一种用于交直流高压试验的针-板电极电晕放电装置

摘要

本发明公开了一种用于交直流高压试验的针-板电极电晕放电装置，包括：针阵列电极以及上、下金属板电极；针阵列内嵌于上金属板内，上金属板与高压发生装置相连接，下金属板电极接地；上、下金属板电极分别连接上、下绝缘板，上、下金属板电极之间的距离可调；试样放置在下金属板电极上并正对针阵列；施加电压后，针阵列电极和金属板电极之间产生均匀的电晕放电，通过调节上、下金属板电极之间的距离，能够分别对试样进行电荷特性试验和快速电晕老化试验。本发明有益效果：上、下金属板电极之间高度可调，可用于分别进行电荷特性实验和快速老化试验；下金属板电极长度为针阵列的5～8倍，可同时对多个试样进行电晕放电试验。

说明书

技术领域

本发明涉及交直流高压试验技术领域，尤其涉及一种用于交直流高压试验的针-板电极电 晕放电装置。

背景技术

聚合物电介质凭借其优异的物理性能、机械性能和热性能，广泛应用于电气电子设备， 其绝缘性能的好坏直接关系到设备能否安全稳定运行。在由固体-气体组成的复合绝缘系统 中，当在绝缘系统上施加一定电压时，放电总是先发生在固-气界面上，即沿面放电。随着电 压进一步升高，沿面放电可发展为贯穿性的击穿，称为沿面闪络。当沿面闪络发生时，系统 的绝缘失效，常常导致事故发生。国内外均有关于聚合物电介质沿面闪络引起电气设备损坏 或导致大面积停电事故的报道。大量研究表明，表面电荷的存在不仅使绝缘材料的工作电场 发生畸变，更为沿面闪络的发展过程提供了所需电荷，是造成固体表面绝缘强度降低，引发 沿面放电事故，导致电气设备损坏的重要原因。

因此，考察表面电荷累积与消散的机理对合理使用聚合物电介质，深入认识沿面闪络的 本质，保障电力设备的安全运行具有重要的理论意义和实用价值。而对电介质电荷特性的研 究，需要在实验室内通过高压试验系统向电介质注入定量定性的表面电荷，试验中所用针板 电极装置的性能将直接影响表面电荷在绝缘材料表面的分布特性，从而对试验结果产生影响。

另一方面，硅橡胶复合绝缘子作为输电线路外绝缘使用已经有近40年的历史，很多国家 和地区的电网中都用到复合绝缘子。但是硅橡胶材料是有机材料，与陶瓷和玻璃绝缘子等无 机材料不同，有机材料的大分子容易断裂，尤其在电晕放电等环境因素作用下，分子键容易 发生断裂，导致有机材料老化。复合绝缘子发生老化时，其表面憎水性下降，电气性能和机 械性能都会随之下降。为更好地模拟不同运行环境下复合绝缘子老化状况，国内外学者对复 合绝缘子人工加速老化试验方法进行了大量的研究，但尚未形成十分完整统一的标准试验方 法。在高压试验中对复合绝缘子进行加速老化试验，针-板电晕放电电极同样是试验中不可缺 少的装置，且针电极分布特性直接关系到硅橡胶表面老化性能的分布情况，对直接对试验数 据产生影响。

无论是电荷特性试验还是快速电晕老化试验，针-板电极都是试验中的关键因素。两者都 要求所用针电极排列均匀，但具体试验中针-板电极间距离又有区别，因此两种试验所用电极 分布又略有不同，不同的试验机构所用电极往往相差较大，在进行电荷特性试验和快速电晕 老化试验时，往往需要分别单独搭建针阵列-板电极，而不能共用一套装置。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种用于交直流高压试验的针-板电极电晕 放电装置，该装置使用装配方便、结构牢固、安全性高，并能够通过高度调节改变针-板电极 间距以适用于电介质电荷注入试验和快速电晕老化试验。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于交直流高压试验的针-板电极电晕放电装置，包括：针阵列电极以及上、下金属 板电极；所述针阵列内嵌于上金属板内，上金属板与高压发生装置相连接，下金属板电极接 地；所述上、下金属板电极分别连接上、下绝缘板，所述上、下金属板电极之间的距离可调；

试样放置在下金属板电极上并正对针阵列；施加电压后，针阵列电极和金属板电极之间 产生均匀的电晕放电，通过调节上、下金属板电极之间的距离，不需要改变针排列结构，能 够分别对试样进行电荷特性试验和快速电晕老化试验。

所述针阵列电极分布具体为：每相邻三根针之间均形成等边三角形。

所述针阵列电极的针尖直径在0.2～0.5mm之间。

同一针阵列所用针电极材料及针尖直径统一。

所述上金属板电极设定位置处设有高压电极柱，通过高压电极柱与高压发生装置连接。

所述上金属板电极置于一绝缘板罩内，所述绝缘板罩上相应位置处设有用于将高压电极 柱伸出的预留孔。

所述上金属板电极与上绝缘支撑板连接，根据针阵列电极排布，在所述上绝缘支撑板上 相应位置处打眼。

所述下金属板电极与下绝缘支撑板连接，所述下绝缘支撑板长度为针阵列电极长度的5～8 倍。

所述下金属板电极的长度为针阵列电极长度的5～8倍，用于实现同时对多个试样进行试 验。

所述上、下绝缘支撑板之间通过绝缘螺杆相连，并通过调节螺母调节上、下绝缘支撑板 之间的距离，进而调节上、下金属板电极之间的距离。

本发明的有益效果是：

本发明使用结构牢固、接线简单、装配方便；上金属板高压电极部分全部置于绝缘罩内， 安全、可靠。

本发明针阵列电极排列具体为，每三根针之间距离均为等边三角形，且针电极针尖直径 在0.2～0.5mm之间，有利于在电介质表面形成场强分布均匀。

本发明上、下金属板电极之间高度可调，可用于分别进行电荷特性实验和快速老化试验； 下金属板电极长度为针阵列的5～8倍，可同时对多个试样进行电晕放电试验。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明针阵列电极排布示意图。

其中，1下绝缘支撑板，2下金属板，3绝缘螺母，4上绝缘支撑板，5绝缘螺杆，6针电 极，7上金属板，8绝缘罩，9高压电极柱。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

一种用于交直流高压试验的针-板电极电晕放电装置，如图1所示，包括针阵列和上下金 属板2电极，针阵列连接于上金属板7，上金属板7与高压发生装置相连接，下金属板2电 极接地；试样放置在下金属板2电极上并正对针尖阵列；施加电压后，针阵列电极和金属板 电极之间产生均匀的电晕放电可对试样表面注入电荷，加速试样老化。

针阵列电极分布如下：每三根针之间距离均为等边三角形，且针电极6针尖直径在 0.2～0.5mm之间，同一阵列所用针电极6材料及针尖直径统一。针阵列内嵌于上金属板7内。

上金属板7在固定位置有一高压电极柱9，方便试验接线，上金属板7及高压电极柱9 所用材料为铜。上金属板7置于一上绝缘支撑板4，上绝缘支撑板4所用材料为聚四氟乙烯 或环氧树脂，且上绝缘支撑板4内根据针阵列排布打眼。

上金属板7罩于一绝缘罩8内，所述绝缘罩8所用材料为聚四氟乙烯或环氧树脂，且在 固定位置留有一孔，以便于高压电极柱9伸出。通过这种布置将整个高压带电装置罩于一绝 缘装置内，只留一高压电极柱9用于接高压试验电源，提高装置安全系数。

下金属板2置于下绝缘支撑板1内，且在固定位置有一预留孔，以便于连接地线；所用 材料为铝板或铜板。下绝缘支撑板1所用材料为环氧树脂，且长度为所述针阵列的5～8倍， 下金属板2长度与下绝缘支撑板1长度相同，以便于可同时对多个试样进行电晕放电试验。

上下绝缘支撑板1通过绝缘螺杆5相连，并可通过螺母与螺杆调价两支撑板之间距离， 从而可以改变针电极6与板电极之间的距离。

具体实验过程如下：

实施例1

(1)将电晕装置高压电极柱9接高压交流电源，将尺寸为80mm×40mm的硅橡胶置于 下绝缘支撑板1上，通过绝缘螺母3调节使针电极6到试样距离为50mm；并将下金属板2 接地。

(2)通过调节高压交流电源调整输出电压为10kV，加压时间6h；

(3)加压完成后将试样取出，并测量其表面不同位置处静态接触角。

(4)对试样表面不同位置静态接触角对比发现：试样表面静态接触角分布均匀，表明试 样表面老化程度分布均匀。

实施例2

(1)将电晕装置高压电极柱9接高压直流电源，将尺寸为80mm×40mm的环氧树脂试 样置于下绝缘支撑板1上，通过绝缘螺母3调节使针电极6到试样距离为30mm；并将下金 属板2接地。

(2)通过调节高压直流电源调整输出电压为+3kV，加压时间15分钟；

(3)加压完成后将试样取出，并用静电电位计测量其表面不同位置处电位。

(4)比较试样表面电位分布发现试样表面电位分布均匀，表明针阵列排布均匀，向试样 表面注入电荷量分布均匀。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。