一种GIL环氧树脂表面电荷的测量装置及方法与流程

技术特征：

1.一种GIL环氧树脂表面电荷的测量装置，其特征在于，该装置包括高压充电装置和电位测量装置两部分，所述高压充电装置用于向被测环氧树脂表面注入电荷，所述电位测量装置用于进行被测环氧树脂表面的静电电位测量；其中，

所述高压充电装置中，针电极(1)位于被测环氧树脂表面中心的正上方，且针尖距离被测环氧树脂表面的高度是5mm，所述针电极1通过转换开关(5)分别与高压交流电源(4)和脉冲电源(3)相连接，在被测环氧树脂(6)的背面上紧贴有铝箔，作为背电极并接地；

所述电位测量装置中，静电电位计(8)与测量探头(9)连接，测量探头(9)距离被测环氧树脂表面的高度是3mm；所述静电电位计(8)的测量探头(9)与电机驱动的滑轨(7)连接，在电机的控制下精确地在被测环氧树脂表面上方横向移动，以测出被测环氧树脂表面不同位置的电位分布。

2.如权利要求1所述的一种GIL环氧树脂表面电荷的测量装置，其特征在于，所述针电极(1)与转换开关(5)之间还连接一限流装置(2)。

3.一种GIL环氧树脂表面电荷的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将待测GIL环氧树脂表面用酒精擦拭，并晾干10分钟；

步骤二、在待测GIL环氧树脂表面的背面贴上铝箔，此背面作为背电极并接地；

步骤三、将不同类型的电压作用施加至待测GIL环氧树脂表面，加压过程为电晕放电，通过转换开关迅速地切换施加在待测GIL环氧树脂表面上的高压直流电压和脉冲电压；不同类型的电晕作用是指直流电压、脉冲电压、直流与脉冲复合电压作用；电晕放电处理后的待测GIL环氧树脂表面被注入电荷，再进行待测环氧树脂表面电位测量过程，迅速对待测GIL环氧树脂表面不同位置的电位分布及电位消散测量结果进行记录；

步骤四、计算电荷的入陷和出陷状态和试样的陷阱能级分布特性：

表面电荷的消散过程与试样表面的陷阱能级和陷阱密度有关系，陷阱能级E_m由下面的式子计算：

E_m＝kT ln(νt) (1)

其中k为玻尔兹曼常数，且k＝1.38×10^-23J，T为实验温度，ν为被陷阱俘获的电荷的逃逸频率因子，t为电荷消散的某个时间；

在某个时刻t，流过试样的电流密度J表示为：

$J=\frac{eLkT}{4t}{N}_t---\left(2\right)$

其中，e为电子的电量，L为试样的厚度，t为表面电荷消散的某个时刻，N_t为陷阱能级密度分布函数；

同时，t时刻的电流密度J表示为：

$J=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r}{L}\left|\frac{dVs}{dt}\right|---\left(3\right)$

其中，ε₀为真空中的介电常数，且ε₀＝8.854187817×10^-12，ε_r为试样的相对介电常数，Vs为t时刻试样的表面电位；

联立式(2)和式(3)得到：

$N_t=\frac{4{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r}{{\mathrm{eL}}^{2}kT}\left|t\frac{{\mathrm{dV}}_s\left(t\right)}{dt}\right|---\left(4\right)$

步骤五、待测GIL环氧树脂表面静置半小时后，再次进行步骤三、四的操作；

步骤六、将步骤五的操作重复数组，然后绘出不同类型的电晕作用后的表面电位消散曲线、试样不同位置电位分布的曲线及试样陷阱能级密度分布曲线，获得GIL环氧树脂表面电荷的测量结果。