一种绝缘试片直流电导耐压联合测试仪及其测试方法与流程

本发明属于高电压与绝缘技术领域，尤其是一种绝缘试片直流电导耐压联合测试仪及其测试方法。

背景技术：

在绝缘材料的试验中，常常需要测试绝缘材料的直流电导参数与击穿电压参数。在传统的测试方法中，绝缘材料的直流电导参数与击穿电压参数测试分别使用许多仪器进行测量并获得不同的参数，然后进行复杂计算方可得到，其存在的问题是准确性差、测试方法复杂、浪费试验资源，同时，在测试过程中，由于缺少必要的保护，存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、准确性高、安全可靠且使用方便的绝缘试片直流电导耐压联合测试仪及其测试方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种绝缘试片直流电导耐压联合测试仪，包括高压直流电源、皮安表、电压表、熔断器、屏蔽箱、高压电极、接地电极和屏蔽电极，所述高压直流电源、皮安表、高压电极、接地电极组成串联结构形成仪器电气主回路，所述熔断器与皮安表并联在一起起到短路保护作用，所述电压表与高压电极、接地电极并联实现测量功能，所述屏蔽电极与接地电极并联起到流通表面泄露电流作用，所述高压电极、接地电极、屏蔽电极均放置于屏蔽箱中，所述屏蔽箱上设有一个注油孔、一个排油孔、一个排气测温孔和接电极端口，在排气测温孔插入温度计用于测量温度。

所述高压电极和接地电极为均圆柱形结构，电极主体材质为铜且表面蒸镀铝；所述屏蔽电极为同心圆形空心结构，电极主体材质为铜且表面蒸镀铝。

所述高压电极、接地电极和屏蔽电极与绝缘试片接触位置均为圆形倒角结构。

所述屏蔽箱为立体长方形结构且其外部包覆隔温棉。

一种绝缘试片直流电导耐压联合测试仪的测试方法，包括以下步骤：

步骤1、将绝缘材料加工至长和宽均为100mm，厚度约为1mm的试样，将试样放入80℃的真空干燥箱内处理24h；

步骤2、将处理好的试样放入屏蔽箱内，接好电极；

步骤3、将绝缘油通过注油孔注入屏蔽箱，静置2小时，直至油中气体通过排油孔自然排出；

步骤4、逐级升高高压直流电源的输出电压，恒压20min后测试并记录在各电压作用下流过试样的电流；

步骤5、按照1kV/s的速度继续升高直流电压，连续加压直至击穿，记录试样击穿时的厚度和电压；

步骤6、采用Weibull分布统计，求出特征绝缘场强；采用概率统计方法来估计样本中每个失效的试样等级；对于击穿强度来说，采用中值等级。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明将高压直流电源、皮安表、高压电极、接地电极组成串联构成电气主回路，通过屏蔽电极与接地电极并联起到流通表面泄露电流作用，提高了测量的准确性。

2、本发明通过熔断器与皮安表并联起到短路保护作用，并将高压电极、接地电极、屏蔽电极放置于屏蔽箱中，能够起到安全保护作用，保证了测试的安全性。

3、本发明通过电极与绝缘材料试片连接在一起，可以直接测试绝缘材料的直流电导参数与击穿电压参数，能够大幅提高工作效率，节省试验资源。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明的电极结构示意图；

图3是本发明的屏蔽箱结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种绝缘试片直流电导耐压联合测试仪，如图1所示，包括高压直流电源、皮安表、电压表、熔断器、屏蔽箱、高压电极、接地电极和屏蔽电极，所述高压直流电源、皮安表、高压电极、接地电极组成串联结构形成仪器电气主回路；熔断器与皮安表并联在一起起到短路保护作用；所述电压表与高压电极、接地电极并联实现测量功能；所述屏蔽电极与接地电极并联起到流通表面泄露电流作用，以保证测量的准确性。所述高压电极、接地电极、屏蔽电极均放置于屏蔽箱中，起到保护作用。

如图2所示，高压电极2为圆柱形结构，电极主体材质为铜、表面蒸镀铝，直径50mm，高度25mm。考虑到边缘效应可能对电场分布产生的影响，高压电极与绝缘试片1接触位置为圆形倒角结构，倒角半径为4.5mm。

如图2所示，接地电极4为圆柱形结构，电极主体材质为铜、表面蒸镀铝，直径50mm，高度25mm。虑到边缘效应可能对电场分布产生的影响，接地电极与绝缘试片接触位置为圆形倒角结构，倒角半径为4.5mm。

如图2所示，屏蔽电极3为同心圆形空心结构，电极主体材质为铜、表面蒸镀铝，内径60mm、外径80mm，与绝缘试片接触位置为圆形倒角结构，倒角半径为4.5mm，如图2所示。

如图3所示，屏蔽箱为立体长方形结构，其尺寸为：长20cm、宽15cm、高15cm，材质为不锈钢。屏蔽箱箱体有一个注油孔9、一个排油孔10、一个排气测温孔6和接电极端口8，在排气测温孔插入温度计7用于测量温度。在屏蔽箱箱体外还可以包覆隔温棉，用以保持恒定试验温度。

本测试仪可以同时测量绝缘试样的直流电导和直流击穿电压。其测试原理为：

利用高压直流电源(输出电压在0-10kV内连续可调)、皮安电流表(测试范围为10-²-10-¹⁴A)，根据下式可计算出绝缘试样在不同电场强度下的电导率：

式中：U为绝缘试样两端所承受的电压，单位为V；

I为此电压和温度下流过绝缘试样的电流，单位为A；

d为绝缘试样厚度，单位为mm；

D为测试极直径，单位为mm；

γ为此电场E下绝缘试样的电导率，单位为S/m。

随着高压直流电源输出电压的持续升高，当超过绝缘试样的耐受场强后，绝缘试样击穿。此时，根据电压表测得的击穿时刻的电压值，可以计算绝缘试样的击穿场强E_bd：

式中：U_bd为测得的击穿电压，单位为V；

d为测得的试样厚度，单位为mm；

E_bd为试样的击穿场强，单位为V/m。

本发明的测量方法包括以下步骤：

步骤1、将绝缘材料加工至长和宽均为100mm，厚度约为1mm的试样，将试样放入80℃的真空干燥箱内处理24h。

步骤2、将处理好的试样放入屏蔽箱内，接好电极。

步骤3、将绝缘油通过注油孔注入屏蔽箱，静置2小时，直至油中气体通过排油孔自然排出。

步骤4、逐级升高高压直流电源的输出电压，恒压20min后测试并记录在各电压作用下流过试样的电流。

步骤5、按照1kV/s的速度继续升高直流电压，连续加压直至击穿，记录试样击穿时的厚度和电压。

步骤6、由于击穿数据具有一定的分散性，为了科学准确的计算绝缘强度，采用Weibull分布统计，求出特征绝缘场强。通常采用概率统计方法来估计样本中每个失效的试样等级，即用小样本来代替大样本。对于击穿强度来说，一般采用中值(50％)等级。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。