专利名称：一种用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于超导电流引线低温绝缘性能检验测试装置的设计领域，为超导馈线等各类低温电气部件的绝缘方案提供了切实可行质量验证手段。
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. (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超导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、超导馈线、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，超导电气部件绝缘层经长时间低温环境运行和冷热循环之后都可能会产生开裂、老化等物理损伤，而且绝缘层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。因此所有超导电气部件绝缘性能必须严格控制质量，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。用于检测低温超导电气部件绝缘性能的测试装置必须严格模拟电气部件绝缘层真实的运行环境和恶劣工况，因此低温、高真空密封以及漏电流和温度数据采集系统成为检验低温超导电气部件绝缘性能装置的必要条件。
发明内容
为检验帕邢条件下超导电气件外部绝缘低温耐直流高电压性能，本发明提供了一种用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置，温度测试范围为4. ^Γ300Κ，气压测试范围为l(T，105Pa，温度气压控制精度高，高低电压馈出入方便，同时有效实现了常温常压、 低温低气压和冷热循环等多种条件下绝缘性能连续性检验的目的。本发明采用的技术方案如下
一种用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置，包括有真空压力容器，真空压力容器的顶端安装有测试容器密封法兰，真空压力容器内设有低温超导测试部件，真空压CN 102426324 A 力容器内腔连通有真空抽气泵，低温超导测试部件上分别开有低温气体进出口，低温气体进出口连接有低温气体储存器，低温超导测试部件侧壁上固定有温度感应器，温度感应器连接有温度、漏电流数据采集系统，低温超导测试部件上端伸出测试容器密封法兰并连接有高电位线，高电位线的另一端连接有高压发生器，低温超导测试部件下端绝缘表面与真空压力容器的侧壁连接有低电位线。所述的测试容器密封法兰包括有与真空压力容器配合的测试部件绝缘测试法兰板、测试部件绝缘连接法兰、测试部件绝缘连接颈管。所述低温气体储存器为液氮或液氦储存器。本发明的真空压力容器测试真空压力容器采用316L不锈钢以保证低温可靠性， 设计成圆柱状，其尺寸可根据检测的经绝缘处理的电气部件(或试样)的尺寸优化设计。 圆柱状的外形设计可有效保证容器内部气压和温度的均勻性。本发明的测试容器密封法兰真空容器顶部测试容器密封法兰材料也采用316L，法兰设计保留多个密封接口，用于冷却系统、抽真空系统、温度系统以及漏电流数据采集系统的管线路连接。法兰与真空压力容器之间装配密封圈，同时采用螺栓轴向预紧密封。同时法兰起到支撑和固定测试部件的作用。本发明的冷却系统由于低温超导电气件在运行时采用低温液体冷却回路进行冷却，因此本测试装置模拟真实工况，外部液氮(液氦)通过测试部件预留的出入口流经测试部件内部，从而对测试部件进行冷却，主要为避免液氮(液氦)进入真空容器改变湿度，进而影响测试部件表面漏电流数据采集的精确度。冷却系统可精确提供4. 5Κ^300Κ范围的测试温度。本发明的抽真空系统真空压力容器压力可以通过分子泵抽真空达到10_3Pa，然后通过压力阀调节气压，气压调节范围为10_，105Pa。本发明的温度在线采集系统采用在测试部件表面贴温度感应器的方式监测温度，针对低温超导电流引线，采用预设6个PT1000 钼电阻温度感应器在线监测温度，对于其他不同温度条件下的电气测试部件可按照要求选取相应温度范围要求的温度感应器。通过C++编程，通过温度感应器电阻值的变化函数映射相应的温度值。本发明的漏电流数据采集系统低温超导测试部件316L材质的内表面接高电位，测试部件绝缘外表面包裹铝箔接低电位，在不同的气压值下，通过外部高压发生器对上述电路施加一定的电压，如果绝缘层有裂纹等缺陷或者经过冷热循环后出现破损， 则Paschen放电条件较易满足，进而会发生绝缘层击穿恶劣情况，此时漏电流会迅速超过 3000 μ A0因此，通过漏电流采集系统可以有效检验低温超导部件绝缘的性能。本发明可以检验帕邢条件下超导电气件外部绝缘低温耐直流高电压性能，温度测试范围为4. 5ΙΓ300Κ，气压测试范围为10_，105Pa，温度气压控制精度高，高低电压馈出入方便，同时有效实现了常温常压、低温低气压和冷热循环等多种条件下绝缘性能连续性检验的目的。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的测试部件绝缘连接法兰连接示意图。图3为本发明测试容器密封法兰的结构示意图。其中，图中标号1-测试容器密封法兰，2-真空压力容器，3-低温超导测试部件，
44-真空抽气泵，5-高压发生器，6-低温气体进出口，7-低温气体储存器，8-温度、漏电流数据采集系统，9-测试部件绝缘连接法兰，10-测试部件绝缘连接颈管，11-测试部件绝缘测试法兰板
具体实施例方式参见附图，一种用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置，包括有真空压力容器2，真空压力容器2的顶端安装有测试容器密封法兰1，测试容器密封法兰1包括有与真空压力容器配合的测试部件绝缘测试法兰板11、测试部件绝缘连接法兰9、测试部件绝缘连接颈管10 ；真空压力容器内设有低温超导测试部件3，真空压力容器内腔连通有真空抽气泵4，低温超导测试部件上分别开有低温气体进出口 6，低温气体进出口 6连接有低温气体储存器7，低温气体储存器7为液氮或液氦储存器，低温超导测试部件侧壁上固定有温度感应器，温度感应器连接有温度、漏电流数据采集系统，低温超导测试部件上端伸出测试容器密封法兰并连接有高电位线，高电位线的另一端连接有高压发生器，低温超导测试部件下端绝缘表面与真空压力容器的侧壁连接有低电位线。本发明在测试时，将测试部件一端加长外延伸至测试容器密封法兰1外部作为高电位引入，在真空容器内部的测试器件绝缘表面包裹铝箔并连接真空容器壁，作为低电位接地引出。温度感应器T1、T2、T3固定在测试部件上，冷却气体(如图液氮LN2)进出管路分别与测试装置内置的低温进出口 6密封装配装，最后与真空压力容器2整体密封装配，这样就组成了绝缘测试本体结构。在容器内部，待测电气件部件绝缘层全部处于帕邢放电环境。绝缘测试容器密封法兰1上部的法兰连接组件结构示意图如图2所示，待测电气绝缘部件的一端通过测试部件绝缘连接法兰9与测试部件绝缘连接颈管10固定在测试部件绝缘测试法兰板11上，在测试部件绝缘测试法兰板11上预加工成型冷却气体、真空抽口和测量插座，测试部件绝缘连接法兰9、测试部件绝缘连接颈管10和测试部件绝缘测试法兰板11可以使测试电气绝缘部件与测试容器密封法兰1密封连接在一起，保证密封效果。
权利要求
1.一种用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置，包括有真空压力容器，真空压力容器的顶端安装有测试容器密封法兰，真空压力容器内设有低温超导测试部件，真空压力容器内腔连通有真空抽气泵，其特征在于低温超导测试部件上分别开有低温气体进出口，低温气体进出口连接有低温气体储存器，低温超导测试部件侧壁上固定有温度感应器，温度感应器连接有温度、漏电流数据采集系统，低温超导测试部件上端伸出测试容器密封法兰并连接有高电位线，高电位线的另一端连接有高压发生器，低温超导测试部件下端绝缘表面与真空压力容器的侧壁连接有低电位线。
2.根据权利要求1所述的用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置，其特征在于所述的测试容器密封法兰包括有与真空压力容器配合的测试部件绝缘测试法兰板、 测试部件绝缘连接法兰、测试部件绝缘连接颈管。
3.根据权利要求1所述的用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置，其特征在于所述低温气体储存器为液氮或液氦储存器。
全文摘要
本发明公开了一种用于检验超导电气部件绝缘低温性能的测试装置，包括有真空压力容器，真空压力容器的顶端安装有测试容器密封法兰，真空压力容器内设有低温超导测试部件，低温超导测试部件侧壁上固定有温度感应器，温度感应器连接有温度、漏电流数据采集系统，低温超导测试部件上端伸出测试容器密封法兰并连接有高电位线，低温超导测试部件下端绝缘表面与真空压力容器的侧壁连接有低电位线。本发明可以检验帕邢条件下超导电气件外部绝缘低温耐直流高电压性能，温度测试范围为4.5K~300K，气压测试范围为10-3~105Pa，温度气压控制精度高，高低电压馈出入方便，同时有效实现了常温常压、低温低气压和冷热循环等多种条件下绝缘性能连续性检验的目的。
文档编号G01R31/12GK102426324SQ20111024310
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者叶斌, 周挺志, 宋云涛, 郑金星, 陶玉明, 黄雄一 申请人:中国科学院等离子体物理研究所