單元部件。脈沖形成線廣泛使用變壓器油、甘油、去離子水、電容器油、蓖麻油、乙二醇等絕緣油填充來(lái)進(jìn)行絕緣、儲(chǔ)能或脈沖整形。在脈沖形成線的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)絕緣油的油隙擊穿數(shù)據(jù)獲得絕緣油的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，從而進(jìn)行冗余安全設(shè)計(jì)。

一般采用標(biāo)準(zhǔn)油杯對(duì)絕緣油進(jìn)行耐壓測(cè)試。參照?qǐng)D1，目前市場(chǎng)上常用的絕緣油標(biāo)準(zhǔn)油杯采用陶瓷杯體1，杯體壁對(duì)應(yīng)兩端安裝有銅電極3，銅電極3的導(dǎo)桿為光桿，需要用緊定螺釘4來(lái)對(duì)銅電極3進(jìn)行固定。銅電極的直徑為25mm，電極間間距為2.5mm。通常耐壓測(cè)試油杯主要用于高壓、電力電氣等行業(yè)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)采用交流50/60Hz或者直流電壓對(duì)油杯電極間隙進(jìn)行慢充電，從而獲得試驗(yàn)油耐壓值。實(shí)驗(yàn)一般在常壓環(huán)境下進(jìn)行，且最高電壓一般不超過(guò)80～100kV。

與以上測(cè)試條件不同的是，目前脈沖形成線的充電時(shí)間一般為10～100us量級(jí)，電壓為幾百kV～MV，絕緣距離也遠(yuǎn)大于2.5mm。

對(duì)于液體絕緣介質(zhì)，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的公式近似表示為：其中，E_br為擊穿場(chǎng)強(qiáng)，MV/cm；A為其電場(chǎng)與電極上最大電場(chǎng)的偏離不大于10％的那部分電極面積，cm²；t是有效時(shí)間，μs，定義為達(dá)到最大電場(chǎng)63％的時(shí)間，k為常數(shù)。由公式可以推知，絕緣油的油隙擊穿電壓與樣品的大小、電極間隙及充電方式(脈沖充電耐壓值更高)相關(guān)。當(dāng)設(shè)計(jì)尺寸比測(cè)試樣品大好幾個(gè)量級(jí)時(shí)，其耐壓數(shù)據(jù)的偏差較大?，F(xiàn)有耐壓測(cè)試油杯的電極盤直徑和油隙間距過(guò)小，測(cè)試獲得的擊穿電壓值過(guò)低，與形成線的實(shí)際尺寸或?qū)嶋H耐壓環(huán)境縮比太大，因此，現(xiàn)有耐壓測(cè)試油杯不能為大型高壓脈沖形成線的設(shè)計(jì)提供有效可靠的數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題在于提供一種用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，該油杯可直接應(yīng)用形成線提供的微秒級(jí)脈沖電壓進(jìn)行試驗(yàn)，電壓可達(dá)幾百kV。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，包括陰極、陽(yáng)極和腔體，其特別之處在于：

上述陰極和陽(yáng)極的端面外徑均大于100mm；為了減弱電極端面外圓的電場(chǎng)增強(qiáng)，上述陰極端面和陽(yáng)極端面均具有場(chǎng)強(qiáng)勻化環(huán)。

上述腔體為密封腔體，包括透明筒狀絕緣外罩、通過(guò)可拆卸方式設(shè)置在透明筒狀絕緣外罩兩端的陰極蓋板和陽(yáng)極蓋板，上述陰極設(shè)置在陰極蓋板上；上述陽(yáng)極設(shè)置在陽(yáng)極蓋板上；上述油杯腔體上設(shè)有閥門。

優(yōu)選的，上述陰極和陽(yáng)極端面外徑與陰極和陽(yáng)極之間的距離之比為10～20。

為了實(shí)現(xiàn)陰極和陽(yáng)極良好的同軸，上述陰極具有陰極配合面和垂直定位環(huán)，上述陽(yáng)極具有陽(yáng)極配合面，上述陰極蓋板具有第一配合面和第二配合面，上述陽(yáng)極蓋板具有第三配合面和第四配合面，上述透明筒狀絕緣外罩兩端的螺紋分別具有外罩配合面一和外罩配合面二；

上述陰極配合面和陰極蓋板的第一配合面同軸配合；上述陽(yáng)極配合面和陽(yáng)極蓋板的第三配合面同軸配合；上述外罩配合面一和外罩配合面二分別與陰極蓋板的第二配合面和陽(yáng)極蓋板的第四配合面同軸配合。

為了調(diào)節(jié)兩個(gè)電極之間的距離，上述陽(yáng)極蓋板和陽(yáng)極之間還設(shè)置有可供陽(yáng)極軸向移動(dòng)的環(huán)形凹槽。

為了本發(fā)明油杯直接與驅(qū)動(dòng)源的開關(guān)段電極連接，上述陽(yáng)極與外界開關(guān)陽(yáng)極的連接端設(shè)有電接觸銅極。

上述的電接觸銅極采用0.2～0.5mm厚的紫銅制成，端部為圓頂結(jié)構(gòu)。

上述的陰極蓋板和陽(yáng)極蓋板的材料為不銹鋼或其他導(dǎo)電材料。

為了便于組裝，上述陰極和陰極蓋板通過(guò)螺紋連接；所述陽(yáng)極和陽(yáng)極蓋板通過(guò)螺紋連接；所述陰極蓋板、陽(yáng)極蓋板均通過(guò)螺紋與透明筒狀絕緣外罩連接；所述透明筒狀絕緣外罩的材料為有機(jī)玻璃。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，采用長(zhǎng)間隙大面積電極，耐壓能力可高達(dá)600kV，從而可減小絕緣油的測(cè)試電壓與實(shí)際工作電壓的縮比，使耐壓測(cè)試數(shù)據(jù)更加可靠有效。

(2)本發(fā)明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，可以安裝到電容型脈沖功率驅(qū)動(dòng)源的開關(guān)段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于其直接應(yīng)用形成線充電的微秒級(jí)脈沖電壓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于驅(qū)動(dòng)源的絕緣設(shè)計(jì)參考價(jià)值更高。

(3)本發(fā)明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，油杯為密封結(jié)構(gòu)，油罩內(nèi)外可承受壓差，可以對(duì)油杯抽真空再注入絕緣油，也可注入高壓氮?dú)獾冉^緣氣體，進(jìn)行高壓氣體下的絕緣油耐壓測(cè)試。

(4)本發(fā)明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，陰極蓋板和陽(yáng)極蓋板均采用金屬制作，其與驅(qū)動(dòng)源的開關(guān)段電極相連接，可直接將脈沖電壓引入，省去了電壓引入的電線連接等環(huán)節(jié)。

(5)本發(fā)明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，陰極和陽(yáng)極之間的距離易于調(diào)節(jié)，可進(jìn)行不同尺寸的長(zhǎng)間隙絕緣性能測(cè)試，將不同間隙下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相互對(duì)比修正，以獲得更加準(zhǔn)確的絕緣油耐壓值，該油杯電極間隙調(diào)節(jié)范圍為7～15mm。

(6)本發(fā)明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，在透明筒狀絕緣外罩兩端設(shè)計(jì)有外罩配合面，是為了實(shí)現(xiàn)陰極蓋板和陽(yáng)極蓋板的高精度同軸，陰極通過(guò)陰極配合面與陰極蓋板實(shí)現(xiàn)同軸，陽(yáng)極通過(guò)陽(yáng)極配合面與陽(yáng)極蓋板實(shí)現(xiàn)同軸，從而最終實(shí)現(xiàn)陰極與陽(yáng)極的良好同軸，以避免陰極和陽(yáng)極不同軸對(duì)電場(chǎng)分布的影響，確保耐壓測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(7)本發(fā)明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗(yàn)油杯，陽(yáng)極與開關(guān)陽(yáng)極板采用接觸式軟連接的方式，裝拆方便。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常用標(biāo)準(zhǔn)油杯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明安裝到驅(qū)動(dòng)源中開關(guān)段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明陰極與陰極蓋板配合面處的局部圖；

圖5為本發(fā)明陽(yáng)極與陽(yáng)極蓋板配合面處的局部圖；

圖6為本發(fā)明陰極蓋板與有機(jī)玻璃外罩配合面處的局部圖。

其中，1-陶瓷杯體，2-電極座，3-銅電極，4-緊定螺釘；5-陰極密封圈，6-陰極蓋板，7-外罩密封圈一，8-陰極，9-陽(yáng)極，10-透明筒狀絕緣外罩，11-外罩密封圈二，12-陽(yáng)極蓋板，13-下閥門，14-電接觸銅極，15-陽(yáng)極密封圈，16-上閥門，17-形成線外筒，18-絕緣支撐板，19-開關(guān)段外筒，20-支撐板，21-傳輸線外筒，22-開關(guān)陰極，23-開關(guān)陽(yáng)極；601-第一配合面，602-第二配合面；801-陰極配合面，802-垂直定位環(huán)，803-陰極端面，804-場(chǎng)強(qiáng)勻化環(huán)一；901-陽(yáng)極配合面，902-陽(yáng)極螺紋，903-陽(yáng)極端面，904-場(chǎng)強(qiáng)勻化環(huán)二；1001-外罩配合面一，1002-外罩配合面二；1201-第三配合面，1202-環(huán)形凹槽，1203-第四配合面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

參見圖2，本發(fā)明油杯，包括陰極8、陽(yáng)極9、透明筒狀絕緣外罩10、陰極蓋板6、陰極密封圈5、外罩密封圈一7、外罩密封圈二11、陽(yáng)極蓋板12、陽(yáng)極密封圈15、電接觸銅極14、上閥門16、下閥門13。透明筒狀絕緣外罩10為圓筒形，陰極蓋板6、有機(jī)玻璃外罩10和陽(yáng)極蓋板12組成一個(gè)封閉油杯腔體，陰極蓋板6和陽(yáng)極蓋板12通過(guò)螺紋固定在透明筒狀絕緣外罩10兩端，并在透明筒狀絕緣外罩10兩端分別通過(guò)外罩密封圈一7和外罩密封圈二11進(jìn)行密封。陰極8與陰極蓋板6為螺紋連接，陽(yáng)極9與陽(yáng)極蓋板12為螺紋連接。陽(yáng)極蓋板12上設(shè)有上閥門16和下閥門13，這兩個(gè)閥門的作用有兩點(diǎn)：一是可以用于絕緣油的注入和排出，二是可以對(duì)油杯進(jìn)行抽真空或注入高壓氣體。

參照?qǐng)D2，陽(yáng)極9右端連接有電接觸銅極14，電接觸銅極14采用0.2～0.5mm厚的紫銅或其他良好導(dǎo)電材料制成，端部為圓頂結(jié)構(gòu)，具有一定的彈性。

參照?qǐng)D3，所述的油杯作為整體通過(guò)陰極蓋板6上的螺紋固定在外界開關(guān)陰極上，將形成線電壓引入。當(dāng)脈沖功率驅(qū)動(dòng)源的開關(guān)段外筒拆開時(shí)，油杯安裝在開關(guān)陰極上，陽(yáng)極9為懸空；當(dāng)開關(guān)段外筒與傳輸線部分閉合連接時(shí)，陽(yáng)極9與開關(guān)陽(yáng)極通過(guò)電接觸銅極14進(jìn)行電連接，電接觸銅極14端部可被壓縮，與開關(guān)陽(yáng)極為接觸式軟連接，從而方便開關(guān)段外筒的連接，并保證了陽(yáng)極與開關(guān)陽(yáng)極的良好電接觸。

具體地，參照?qǐng)D2和圖4，陰極8與陰極蓋板6采用螺紋連接，而螺紋連接無(wú)法實(shí)現(xiàn)較高的同軸度，因此，陰極8上有陰極配合面801，其與陰極蓋板6上的第一配合面601通過(guò)高精度配合關(guān)系進(jìn)行同軸配合，以實(shí)現(xiàn)陰極8與陰極蓋板6的良好同軸；兩配合面處用陰極密封圈5進(jìn)行密封；陰極8為固定安裝，前后不可移動(dòng)；陰極8上還設(shè)有垂直定位環(huán)802，其作用是為了確保陰極引桿與陰極蓋板6保持良好的垂直度，垂直定位環(huán)802與陰極蓋板6接觸的端面要平齊。

參照?qǐng)D2和圖5，陽(yáng)極9與陽(yáng)極蓋板12亦采用螺紋連接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較高的同軸度。因此，陽(yáng)極9上也設(shè)計(jì)有陽(yáng)極配合面901，其與陽(yáng)極蓋板12上的第三配合面1201通過(guò)高精度配合關(guān)系進(jìn)行同軸配合，以實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極9與陽(yáng)極蓋板12的良好同軸；兩配合面處用陽(yáng)極密封圈15進(jìn)行密封；陽(yáng)極9可通過(guò)陽(yáng)極螺紋902進(jìn)行前后移動(dòng)，調(diào)節(jié)兩電極間間距，該油杯中兩電極間距范圍為7～15mm；陽(yáng)極蓋板12上有環(huán)形凹槽1202，以便給陽(yáng)極9前后調(diào)節(jié)時(shí)留出移動(dòng)空間。

陰極8和陽(yáng)極9均為大面積電極，陰極端面803和陽(yáng)極端面903外徑在100mm以上，屬于大面積電極。電極外徑與電極間距之比為10～20。陰極端面803上有場(chǎng)強(qiáng)勻化環(huán)一804，陽(yáng)極端面903上有場(chǎng)強(qiáng)勻化環(huán)二904，以減弱電極端面的電場(chǎng)增強(qiáng)。

參照?qǐng)D2和圖6，所述的陰極蓋板6和陽(yáng)極蓋板12均通過(guò)螺紋固定在透明筒狀絕緣外罩10上，為了實(shí)現(xiàn)陰極蓋板6和陽(yáng)極蓋板12的高精度同軸，透明筒狀絕緣外罩10兩端的螺紋分別帶有外罩配合面一1001和外罩配合面二1002，外罩配合面一1001與陰極蓋板6上的第二配合面602進(jìn)行配合連接，外罩配合面二1002與陽(yáng)極蓋板12上的第四配合面1203進(jìn)行配合連接；此外，陰極8通過(guò)陰極配合面801與陰極蓋板6實(shí)現(xiàn)同軸，陽(yáng)極9通過(guò)陽(yáng)極配合面901與陽(yáng)極蓋板12實(shí)現(xiàn)同軸，從而最終實(shí)現(xiàn)陰極8與陽(yáng)極9的良好同軸；通過(guò)垂直定位環(huán)802確保陰極8的垂直度，通過(guò)較長(zhǎng)的配合面來(lái)確保陽(yáng)極9的垂直度，從而最終實(shí)現(xiàn)陰極端面803與陽(yáng)極端面903的平行度。通過(guò)各級(jí)高精度配合面和垂直定位環(huán)，實(shí)現(xiàn)陰極端面和陽(yáng)極端面的良好同軸和平行，以避免不同軸或不平行對(duì)電場(chǎng)分布的影響。

陰極蓋板6和陽(yáng)極蓋板12的材料為不銹鋼或其他導(dǎo)電材料，即作為結(jié)構(gòu)件與驅(qū)動(dòng)源的開關(guān)段電極相連接，也作為電壓引入線直接將脈沖電壓引入，省去了電壓引入的電線連接等環(huán)節(jié)。