专利名称：一种在高能电子辐照下高压电缆静电放电试验的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种在高能电子辐照下高压电缆静电放电试验的系统和方法，特别适用于卫星高压电缆地面充放电模拟试验的研究，属于测量领域。
背景技术：
高压电缆是卫星高压供配电系统的主要组成，卫星高压电缆在带电环境辐照下产生静电放电，从而诱发系统内部组件的静电击穿，造成部件内部短路，引起卫星能源损失甚至整星失效。鉴于高压电缆静电放电问题对卫星产生的异常事件和故障重要性，引起了国际相关人员的广泛关注，近年来国外在此方面已开展大量的试验工作。目前，伴随着我国卫星技术的不断进步，为了满足通信卫星长寿命高性能的需求，我国卫星平台都将大量采用高比冲、长寿命、高效率的离子电推进系统，需要使用高压电缆给离子电推进系统提供1000V的工作电压。当卫星运行在GEO轨道时，其空间带电环境中的高能电子辐照会引起卫星高压电缆的充放电效应，高压电缆的绝缘层被充至较高的电位时发生静电放电，会严重影响离子电推进系统的工作稳定性，从而影响卫星的功能。高压电缆的充放电效应防护问题已成为严重制约我国卫星新技术发展的瓶颈。然而我国在高压电缆充放效应方面研究基础薄弱，缺乏有效的高压电缆充放电效应的防护方法和设计手段，因此必须开展高能电子辐照下的高压电缆静电放电试验工作。
发明内容
本发明解决的技术问题是结合空间充电环境和高压电缆的布局特点，利用高能电子辐照模拟试验方法开展了高能电子辐照下高压电缆静电放电试验。为实现上述目的，本发明的技术方案如下。—种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验系统，所述系统包括束流积分仪、法拉第筒、电子加速器、真空室、真空抽气系统、试验台、样品夹具、高压电缆工作模拟系统。其中，在真空室内部，电子加速器固定安装在真空室顶部；试验台安装在真空室底面上，在试验台上设有样品夹具，高压电缆样品水平固定在样品夹具上；法拉第筒悬空固定在试验台上方，法拉第筒和试验台位于电子加速器的辐射范围内；在真空室外，高压电缆工作模拟系统通过导线与高压电缆样品连接；束流积分仪与法拉第筒连接；真空抽气系统与真空室连接；高压电缆样品从外向内分为四层，依次为电缆外皮、屏蔽层、绝缘层、电缆芯；所述电缆外皮和绝缘层为高分子绝缘材料、屏蔽层和电缆芯材料为铜；所述高压电缆样品为高压电缆组，通过两根或两根以上型号和长度相同的高压电缆相互并联得到；在高压电缆组的一端将高压电缆的电缆芯彼此连接，该端为A端；在高压电缆组的另一端将高压电缆的屏蔽层彼此连接，该端为B端；优选高压电缆工作模拟系统包括第一脉冲电流探针、第二脉冲电流探针、示波器、高压电源、二极管；所述高压电缆工作模拟系统的连接方式如下。高压电源的正极与二极管的阳极连接，二极管的阴极与高压电缆组的A端连接，高压电缆组的B端与高压电源的负极连接后接地；第一脉冲电流探针套在高压电缆组的的A端与二极管阴极的连接位置，第二脉冲电流探针套在高压电缆组的B端与高压电源的接地端之间的位置；第一脉冲电流探针和第二脉冲电流探针均与示波器连接；二极管的作用为，保护高压电源，防止放电电流过大损坏高压电源；第一脉冲电流探针、第二脉冲电流探针和示波器的作用为，检测高压电缆组的电缆芯和屏蔽层的放电脉冲；高压电源的作用为，为高压电缆组提供工作电压；
一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，所述方法步骤如下步骤一、开启真空抽气系统对真空室抽真空，至真空度彡5. 0X10_4Pa ；步骤二、开启高压电源，给高压电缆样品加工作电压；步骤三、开启电子加速器，使其产生高能电子辐照高压电缆样品，诱发高压电缆绝缘层发生静电放电现象；通过束流积分仪和法拉第筒监测高能电子的能量和束流密度；步骤四、通过示波器监测高压电缆的绝缘层对电缆芯的放电脉冲波形，以及绝缘层对屏蔽层的放电脉冲波形。优选步骤二中，高压电源提供的工作电压在0 5000V内可调。优选步骤三中，电子加速器产生的高能电子的能量在0. 8 2. 5MeV内可调，束流密度范围在I 25pA/cm2内可调。优选步骤四中，通过CT-2脉冲电流探针分别监测高压电缆样品绝缘层对电缆芯的放电瞬态脉冲信号，以及绝缘层对屏蔽层放电瞬态脉冲信号，同时利用高压电缆工作模拟系统中的示波器记录高压电缆样品静电放电瞬态脉冲波形。有益效果(I)采用电子加速器和真空系统，较好的模拟出GEO轨道高能电子辐照环境和真空环境，有利于诱发高压电缆静电放电现象发生并开展相关效应研究；(2)高压电缆静电放电试验方法可以区分高压电缆绝缘层对电缆芯放电和对电缆屏蔽层放电的两种放电情况，能够为防护设计工作提供重要依据；(3)高压电缆静电放电试验方法可操作性强，该试验系统工作稳定，适用于GEO轨道各类卫星的高压电缆静电击穿试验。
图1是本发明所述的高能电子辐照下高压电缆静电放电试验的系统的结构示意图。图2是本发明所述的高压电缆样品的横剖面示意图。图3是本发明所述的高压电缆工作模拟系统的结构示意图。图中1 一束流积分仪、2 —法拉第筒、3 —电子加速器、4 一真空室、5 —真空抽气系统、6 —试验台、7 —样品夹具、8 —闻压电缆工作模拟系统、9 一闻压电缆样品、10 —电缆芯、11 一绝缘层、12 —屏蔽层、13 —电缆外皮、I第二脉冲电流探针、15 —不波器、16 —闻压电源、17 —二极管、18 —第一脉冲电流探针。
具体实施例方式实施例如图1所示，一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验系统，所述系统包括束流积分仪1、法拉第筒2、电子加速器3、真空室4、真空抽气系统5、试验台6、样品夹具7、高压电缆工作模拟系统8、高压电缆样品9。其中，在真空室4内部，电子加速器3固定安装在真空室4顶部；试验台6安装在真空室4底面上，在试验台6上设有样品夹具7，高压电缆样品9水平固定在样品夹具7上；法拉第筒2悬空固定在试验台6上方，法拉第筒2和试验台6位于电子加速器3的辐射范围内；
在真空室4上开有使导线通过的通孔；导线通过真空室4上开有的通孔，将位于真空室4外的高压电缆工作模拟系统8与高压电缆样品9连接；同理，导线通过真空室4上开有的通孔，将位于真空室4外的束流积分仪I与法拉第筒2连接；真空抽气系统5与真空室4连接；高压电缆样品9从外向内分为四层，依次为电缆外皮13、屏蔽层12、绝缘层11、电缆芯10 ;所述电缆外皮13和绝缘层11为高分子绝缘材料、屏蔽层12和电缆芯10材料为铜；所述高压电缆样品9为高压电缆组，通过两根或两根以上型号和长度相同的高压电缆相互并联得到；在高压电缆组的一端将高压电缆的电缆芯彼此连接，该端为A端；在高压电缆组的另一端将高压电缆的屏蔽层彼此连接，该端为B端；高压电缆工作模拟系统8包括第一脉冲电流探针18、第二脉冲电流探针14、示波器15、高压电源16、二极管17 ;所述第一脉冲电流探针18、第二脉冲电流探针14均为CT-2脉冲电流探针。 所述高压电缆工作模拟系统的连接方式如下。高压电源16的正极与二极管17的阳极连接，二极管17的阴极与高压电缆组的A端连接，高压电缆组的B端与高压电源16的负极连接后接地；第一脉冲电流探针18套在高压电缆组的的A端与二极管阴极的连接位置，第二脉冲电流探针14套在高压电缆组的B端与高压电源16的接地端之间的位置；第一脉冲电流探针18和第二脉冲电流探针14均与示波器15连接；一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，所述方法步骤如下步骤一、开启真空抽气系统5对真空室4抽真空，至真空度彡5. OX 10_4Pa ；步骤二、开启高压电源16，给高压电缆样品9加1000V工作电压；步骤三、开启电子加速器3，使其产生能量为1.5MeV的高能电子辐照高压电缆样品9，诱发高压电缆样品绝缘层11发生静电放电现象；通过束流积分仪I和法拉第筒2监测高能电子的能量和束流密度，所述束流密度为6pA/cm2 ；步骤四、通过CT-2脉冲电流探针分别监测高压电缆样品绝缘层11对电缆芯10的放电瞬态脉冲信号，和绝缘层11对屏蔽层12放电瞬态脉冲信号，同时利用高压电缆工作模拟系统8中的示波器15记录高压电缆样品9静电放电瞬态脉冲波形。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验系统，其特征在于所述系统包括束流积分仪(I)、法拉第筒(2)、电子加速器(3)、真空室(4)、真空抽气系统(5)、试验台(6)、样品夹具(7)、高压电缆工作模拟系统(8)； 其中，在真空室(4)内部，电子加速器(3)固定安装在真空室(4)顶部；试验台(6)安装在真空室(4)底面上，在试验台(6)上设有样品夹具(7)，高压电缆样品(9)水平固定在样品夹具(7)上；法拉第筒(2)悬空固定在试验台(6)上方，法拉第筒(2)和试验台(6)位于电子加速器(3)的辐射范围内； 在真空室(4)外，高压电缆工作模拟系统(8)通过导线与高压电缆样品(9)连接；束流积分仪(I)与法拉第筒(2)连接；真空抽气系统(5)与真空室(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验系统，其特征在于所述高压电缆样品(9)为高压电缆组，通过两根或两根以上型号和长度相同的高压电缆相互并联得到；在高压电缆组的一端将高压电缆的电缆芯彼此连接，该端为A端；在高压电缆组的另一端将高压电缆的屏蔽层彼此连接，该端为B端； 所述高压电缆工作模拟系统(8)包括第一脉冲电流探针(18)、第二脉冲电流探针(14)、示波器(15)、高压电源(16)、二极管(17)； 所述高压电缆工作模拟系统(8)的连接方式如下 高压电源(16)的正极与二极管(17)的阳极连接，二极管(17)的阴极与高压电缆组的A端连接，高压电缆组的B端与高压电源(16)的负极连接后接地；第一脉冲电流探针(18)套在高压电缆组的的A端与二极管(17)阴极的连接位置，第二脉冲电流探针(14)套在高压电缆组的B端与高压电源(16)的接地端之间的位置；第一脉冲电流探针(18)和第二脉冲电流探针(14)均与示波器(15)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验系统，其特征在于所述高压电缆样品(9)从外向内分为四层，依次为电缆外皮(13)、屏蔽层(12)、绝缘层(11)、电缆芯(10)。
4.一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，其特征在于所述方法步骤如下 步骤一、开启真空抽气系统(5)对真空室(4)抽真空，至真空度彡5. OX 10-4Pa ； 步骤二、开启高压电源(16 )，给高压电缆样品(9 )加工作电压； 步骤三、开启电子加速器(3)，使其产生高能电子辐照高压电缆样品(9)，诱发高压电缆绝缘层(11)发生静电放电现象；通过束流积分仪(I)和法拉第筒(2)监测高能电子的能量和束流密度； 步骤四、通过示波器(15)监测高压电缆的绝缘层(11)对电缆芯(10)的放电脉冲波形，以及绝缘层(11)对屏蔽层(12)的放电脉冲波形。
5.根据权利要求4所述的一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，其特征在于步骤二中，高压电源(16)提供的工作电压在O 5000V内可调。
6.根据权利要求4所述的一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，其特征在于步骤三中，电子加速器(3)产生的高能电子的能量在O. 8 2. 5MeV内可调，束流密度范围在I 25pA/cm2内可调。
7.根据权利要求4所述的一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，其特征在于步骤四中，所述第一脉冲电流探针(18)、第二脉冲电流探针(14)均为CT-2脉冲电流探针，通过CT-2脉冲电流探针分别监测高压电缆样品绝缘层(11)对电缆芯(10)的放电瞬态脉冲信号，以及绝缘层(11)对屏蔽层(12)的放电瞬态脉冲信号，同时利用高压电缆工作模拟系统(8)中的示波器(15)记录高压电缆样品(9)静电放电瞬态脉冲波形。
8.根据权利要求Γ7任一项所述的一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，其特征在于所述高压电缆样品(9)从外向内分为四层，依次为电缆外皮(13)、屏蔽层(12)、绝缘层(11)、电缆芯(10)。
全文摘要
本发明涉及一种在高能电子辐照下高压电缆静电放电试验的系统和方法，属于测量领域。所述系统包括束流积分仪、法拉第筒、电子加速器、真空室、真空抽气系统、试验台、样品夹具、高压电缆工作模拟系统。所述方法包括开启真空抽气系统对真空室抽真空、开启高压电源给高压电缆样品加工作电压、开启电子加速器诱发高压电缆绝缘层发生静电放电现象，并通过束流积分仪和法拉第筒监测高能电子的能量和束流密度，以及通过示波器监测高压电缆的绝缘层对电缆芯的放电脉冲波形，以及绝缘层对屏蔽层的放电脉冲波形。所述系统和方法能较好模拟GEO轨道高能电子辐照环境和真空环境，有利于诱发高压电缆静电放电现象并开展相关效应研究。
文档编号G01R31/00GK103018587SQ20121048282
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月25日 优先权日2012年11月25日
发明者王俊, 陈益峰, 李得天, 杨生胜, 秦晓刚, 柳青, 史亮, 汤道坦 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所