一种高真空固体绝缘表面电荷测量探头控制系统

摘要

本发明公开了属于静电测量范畴的一种高真空固体绝缘表面电荷测量探头控制系统，测量探头控制系统包括由探头滑轨和斜面支撑组成的静电容探头支架、由弹簧机构和下拉连杆组成的静电容探头运动操控机构及高真空系统组成；在高真空系统内，被测固体绝缘试品放置在高压电极和地电极之间；下拉连杆通过磁流体与高真空系统的底板动密封固定。本发明通过弹簧机构、下拉连杆、转轴及齿轮机构等机械传动操控部件实现对静电容探头的远离和靠近固体绝缘试品的控制，通过斜面支撑保证静电容探头与固体绝缘表面的距离保持恒定；通过磁流体密封技术实现高真空动密封，并将真空试验腔体外的控制运动传入腔内，同时保证真空度不受影响。

说明书

技术领域

本发明属于静电测量范畴，特别涉及一种高真空固体绝缘表面电荷测量探头 控制系统。

背景技术

真空与固体绝缘的沿面是整个绝缘系统的最薄弱环节。真空-固体绝缘界面 的表面电荷积聚会改变绝缘系统的电场分布，进而影响绝缘系统的沿面耐压水 平。因此，真空固体绝缘表面电荷的测量具有重要意义。

表面电荷的测量属于静电测量的范畴，因而不能使用常有的电工仪表进行测 量。表面电荷的测量方法主要有：粉尘法、电声脉冲法、超声波法、Pockels效 应法、电容探头法等。但现有方法都有明显不足，粉尘法不能进行定量测量，电 声脉冲法的设备复杂昂贵，且只适用于两固体交界面的电荷测量，超声波法和 Pockels效应法只适用于薄膜绝缘试品的测量。电容探头法分为动电容探头法和 静电容探头法两种。为了保证测量分辨率，要求动电容探头法中探头本身的电容 值以及测试线路的入口电容值极为稳定，而这很难实现。另外，此方法也不适用 于复杂形状绝缘子的测量。因此目前对于气固界面或真空中固体表面的电荷测 量，静电容探头法是最可行的实现方式。

静电容探头法的测量程序一般为先使静电容探头远离被测固体绝缘试品和 高压电极来确保设备与人身安全，在撤去外加电压使静电容探头靠近被测固体绝 缘试品进行表面电荷的测量。真空环境下工程中常用的绝缘子典型状体为45°圆 台形，测量时要保持静电容探头的探针与45°圆台形被测固体绝缘试品表面的距 离恒定不变。这就要求有一套机械操控系统能够控制静电容探头完成上述运动。

不同于在大气环境和SF₆等高气压环境中的表面电荷测量，高真空试验环境 中的所有运动机构都需要在不破坏高真空试验条件的前提下能够在高真空试验 腔体外实现控制，这就给整个探头控制系统的设计与实现提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种高真空固体绝缘表面电荷测量探头控制系统，测量 探头控制系统由静电容探头支架、静电容探头运动操控机构及高真空系统组成； 其特征在于，在高真空系统内，由电极引线10将高压电极5和地电极7分别固 定真空试验腔的顶板和底板上，被测固体绝缘试品放置在高压电极和地电极之 间；静电容探头固定在探头滑轨上部，探头滑轨的下端通过转轴活动固定在高真 空动系统的底板上，斜面支撑固定在探头滑轨和地电极之间，弹簧机构的一端固 定在高真空系统的底板上，另一端与探头滑轨下段连接；探头滑轨下段连接下拉 连杆一端，下拉连杆另一端通过磁流体与高真空系统的底板动密封固定。

所述探头滑轨和斜面支撑组成静电容探头支架；在弹簧机构和下拉连杆的操 控下，静电容探头支架整体绕转轴转动，斜面支撑的斜面与被测固体绝缘表面平 行，保证在电荷测量时滑轨与被测固体绝缘试品表面平行，从而静电容探头的探 针在表面电荷测量过程中与被测固体绝缘试品表面的距离是保持恒定。

所述弹簧机构和下拉连杆组成静电容探头运动操控机构，其中弹簧机构提供 静电容探头靠近被测固体绝缘试品的动力，将探头滑轨和静电容探头拉向斜面支 撑，探头滑轨与支撑斜面紧密接触贴合，使静电容探头的探针与被测固体绝缘表 面的距离为要求值，且在表面电荷测量过程中保持恒定；在对试品施加高电压时， 下拉连杆作用于探头支架，探头滑轨绕根部转轴转动，将静电容探头拉至远离被 测固体绝缘试品的位置。

所述高真空系统通过磁流体动密封技术将真空试验腔外的转动运动通过磁 流体的磁力传入真空试验腔内，再通过齿轮转轴机构将转动运动转换为下拉连杆 的下拉运动，从而实现在保持高真空的条件下，控制静电容探头做远离被测固体 绝缘试品的运动。

本发明的有益效果是通过弹簧机构、下拉连杆、转轴、齿轮机构及外控机械 传动，操控真空试验腔内部件实现对静电容探头的远离和靠近固体绝缘试品的控 制，通过斜面支撑保证静电容探头与固体绝缘表面的距离保持恒定；通过磁流体 密封技术实现高真空动密封，并将真空试验腔体外控制运动传入腔内，同时保证 真空度不受影响。

附图说明

图1为高真空固体绝缘表面电荷测量探头控制系统示意图。

具体实施方式

本发明提出一种高真空固体绝缘表面电荷测量探头控制系统，下面结合附图 予以说明。

图1所示为一种高真空固体绝缘表面电荷测量探头控制系统的结构及控制实 施方式。该控制系统的由静电容探头支架、静电容探头运动操控机构及高真空系 统组成。在高真空系统内，由电极引线10将高压电极5和地电极7分别固定真 空试验腔的顶板和底板上，被测固体绝缘试品6放置在高压电极5和地电极7之 间；静电容探头1固定在探头滑轨2上部，探头滑轨2的下端通过转轴活动固定 在高真空系统的底板上，斜面支撑8固定在探头滑轨2和地电极7之间，弹簧机 构3的一端固定在高真空系统的底板上，另一端与探头滑轨2下段连接；探头滑 轨2下段连接下拉连杆9一端，下拉连杆9另一端通过磁流体4与高真空系统的 底板动密封固定。

本高真空固体绝缘表面电荷测量探头控制系统的控制功能分为两种控制运 动方式：静电容探头靠近被测固体绝缘试品表面；静电容探头远离被测固体绝缘 试品表面。

探头滑轨2和斜面支撑8组成静电容探头支架；静电容探头支架中的探头滑 轨2的根部有转轴，探头滑轨2可绕转轴转动，从而带动与探头滑轨连接的静电 容探头1运动，实现静电容探头的靠近与远离动作。当探头滑轨与支撑斜面贴合 时，静电容探头与被测固体试品表面距离最近，为表面电荷测量时所需的距离； 当探头滑轨竖直时，静电容探头与被测固体试品表面距离最远，此时可以对被测 固体绝缘试品施加高电压，静电容探头与试验人员均可保证安全。

由弹簧机构和下拉连杆组成静电容探头运动操控机构，静电容探头的运动和 静电容探头支架的运动由弹簧机构和下拉连杆共同作用实现：

1)弹簧机构一直提供拉力将探头滑轨拉向支撑斜面，此时静电容探头靠近 被测固体绝缘试品。

2)下拉连杆向下运动则对抗弹簧机构的拉力将探头滑轨拉离支撑斜面，此 时静电容探头远离被测固体绝缘试品；下拉连杆向上运动则弹簧机构将探头滑轨 拉向支撑斜面。下拉连杆由腔体外的转动把手控制上下运动，且在运动中可以停 在任何位置。

首先，静电容探头远离被测固体绝缘试品表面：在对被测固体绝缘试品施加 高电压时，静电容探头需要远离被测固体绝缘试品。转动把手控制下拉连杆向下 运动，则连杆对抗弹簧机构的拉力将探头导轨拉离支撑斜面，直至探头导轨竖直， 此时静电容探头远离被测固体绝缘试品，可以进行加压试验。

其次，静电容探头靠近被测固体绝缘试品表面：施加高电压后，进行表面电 荷测量时，静电容探头需要靠近被测固体绝缘试品表面，且静电容探头的探针与 被测固体绝缘试品表面的距离应保持恒定。转动把手控制下拉连杆向上运动，则 弹簧机构将探头导轨拉向支撑斜面，直至贴合，此时静电容探头与被测固体试品 表面距离为表面电荷测量时所需的距离，可进行表面电荷测量试验。