多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置及方法，该装置包括：上电极，用于与被老化片状试样的一面相接触；下电极，用于与被测绝缘材料片状试样的另一面相接触；第一恒温源，用于向上电极传导温度；第二恒温源，用于向下电极传导温度；高压直流电源，用于控制上电极的电压；电路保护着装置，用于保护电路中的设备以及未发生击穿的片状试样。本发明用于在高压直流电场与温度梯度场下对多组片状试样进行联合老化。
【专利说明】多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于聚合物绝缘材料老化【技术领域】，涉及一种在高压直流电力设备中绝缘 材料在电场与材料内部有温度差的条件下的老化方法，具体涉及一种多组片状试样在高电 压与温度梯度下的联合老化装置及方法。
【背景技术】
[0002] 电力设备中的绝缘材料长期受到电、热联合作用，尤其在直流电场下，直流电压下 的空间电荷效应协同的温度梯度效应，严重影响直流绝缘长期使用寿命。为研究直流绝缘 的长期可靠性，目前国内外通常用的方法是进行电-热联合老化试验，但目前试验均局限 于单一温度（室温或高温）与直流电场的联合老化；或由于电极边缘效应施加直流电场较 低；或为消除电极边缘效应将试样浸入绝缘油内进行老化试验，但油与绝缘材料在长期老 化过程中会发生相互作用；或为提高电极密封可靠性减少老化试品数目，增加试验周期。所 以现有的老化技术或方法不能模拟实际运行中的电力设备绝缘内存在温差场（如直流塑 料电缆）、不能实现大批量试品在高场强、空气环境下同时进行老化试验的情况，给模拟实 际运行中绝缘材料的研究带来不便。
[0003] 如图1所示，为现有老化方法及装置的结构框图，该老化方法及装置包括：高压直 流电源101，上电极102,下电极103,片状试样104,熔断器105,电路保护装置组成。
[0004] 在直流电力设备中的绝缘材料在内外具有温度差与直流电场共同作用下工作，且 绝缘材料电阻率与温度具有非线性关系，因此真实直流设备绝缘中的电场分布可能与常规 均一温度下的电场分布有较大的差异，而这会直接影响绝缘电介质材料的老化结果。
[0005] 此外，现有的老化系统在老化的多片片状试样中有一片发生击穿时就会停止工 作，这会大大影响老化处理的效率。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于解决上述问题，提供一种多组片状试样在电压与温度梯度下的 联合老化装置及方法，该装置用以在电场与温度梯度场的共同作用下，对绝缘材料的片状 试样进行长期老化。
[0007] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0008] -种多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，包括高压直流电源、上 电极以及下电极；上电极连接到高压直流电源的输出端，高压直流电源的接地端与下电极 统一接地；上电极和下电极之间加装有片状试样；上电极与高压直流电源输出端之间连接 有电路保护装置，且上电极和下电极上分别连接用于调节上电极和下电极温度的温度调节 装直。
[0009] 所述的温度调节装置包括高温恒温循环浴和低温恒温循环浴；当高温恒温循环浴 与上电极相连时，低温恒温循环浴与下电极相连；当高温恒温循环浴与下电极相连时，低温 恒温循环浴与上电极相连。
[0010] 所述的上电极包括顶部和底部均开口的上电极箱体，上电极箱体上开设有与高温 恒温循环浴或低温恒温循环浴相连通的上电极液体导入口和上电极液体导出口；上电极箱 体内设置有若干上电极组，上电极组通过设置于上电极箱体侧面的电压引入线与电路保护 装置相连；上电极箱体的下端与上电极组的下端平齐，周围填充有环氧树脂作为上电极组 及上电极箱体底部，且环氧树脂的底部与上电极组及上电极箱体的底部平齐，上电极箱体 的顶部设置有用于将上电极密封的上电极密封盖。
[0011] 所述的上电极密封盖与上电极箱体之间设置有与上电极密封盖相配合的上电极 密封胶圈。
[0012] 所述的上电极密封盖通过上电极封装螺丝固定在上电极箱体上。
[0013] 所述的下电极包括顶部开口的下电极箱体，下电极通过下电极箱体与高压直流电 源的接地端相连后统一接地；下电极箱体上开设有与高温恒温循环浴或低温恒温循环浴相 连通的下电极液体导入口和下电极液体导出口；下电极箱体内设置有若干与上电极组相对 应的下电极组，下电极箱体的顶部设置有用于将下电极密封的下电极密封盖；下电极组的 上端固定在下电极密封盖上，且下电极组的端部伸出下电极密封盖；下电极组的底部设置 有弹簧，弹簧的一端固定在下电极箱体的底部，另一端固定在下电极组的下端面上。
[0014] 所述的下电极密封盖与下电极箱体之间设置有与下电极密封盖相配合的下电极 密封胶圈。
[0015] 所述的下电极密封盖通过下电极封装螺丝固定在下电极箱体上。
[0016] 所述的电路保护装置包括与上电极组一一对应的若干熔断器；熔断器的一端与高 压直流电源的输出端相连，另一端与对应的上电极组相连。
[0017] 一种多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化方法，包括以下步骤：
[0018] 1)将片状试样放入上电极与下电极之间，且多组片状试样之间两两不产生重叠；
[0019] 2)设置高温恒温循环浴和低温恒温循环浴的温度，并让其中的液体流入到上电极 与下电极中，形成恒温浴；
[0020] 3)待恒温浴使得上电极与下电极的温度达到恒温浴的设定温度后，利用高压直流 电源施加电压；
[0021] 4)如果片状试样全部发生击穿，则需要将高压直流电源的输出电压调0,并对电 极进行放电处理，然后将发生击穿的片状试样更换，再重复步骤1)至步骤3);
[0022] 5)待老化完成之后，则需要将高压直流电源的输出电压调0,并对电极进行放电 处理，然后取出片状试样。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0024] 本发明通过同时为多片片状绝缘材料提供温度梯度场以及电场，实现多组绝缘材 料片状试样在温度梯度场、高压电场共同作用下的老化。温度梯度通过高、低温循环浴控制 上下电极的温度来实现。通过本发明，可以研究绝缘材料在不同温度梯度下、高电场强度作 用下进行老化后的各种性能的研究。
[0025] 进一步的，本发明上电极可以同时向多片绝缘片状材料施加同样的电压；下电极 可以同时为多片绝缘片状材料提供接地端，电极套有密封圈，以防止循环液体从缝隙泄露； 电路保护装置：当老化过程中，所有进行老化的片状试样并未全部发生击穿时可以让完好 的片状试样继续进行老化。
[0026] 进一步的，本发明下电极用带有弹簧的可适度自由上下移动的下电极，使厚度存 在差异的片状试样与电极之间有相同的接触紧密度，为所有被老化片状试样提供可靠接 地。
[0027] 进一步的，本发明为防止电极边缘产生沿面放电及电晕，在上电极内使用环氧固 定多组电极与高压线缆，防止电极边缘产生沿面放电和避免电极与高压线缆的连接处产生 电晕。
[0028] 进一步的，本发明在老化过程中，所有进行老化的片状试样并未全部发生击穿时 可以让完好的片状试样继续进行老化，当所有老化片状试样发生击穿时，才使老化试验停 止。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为现有直流电压老化装置的结构框图；
[0030] 图2为本发明实施例1的直流电压老化装置的结构框图；
[0031] 图3为本发明上电极的组成及装配效果图；
[0032] 图4为本发明下电极的组成及装配效果图；
[0033] 图5为本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 参见图2,本发明多组片状试样在高电压与温度梯度下的联合老化装置，包括高压 直流电源101、上电极102以及下电极103 ;上电极102连接到高压直流电源101的输出端 上，高压直流电源101的接地端与下电极103均接地；上电极102和下电极103之间假装 有片状试样104 ;上电极102与高压直流电源101输出端之间连接有电路保护装置205,且 上电极102和下电极103上分别连接用于调节上电极102和下电极103温度的温度调节装 置。温度调节装置包括高温恒温循环浴201和低温恒温循环浴202 ;当高温恒温循环浴201 与上电极102相连时，低温恒温循环浴202与下电极103相连；当高温恒温循环浴201与下 电极103相连时，低温恒温循环浴202与上电极102相连。如图5所示，电路保护装置205 包括与上电极组304 对应的若干烙断器206 ;烙断器206的一端与高压直流电源101的 输出端相连，另一端与对应的上电极组304相连。
[0036] 如图3所示，上电极102包括顶部和底部均开口的上电极箱体307,上电极箱体 307上开设有与高温恒温循环浴201或低温恒温循环浴202相连通的上电极液体导入口 301和上电极液体导出口 302 ;上电极箱体307内设置有若干上电极组304,上电极组304 通过设置于上电极箱体307侧面的电压引入线305与电路保护装置205相连；上电极箱体 307的下端与上电极组304的下端平齐，周围填充有环氧树脂作为上电极组304及上电极 箱体307底部，且环氧树脂的底部与上电极组304及上电极箱体307的底部平齐，上电极箱 体307的顶部设置有用于将上电极102密封的上电极密封盖308。上电极密封盖308与上 电极箱体307之间设置有与上电极密封盖308相配合的上电极密封胶圈303。上电极密封 盖308通过上电极封装螺丝309固定在上电极箱体307上，从而形成密闭的含有多组高压 电极系统的中空上电极箱体。
[0037] 如图4所示，下电极103包括顶部开口的下电极箱体406,下电极103通过下电极 箱体406与高压直流电源101的接地端相连后接地；下电极箱体406上开设有与高温恒温 循环浴201或低温恒温循环浴202相连通的下电极液体导入口 401和下电极液体导出口 402 ;下电极箱体406内设置有若干与上电极组304相对应的下电极组404,下电极箱体406 的顶部设置有用于将下电极103密封的下电极密封盖407 ;下电极组404的上端固定在下 电极密封盖407上，且下电极组404的端部伸出下电极密封盖407 ;下电极组404的底部设 置有弹簧405,弹簧405的一端固定在下电极箱体406的底部，另一端固定在下电极组404 的下端面上。下电极密封盖407与下电极箱体406之间设置有与下电极密封盖407相配合 的下电极密封胶圈403。下电极密封盖407通过下电极封装螺丝408固定在下电极箱体406 上。
[0038] 本发明还公开了一种多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化方法，包括以 下步骤：
[0039] 1)将片状试样放入上电极与下电极之间，且多组片状试样之间两两不产生重叠；
[0040] 2)设置高温恒温循环浴和低温恒温循环浴的温度，并让其中的液体流入到上电极 与下电极中，形成恒温浴；
[0041] 3)待恒温浴使得上电极与下电极的温度达到恒温浴的设定温度后，利用高压直流 电源施加电压；
[0042] 4)如果片状试样全部发生击穿，则需要将高压直流电源的输出电压调0,并对电 极进行放电处理，然后将发生击穿的片状试样更换，再重复步骤1)至步骤3);
[0043] 5)待老化完成之后，则需要将高压直流电源的输出电压调0,并对电极进行放电 处理，然后取出片状试样。
[0044] 本发明的原理
[0045] 本发明上电极，用于接触被老化片状试样的其中一个表面；下电极，用于接触被老 化片状试样的另一表面；第一恒温源，用于控制所述的上电极的温度；第二恒温源，用于控 制所述的下电极的温度；高压直流电源，用于向所述的上电极施加直流电压，高压直流电源 用以控制上电极的电压极性与幅值；电路保护装置，用于在片状试样未全部发生击穿时保 护电路中的设备并使其它未击穿片状试样继续进行老化、在片状试样全部发生击穿时保护 电路中的设备。高温恒温循环浴将具有第一恒定温度的液体通过所述上电极的液体导入口 导入所述的液体容纳腔，并通过所述的上电极的液体导出口进入高温恒温循环浴，完成液 体的循环；低温恒温循环浴将具有第二恒定温度的液体通过所述下电极的液体导入口导入 所述的液体容纳腔，并通过所述的液体导出口进入低温恒温循环浴，完成液体的循环；电路 保护装置用于被老化片状试样未全部发生击穿时使未被击穿的片状试样继续老化并保护 电路中的设备，或者当被老化片状试样全部发生击穿时保护电路中的设备。
[0046] 在本发明也可将高温恒温浴与下电极相连接，向下电极传导高温；并将低温恒温 浴与上电极相连接，向上电极传导低温。然后进行温度梯度场和高压电场共同作用下的绝 缘材料的老化。
[0047] 在本发明也可对高温恒温浴和低温恒温浴的温度进行调节，使传导给上电极的温 度等于传导给下电极的温度。然后进行均一温度场和高压电场共同作用下的绝缘材料的老 化。
[0048] 本发明能够实现温度梯度场、高压电场共同作用下的绝缘材料片状试样的老化。 温度梯度通过高、低温循环浴分别控制被老化绝缘材料片状试样的上下电极温度来实现。 [0049] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按 照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书 的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征在于：包括高压直 流电源（101)、上电极（102)以及下电极（103);上电极（102)连接到高压直流电源（101) 的输出端，高压直流电源（101)的接地端与下电极（103)统一接地；上电极（102)和下电极 (103)之间加装有片状试样（104);上电极（102)与高压直流电源（101)输出端之间连接有 电路保护装置（205)，且上电极（102)和下电极（103)上分别连接用于调节上电极（102)和 下电极（103)温度的温度调节装置。
2. 根据权利要求1所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征 在于：所述的温度调节装置包括高温恒温循环浴（201)和低温恒温循环浴（202);当高温恒 温循环浴（201)与上电极（102)相连时，低温恒温循环浴（202)与下电极（103)相连；当高 温恒温循环浴（201)与下电极（103)相连时，低温恒温循环浴（202)与上电极（102)相连。
3. 根据权利要求2所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征 在于：所述的上电极（102)包括顶部和底部均开口的上电极箱体（307)，上电极箱体（307) 上开设有与高温恒温循环浴（201)或低温恒温循环浴（202)相连通的上电极液体导入口 (301)和上电极液体导出口（302);上电极箱体（307)内设置有若干上电极组（304)，上电 极组（304)通过设置于上电极箱体（307)侧面的电压引入线（305)与电路保护装置（205) 相连；上电极箱体（307)的下端与上电极组（304)的下端平齐，周围填充有环氧树脂作为上 电极组（304)及上电极箱体（307)底部，且环氧树脂的底部与上电极组（304)及上电极箱 体（307)的底部平齐，上电极箱体（307)的顶部设置有用于将上电极（102)密封的上电极 密封盖（308)。
4. 根据权利要求3所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征 在于：所述的上电极密封盖（308)与上电极箱体（307)之间设置有与上电极密封盖（308) 相配合的上电极密封胶圈（303)。
5. 根据权利要求4所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征 在于：所述的上电极密封盖（308)通过上电极封装螺丝（309)固定在上电极箱体（307)上。
6. 根据权利要求3所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征 在于：所述的下电极（103)包括顶部开口的下电极箱体（406)，下电极（103)通过下电极 箱体（406)与高压直流电源（101)的接地端相连后统一接地；下电极箱体（406)上开设有 与高温恒温循环浴（201)或低温恒温循环浴（202)相连通的下电极液体导入口（401)和 下电极液体导出口（402);下电极箱体（406)内设置有若干与上电极组（304)相对应的下 电极组（404)，下电极箱体（406)的顶部设置有用于将下电极（103)密封的下电极密封盖 (407);下电极组（404)的上端固定在下电极密封盖（407)上，且下电极组（404)的端部伸 出下电极密封盖（407);下电极组（404)的底部设置有弹簧（405)，弹簧（405)的一端固定 在下电极箱体（406)的底部，另一端固定在下电极组（404)的下端面上。
7. 根据权利要求6所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征 在于：所述的下电极密封盖（407)与下电极箱体（406)之间设置有与下电极密封盖（407) 相配合的下电极密封胶圈（403)。
8. 根据权利要求7所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化装置，其特征 在于：所述的下电极密封盖（407)通过下电极封装螺丝（408)固定在下电极箱体（406)上。
9. 根据权利要求1至8任意一项所述的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合老化 装置，其特征在于：所述的电路保护装置（205)包括与上电极组（304) -一对应的若干熔断 器（206);熔断器（206)的一端与高压直流电源（101)的输出端相连，另一端与对应的上电 极组（304)相连。
10.如权利要求1至8任意一项所述装置的多组片状试样在电压与温度梯度下的联合 老化方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 将片状试样放入上电极与下电极之间，且多组片状试样之间两两不产生重叠； 2) 设置高温恒温循环浴和低温恒温循环浴的温度，并让其中的液体流入到上电极与下 电极中，形成恒温浴； 3) 待恒温浴使得上电极与下电极的温度达到恒温浴的设定温度后，利用高压直流电源 施加电压； 4) 如果片状试样全部发生击穿，则需要将高压直流电源的输出电压调0,并对电极进 行放电处理，然后将发生击穿的片状试样更换，再重复步骤1)至步骤3); 5) 待老化完成之后，则需要将高压直流电源的输出电压调0,并对电极进行放电处理， 然后取出片状试样。
【文档编号】G01R31/00GK104122465SQ201410350428
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】王霞, 王陈诚, 孙晓彤, 吴锴, 屠德民 申请人:西安交通大学