一种高温高压下体积电阻率测试系统论文和设计-李栋

全文摘要

本实用新型公开一种高温高压下体积电阻率测试系统，包括直流高压发生器、高阻计、控温屏蔽箱，以及控温屏蔽箱内的测试电极；测试电极包括相互平行放置的两个电极板，两电极板之间设有试样容置间隔；直流高压发生器的直流输出端正极通过高压引线连接测试电极的其中一个电极板；另一个电极板连接高阻计的测试端；所述高压引线上串接有保护电阻；连接高阻计测试端的极板外侧围设有保护环；控温屏蔽箱包括金属壳体以及可改变箱体内温度的温控模块；直流高压发生器的直流输出端负极、测试电极的另一个电极板、控温屏蔽箱金属壳体以及高阻计的接地端连接并接地。本实用新型能够适应绝缘样品在高压下的体积电阻测量，同时拓展测试环境温度范围，解决测试温度单一和噪声信号干扰问题。

主设计要求

1.一种体积电阻率测试系统，其特征是，包括直流高压发生器、高阻计、控温屏蔽箱，以及控温屏蔽箱内的测试电极；测试电极包括相互平行放置的高压电极和测试电极，两电极之间设有试样容置间隔，高压电极外设有保护环；直流高压发生器的直流输出端正极通过高压引线连接高压电极；测量电极连接高阻计的测试端；所述高压引线上串接有保护电阻；控温屏蔽箱包括金属壳体以及可改变箱体内温度的温控模块；直流高压发生器的直流输出端负极、保护环、控温屏蔽箱金属壳体以及高阻计的接地端连接并接地。

设计方案

1.一种体积电阻率测试系统，其特征是，包括直流高压发生器、高阻计、控温屏蔽箱，以及控温屏蔽箱内的测试电极；

测试电极包括相互平行放置的高压电极和测试电极，两电极之间设有试样容置间隔，高压电极外设有保护环；直流高压发生器的直流输出端正极通过高压引线连接高压电极；测量电极连接高阻计的测试端；所述高压引线上串接有保护电阻；

控温屏蔽箱包括金属壳体以及可改变箱体内温度的温控模块；

直流高压发生器的直流输出端负极、保护环、控温屏蔽箱金属壳体以及高阻计的接地端连接并接地。

2.根据权利要求1所述的体积电阻率测试系统，其特征是，高压引线外周设有绕包绝缘层；保护电阻以及保护电阻两侧预设长度范围内的所述绕包绝缘层外周设有应力锥，应力锥中部外周还设有绝缘屏蔽层。

3.根据权利要求2所述的体积电阻率测试系统，其特征是，所述应力锥包括一体化设计的柱形中段与椎体两端部，所述柱形中段与椎体两端部的连接部为圆台柱，圆台柱朝向中段一端的直径小于其朝向椎体端部的一端直径。

4.根据权利要求2或3所述的体积电阻率测试系统，其特征是，保护电阻两侧的绕包绝缘层端部为锥尖部朝向保护电阻的锥形。

5.根据权利要求1所述的体积电阻率测试系统，其特征是，对于最大绝缘厚度为2mm的待测绝缘样品，直流高压发生器的最大输出电压为60kV，最大输出电流为2mA，纹波系数≤0.5％，保护电阻大于3×10^{7<\/sup>Ω，同时远小于绝缘电阻。}

6.根据权利要求1所述的体积电阻率测试系统，其特征是，保护电阻的阻值为1×10^{8<\/sup>Ω，最大连续工作电压大于60kV。}

7.根据权利要求1所述的体积电阻率测试系统，其特征是，连接高阻计测试端的极板为圆柱体极板，保护环为柱体圆环。

8.根据权利要求1所述的体积电阻率测试系统，其特征是，高压引线连接测试电极的一端端部设有均压环。

9.根据权利要求8所述的体积电阻率测试系统，其特征是，均压环直径为1cm，均压环到屏蔽箱壳体的距离大于10cm。

10.根据权利要求1所述的体积电阻率测试系统，其特征是，控温屏蔽箱的屏蔽效能大于90dB，控温屏蔽箱的金属壳体厚度为0.008mm。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电气绝缘测试技术领域，特别是一种高温高压下绝缘材料体积电阻率测试系统。

背景技术

聚合物因其具有优异的电气性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高等，已成为电气工业不可或缺的材料。通常用做电气系统中各部件相互绝缘和对地绝缘，希望材料有尽可能高的体积电阻率。绝缘材料的体积电阻率往往随环境温度和外加电场的变化，比如高压直流电缆绝缘层所使用的交联聚乙烯，其体积电阻率随温度和电场的变化非常明显，有时能达几个数量级的差异，给高压直流电缆绝缘结构设计带来巨大挑战。直流电压下，电缆绝缘层的电场分布取决于交联聚乙烯的体积电阻率，体积电阻率的变化将引起电缆绝缘层电场严重畸变，再加上绝缘材料本身的特性和环境条件的变化对体积电阻也有很大影响，因此精准测量并合理评估绝缘材料的体积电阻率成为了直流电缆绝缘结构设计时必须攻克的技术难题。

高阻计作为测量材料体积电阻率的重要仪器之一，广泛用于测量绝缘材料、电工产品、各种元器件的绝缘电阻，具有测量精度高、性能稳定、操作简单等优点，仪器的最高量程高达1017Ω。但是在实际应用中存在两个问题，一是测试温度单一，只能测试室温下的体积电阻率；二是测试电压低，最高输出电压只有1kV，不能满足绝缘材料在实际运行电压下的测试需求。为了研究绝缘材料体积电阻率随温度和电场的变化关系，必须对现有的高阻计进行重新设计，拓宽测试温度和电压范围，以实现高温高电压下绝缘材料体积电阻的精准测量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高温高压下体积电阻率测试系统，解决测试温度单一和噪声信号干扰问题，能够适应绝缘样品在高温高压下的体积电阻测量，拓宽测试温度范围，提高测试结果的准确性。

本实用新型采取的技术方案为：一种高温高压下体积电阻率测试系统，包括直流高压发生器、高阻计、控温屏蔽箱，以及控温屏蔽箱内的测试电极；

控温屏蔽箱包括金属壳体以及可改变箱体内温度的温控模块；

直流高压发生器的直流输出端负极、保护环、控温屏蔽箱金属壳体以及高阻计的接地端连接并接地。

本实用新型在应用时，直流高压发生器提供用来提供测试电压，控温屏蔽箱用来控制测试温度和屏蔽噪声干扰，保护电阻用来降低故障电压或电流对电气元件的影响，高压引线用于连接直流高压发生器和测试电极。高阻计采用直流放大法进行体积电阻率的测量，通过试样的电流用高阻计测量标准电阻两端的电压进而计算得到。

本实用新型控温屏蔽箱为获得不同环境温度下的测试结果，设置控温功能。控温屏蔽箱可采用现有的烘箱作为基础结构，然后通过消除烘箱金属外壳孔隙来实现屏蔽功能，并对烘箱内部的绝缘距离进行设计。

优选的，高压引线外周设有绕包绝缘层；保护电阻以及保护电阻两侧预设长度范围内的所述绕包绝缘层外周设有应力锥，应力锥中部外周还设有绝缘屏蔽层。高压引线电缆本体即设有绝缘屏蔽层，绕包绝缘层绕包在高压引线电缆本体的绝缘屏蔽层外，使得直流高压发生器与测试电极之间的引线可以更好的适应高电压测试环境。

进一步的，所述应力锥包括一体化设计的柱形中段与椎体两端部，所述柱形中段与椎体两端部的连接部为圆台柱，圆台柱朝向中段一端的直径小于其朝向椎体端部的一端直径。

优选的，保护电阻两侧的绕包绝缘层端部为锥尖部朝向保护电阻的锥形。

优选的，对于最大绝缘厚度为2mm的待测绝缘样品，直流高压发生器的最大输出电压为60kV，最大输出电流为2mA，纹波系数≤0.5％，保护电阻大于3×10^{7<\/sup>Ω，同时远小于绝缘电阻。最大绝缘厚度为2mm的待测绝缘样品，绝缘电阻约为10^{10<\/sup>Ω。}}

优选的，保护电阻的阻值为1×10^{8<\/sup>Ω，最大连续工作电压大于60kV。可承受较高的工作电压，保护电阻的阻值精度：±0.1％～±10％，采用无感设计。}

优选的，连接高阻计测试端的极板为圆柱体极板，保护环为柱体圆环。保护环用于防止表面泄露电流对测试信号带来干扰。保护环可采用不锈钢材质。

进一步的，高压引线连接测试电极的一端端部设有均压环。由于测试电极和高压引线导体端面存在尖端，高压下极易产生电晕现象，影响系统的安全可靠性，并对测试信号产生干扰，本实用新型通过在导体端部设置均压环，解决导体端部的放电问题，保证系统在极端环境下仍然不产生电晕放电。

优选的，均压环直径为1cm，均压环到屏蔽箱壳体的距离大于10cm。可满足系统无电晕放电的要求。

为了保障屏蔽效果，解决测试系统电磁兼容问题，本实用新型控温屏蔽箱的屏蔽效能大于90dB，控温屏蔽箱的金属壳体厚度为0.008mm。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和进步：

本实用新型高温高电压下体积电阻率测试系统，基于高阻计利用电流放大法对绝缘样品进行体积电阻率的测量，同时通过设计保护电阻以及高压引线结构，并将测试电极以及试样置于控温屏蔽箱内，使得绝缘材料体积电阻的测试能够适应高温高压的环境，如环境温度从室温变为室温～100℃，测试电压从0～1kV变为0～60kV，并可长期承受高达60kV的直流电压；同时降低样品击穿对测试元器件的损坏风险；

通过高压引线端部设置均压环，同时合理设置屏蔽箱内的空气绝缘距离，消除测试电极在高电压下的电晕放电。

附图说明

图1所示为本实用新型测试系统结构示意图；

图2所示为本实用新型测试系统等效电路图；

图3所示为保护电阻和高压引线绝缘结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

结合图1和图2，本实用新型高温高压下体积电阻率测试系统，包括直流高压发生器、高阻计、控温屏蔽箱，以及控温屏蔽箱内的测试电极；

如图2，测试电极包括相互平行放置的两个电极板，高压电极1和测量电极3，两电极板之间设有试样容置间隔；直流高压发生器的直流输出端正极通过高压引线连接测试电极的其中一个电极板，即高压电极1；另一个电极板即测量电极3连接高阻计G的测试端；连接高阻计测试端的极板即测量电极3外侧围设有保护环2也即保护电极；所述高压引线上串接有保护电阻R；

控温屏蔽箱包括金属壳体以及可改变箱体内温度的温控模块；

直流高压发生器的直流输出端负极、保护环、控温屏蔽箱金属壳体以及高阻计的接地端连接并接地。

体积电阻率公式为：设计图

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