用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样

摘要

本发明公开了一种用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，包括绝缘支撑管，待测试绝缘层覆在绝缘支撑管外，连接套管套在待测试绝缘层外，连接套管外套有法兰连接件，连接套管和绝缘支撑管弧形管底之间的待测试绝缘层外有金属包带，金属包带外套有收紧的卡套，卡套下端通过弹簧电学接地。

说明书

技术领域

本发明涉及低温电物理应用领域，尤其是固体绝缘材料耐电压性能测试试样，具体为用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样。

背景技术

帕邢定律描述的是气体击穿电压与两电极间距和气压之间的非线性函数关系。帕邢放电现象是一种气体放电性质，与气体自身的物理特性有着密切的关系，同时当放电电极间位置的变化也对放电性质有着直接的影响。当电极位置固定后，气体气压达到某一特定范围内，只需极低电压就会发生放电现象。室温环境下，氦气在150V，3.3Pa-m(气压与电极距离乘积)就会发生帕邢放电。

所有托卡马克超导磁体以及其馈线系统必须在低温与真空环境下才能正常运行。在工况下磁体中的高电位部件对地电压仅为几十至百伏量级，但是一旦出现等离子体破裂或磁体失超等情况，数兆焦的能量需在短时泄放，整个系统的对地电压将迅速爬升至万伏量级。为了防止高电位部件与零电位部件之间发生帕邢放电，处在高电位的磁体、冷却与测量管线等都必须使用固体绝缘层进行高低电位隔绝，这样在理论上切断了放电路径。但是由于磁体系统运行的电磁力载荷以及热应力，绝缘材料经长时间低温环境运行之后都可能会产生开裂、老化等物理损伤，而且绝缘材料制造工艺本身也可能存在一些固有缺陷，这些不利因素的累积都会为帕邢放电提供必要的放电路径。如果当绝缘缺陷已经产生，同时又出现一定程度真空泄露或管路氦漏，此时就很容易发生帕邢放电事故。

因此所有绝缘材料必须严格控制质量，采用一定措施模拟帕邢放电环境进行耐压性能测试，合格后在部件上使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，能够实现低温低气压环境测试，高电压馈入方便，电极布置简单，电场分布均匀，同时有效的解决了试样沿面漏电流对测试结果的影响。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，其特征在于：包括一端敞口、一端为弧形管底的试管状的绝缘支撑管，待测试绝缘层覆在绝缘支撑管管壁外，有连接套管套在一段待测试绝缘层外并与待测试绝缘层粘接为一体，所述连接套管外套有法兰连接件，所述连接套管和绝缘支撑管弧形管底之间的待测试绝缘层外缠绕有金属包带，所述金属包带与连接套管对应端部点连接为一体，靠近绝缘支撑管的弧形管底的金属包带外套有收紧的卡套，所述卡套下端通过弹簧电学接地。

所述的用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，其特征在于：所述法兰连接件包括具有应力锥结构的不锈钢材料的法兰连接件应力锥、包覆在法兰连接件应力锥的锥体外且与法兰连接件应力锥成型为一体的法兰连接件增绕绝缘层，所述法兰连接件应力锥套在连接套管外，所述法兰连接件增绕绝缘层套在连接套管和绝缘支撑管敞口端之间的待测试绝缘层外。

所述的用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，其特征在于：所述法兰连接件应力锥攻有内螺纹，连接套管攻有外螺纹，所述法兰连接件应力锥螺合在连接套管外，并套装在测试容器的法兰中；所述法兰连接件应力锥和连接套管之间、法兰连接件应力锥和测试容器的法兰之间均设置有橡胶密封圈。

所述的用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，其特征在于：所述绝缘支撑管敞口端超出所述待测试绝缘层。

所述的用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，其特征在于：所述绝缘支撑管、连接套管、金属包带、卡套均为不锈钢材料制成。

本发明由两部分组成，绝缘测试本体与法兰连接件。

绝缘测试本体采用了不锈钢圆管作为绝缘支撑管结构，之所以设计成管状考虑到两方面因素：一是大型超导磁体所用导体外形多为圆管结构，具有一定代表性，二是管状试样更易于绝缘缠绕加工。不锈钢绝缘支撑管单端密封成试管状，绝缘材料可沿管壁整体缠绕固化成所需厚度，作为待测试绝缘层。待测试绝缘层外套入不锈钢连接套管，采用低温环氧胶粘接的方法与待测试绝缘层固定，连接套管外攻螺纹以便与法兰连接件连接，从此连接套管上点焊薄不锈钢的金属包带，半迭包延待测试绝缘层外缠绕，收尾部分使用不锈钢卡套卡紧，卡套下端安有弹簧，作为与测试容器的共地连接。以圆管状的不锈钢绝缘支撑管作为高电位引入极，以不锈钢金属包带作为接地极，这样高电位极完全被待测试绝缘层所覆盖，有效杜绝了沿面放电的发生对于测试结果的不利影响，另外端部延伸出的不锈钢卡套对于试样端部电场均匀化有好处。

法兰连接件使待测试绝缘层可与测试容器密封连接，同时作为试样零电位极在大气环境中的收尾。法兰连接件的不锈钢法兰连接件应力锥按照应力锥结构设计，内车有螺纹，不锈钢连接套管攻外螺纹可与法兰连接件应力锥螺合连接，同时法兰连接件应力锥内外壁开有2个O圈槽，O圈槽中设置橡胶密封圈，可实现测试容器法兰以及待测试绝缘层有效密封。应力锥部分的法兰连接件增绕绝缘层材料使用聚四氟乙烯，与法兰连接件应力锥之间使用低温环氧胶粘接。

最终本发明可被放置入一个具有帕邢放电环境的真空容器内，进行相应的电学性能测试与实验。在测试前本发明可以整体进行低温循环考验以求暴露绝缘缺陷，在测试中可以向不锈钢绝缘支撑管内倒入液氮进行实时冷，模拟材料实际工况。

本发明可在低温低气压环境测试，具有高电压馈入方便，电极布置简单，电场分布均匀的优点，同时有效的解决了试样沿面漏电流对测试结果的影响。本发明已对于EAST全超导托卡马克装置所使用的玻璃纤维环氧树脂复合绝缘材料的直流电性能进行了成功测试。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图。

图2为法兰连接件部分结构放大示意图。

具体实施方式

如图1所示、图2所示。用于帕邢条件下固定绝缘材料直流耐压性能测试试样，包括一端敞口、一端为弧形管底的试管状的绝缘支撑管1，待测试绝缘层2覆在绝缘支撑管1管壁外，绝缘支撑管1敞口端超出待测试绝缘层2。有连接套管7套在一段待测试绝缘层外并与待测试绝缘层粘接为一体，连接套管7外套有法兰连接件，连接套管7和绝缘支撑管1弧形管底之间的待测试绝缘层外缠绕有不锈钢包带8，不锈钢包带8与连接套管7对应端部点连接为一体，靠近绝缘支撑管1的弧形管底的金属包带外套有收紧的卡套9，卡套9下端通过弹簧10与测试容器底部11共同电学接地。绝缘支撑管1、连接套管7、金属包带8、卡套9均为不锈钢材料制成。

法兰连接件包括具有应力锥结构的不锈钢材料的法兰连接件应力锥6、包覆在法兰连接件应力锥6的锥体外且与法兰连接件应力锥6成型为一体的法兰连接件增绕绝缘层3，法兰连接件应力锥6套在连接套管7外，法兰连接件增绕绝缘层3套在连接套管7和绝缘支撑管1敞口端之间的待测试绝缘层2外。

法兰连接件应力锥6攻有内螺纹，连接套管7攻有外螺纹，法兰连接件应力锥6螺合在连接套管7外，并套装在测试容器的法兰4中；法兰连接件应力锥6和连接套管7之间、法兰连接件应力锥6和测试容器的法兰4之间均设置有橡胶密封圈5。

在测试时，绝缘支撑管1作为高电位引入，不锈钢包带8、卡套9作为接地极，其上端与连接套管7连接，下端用弹簧10与测试容器底部11连接，这样就组成了绝缘测试本体结构，在容器内部，待测绝缘层2全部处于帕邢放电环境，电场强度最高部位均匀分布在直管段。

连接套管7与法兰连接件增绕绝缘层3、法兰连接件应力锥6组成的法兰连接件加入橡胶密封圈5后螺纹连接在一起，法兰连接件使得本发明可以与测试容器法兰4密封连接在一起，同时把接地极延伸在容器外的大气环境。不锈钢法兰连接件应力锥6可有效的降低接地极终端的电场集中，法兰连接件增绕绝缘层3在加强了应力锥的介电强度同时也延长本发明在大气环境中的爬电距离。法兰连接件增绕绝缘层3、法兰连接件应力锥6构成的法兰连接件可作为循环使用部件，对不同的绝缘测试本体分别使用。