一种基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置的制作方法

本发明涉及计量低温绝缘材料的绝缘特性测量技术领域，并且更具体地，涉及一种基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置。

背景技术：

低温绝缘材料的绝缘特性一般包括绝缘电阻与电阻率、介电常数与介损等电学特性，以及击穿耐压和沿面闪络特性等。低温绝缘材料工作环境为77k及以下，冷却方式主要有两种：液氮、液氦等致冷剂浸泡或真空环境下传导冷却。后者占地面积小，简单易操作，而且可根据需要调节超导设备运行温度，越来越受到青睐。随着传导冷却超导储能磁体、输电和输送低温燃料一体的传导冷却能源管道技术的发展，也要着手研究真空传导冷却环境下低温绝缘材料的绝缘特性。

对于传导冷却的超导磁体和能源管道而言，设计高换热效率的导冷结构是维持系统稳定运行的关键。对于超导磁体而言，其导电部件与导冷部件之间需紧密接触，且需要绝缘处理；对于能源管道而言，由于其冷却介质通常采用低温燃料，如液氢和液化天然气，如果采用非浸泡冷却方式，则导电部件与导冷部件也需紧密接触，但无需进行导电和导冷部件的绝缘处理，仅需考虑导电部件与接地杜瓦管道之间的低温绝缘。绝缘与导冷是两个相互矛盾的因素，在绝缘结构设计的时候需要均衡两者间的相互影响，在保证绝缘强度的情况下提高导冷效率。

现有致冷剂浸泡工况下的低温绝缘材料绝缘特性测试系统设计已相对成熟，设计了液氮浸泡环境下的低温绝缘材料特性测试系统，其电极系统大都采用导热性差的环氧玻璃钢材料作为骨架。但是，对于传导冷却工况下的低温绝缘测试系统，由于环氧玻璃钢材料导热性能差，难以用于传导冷却。而且为了提高低温绝缘材料的导热性，骨架通常需选择铜、aln等导热性较好的材料。

技术实现要素：

本发明提出一种基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置，以解决如何基于传导冷却工况对低温绝缘材料的绝缘特性进行测量的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置，其特征在于，所述装置包括：

真空低温试验箱，用于内置绝缘导冷件、高压电极、接地电极以及测试样品；所述测试样品位于所述高压电极和接地电极之间，所述测试样品由所述接地电极传导冷却；所述绝缘导冷件与制冷机相连接，用于防止放电电流流过所述制冷机以及进行导冷；

高压发生器，设置于所述真空低温试验箱的外部，用于产生高压以引入到所述高压电极上；

制冷机，设置于所述真空低温测试箱的外部，通过所述绝缘导冷件与所述接地电极相连接，用于制冷，并利用所述接地电极进行导冷。

优选地，其中所述高压电极和接地电极均采用圆盘结构，所述高压电极位于接地电极的上方，所述接地电极的面积大于所述高压电极。

优选地，其中所述高压电极采用环状结构，所述接地电极采用棒状或环状结构，所述高压电极位于所述接地电极的外部。

优选地，其中所述高压电极和接地电极分别为矩形截面和三角形截面的片状结构，所述测试样品置于所述高压电极和接地电极之间，并在所述高压电极、低压电极和测试样品下方设置导冷板。

优选地，其中所述导冷板为铜板或氮化铝板。

优选地，其中所述装置还包括：

分子泵，设置于所述真空低温试验箱的外部，用于对所述真空低温试验箱抽真空。

优选地，其中所述装置还包括：

高压引线和套管，用于将高压引入到所述高压电极上。

优选地，其中所述测试样品为片状或薄膜状。

本发明提供了一种基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置，包括：真空低温试验箱，用于内置绝缘导冷件、高压电极、接地电极以及测试样品；所述测试样品位于所述高压电极和接地电极之间，所述测试样品由所述接地电极传导冷却；所述绝缘导冷件与制冷机相连接，用于防止放电电流流过所述制冷机以及进行导冷；高压发生器，设置于所述真空低温试验箱的外部，用于产生高压以引入到所述高压电极上；制冷机，设置于所述真空低温测试箱的外部，通过绝缘导冷件与所述接地电极相连接，用于制冷，并利用所述接地电极导冷。本发明的技术方案提供的装置能够有效地解决传导冷却工况下片状或薄膜低温绝缘材料电学特性、击穿耐压特性和沿面闪络特性的测试问题，为解决传导冷却超导储能磁体、输电和输送低温燃料一体的传导冷却能源管道的低温绝缘结构设计提供了关键技术支撑。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置100的结构示意图；

图2为根据本发明实施方式的采用圆盘结构电极测试绝缘材料的绝缘特性的装置的结构示意图；

图3为根据本发明实施方式的圆盘结构电极的示意图；

图4为根据本发明实施方式的环状结构电极的示意图；以及

图5为根据本发明实施方式的片状结构电极的示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置100的结构示意图。如图1所示，本发明的实施方式提供的基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置100能够有效地解决传导冷却工况下片状或薄膜低温绝缘材料电学特性、击穿耐压特性和沿面闪络特性的测试问题，为解决传导冷却超导储能磁体、输电和输送低温燃料一体的传导冷却能源管道的低温绝缘结构设计提供了关键技术支撑。本发明的实施方式提供的基于传导冷却测试低温绝缘材料的绝缘特性的装置100，包括：真空低温试验箱101、高压电极102、接地电极103、高压发生器104、制冷机105和绝缘导冷件106。

优选地，所述真空低温试验箱101，用于内置绝缘导冷件106、高压电极102、接地电极103以及测试样品；所述测试样品位于所述高压电极102和接地电极103之间，所述测试样品由所述接地电极103传导冷却；所述绝缘导冷件106与制冷机105相连接，用于防止放电电流流过所述制冷机105以及进行导冷。

优选地，其中所述高压电极和接地电极均采用圆盘结构，所述高压电极位于接地电极的上方，所述接地电极的面积大于所述高压电极。

优选地，其中所述高压电极采用环状结构，所述接地电极采用棒状或环状结构，所述高压电极位于所述接地电极的外部。

优选地，其中所述高压电极和接地电极分别为矩形截面和三角形截面的片状结构，所述测试样品置于所述高压电极和接地电极之间，并在所述高压电极、低压电极和测试样品下方设置导冷板。

优选地，其中所述导冷板为铜板或氮化铝板。

优选地，所述高压发生器104，设置于所述真空低温试验箱101的外部，用于产生高压以引入到所述高压电极102上。

优选地，所述制冷机105，设置于所述真空低温测试箱101的外部，通过所述绝缘导冷件106与所述接地电极103相连接，用于制冷，并利用所述接地电极103进行导冷。

优选地，所述绝缘导冷件106，用于防止放电电流流过所述制冷机105，以及进行导冷。

优选地，其中所述装置还包括：

分子泵，设置于所述真空低温试验箱的外部，用于对所述真空低温试验箱抽真空。

优选地，其中所述装置还包括：

高压引线和套管，用于将高压引入到所述高压电极上。

优选地，其中所述测试样品为片状或薄膜状。

在本发明的实施方式中，当高压电极和接地电极均采用圆盘结构时，以及当高压电极采用环状结构，接地电极采用棒状或环状结构时，均能够对测试样品的表面电学特性、击穿耐压特性和沿面闪络耐压特性进行测试。此时，测试的是测试样品位于均匀电场内的沿面闪络耐压特性。

当高压电极和接地电极分别为矩形截面和三角形截面的片状结构时，能够对测试样品的表面电学特性和沿面闪络耐压特性进行测试。此时，测试的是测试样品位于不均匀电场内的沿面闪络耐压特性。

实施例一

图2为根据本发明实施方式的采用圆盘结构电极测试绝缘材料的绝缘特性的装置的结构示意图。如图2所示，采用圆盘结构电极测试绝缘材料的绝缘特性的装置包括：真空低温试验箱1、分子泵2、制冷机3、冷头4、绝缘导冷件5、高压发生器6、高压引线7、高压套管8、高压电极9、接地引线10和接地电极11。其中，高压电极9、接地电极11和绝缘导冷件5位于真空低温试验箱内部；由分子泵2对真空低温试验箱1抽真空；由制冷机3产生冷量并通过冷头4对接地电极11进行冷却；高压发生器6产生的高压由高压引线7和套管8引入真空低温试验箱内的高压电极上；放电电流由接地引线(10)引出；冷头4与接地电极11之间安装绝缘导冷件5，用于防止放电电流流过冷头4和制冷机3，对制冷机3造成损伤。

图3为根据本发明实施方式的圆盘结构电极的示意图。如图3所示，高压电极9和接地电极11都采用圆盘结构，接地电极11的面积大于高压电极9，高压电极9位于接地电极11的上方，测试样品位于高压电极9和接地电极11之间，由接地电极11传导冷却；整个装置用于测试片状或薄膜样品的表面电学特性、击穿耐压特性和沿面闪络特性。

当高压电极和接地电极为圆盘结构时，高压电极的数量为1个或多个。

实施例二

在本发明的实施方式中，只有高压电极和接地电极的结构和实施例一中的不同，其他部件均相同。

图4为根据本发明实施方式的环状结构电极的示意图。如图4所示，高压电极采用环状结构，接地电极采用棒状或环状结构并连接到绝缘导冷件(导冷机构)，高压电极位于接地电极的外部，测试样品位于高压电极和接地电极之间，测试样品由接地电极传导冷却；整个装置用于测试片状或薄膜样品的表面电学特性、击穿耐压特性和沿面闪络特性。高压电极为一个或多个。具体地，在进行表面电学特性测试时，环形电极1作为高压电极，环形电极2-1或2-2作为测量电极，棒电极作为接地电极。在进行击穿耐压特性测试时，环形电极1作为高压电极，棒电极作为接地电极。在进行沿面闪络特性测试时，环形电极1作为高压电极，环形电极2-1或环形电极2-2作为接地电极。

实施例三

在本发明的实施方式中，只有高压电极和接地电极的结构和实施例一中的不同，其他部件均相同。

图5为根据本发明实施方式的片状结构电极的示意图。如图5所示，高压电极和接地电极分别采用矩形截面和三角形截面的片状结构，导冷板12采用铜板或氮化铝板，高压电极9和接地电极11位于导冷板12的上方，测试样品位于高压电极9和接地电极11之间，并平铺在导冷板上。利用片状结构的电极能够对测试样品位于不均匀电场内的沿面闪络耐压特性进行测试。

本发明的实施方式中的真空低温试验箱所能达到的低温包括但不限于液氢温区、液氮温区和液化天然气温区。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。