本發(fā)明涉及一種電老化性能評(píng)估裝置，具體涉及一種控溫控濕條件下絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置及檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

在中高壓電氣設(shè)備中，多采用絕緣性能優(yōu)異的高分子材料作為固體絕緣介質(zhì)。但隨著設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行，絕緣材料內(nèi)部會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，引起其絕緣性能不可逆轉(zhuǎn)的逐漸下降。絕緣材料承受的作用因素有電場(chǎng)、溫度、濕度等，這些因素都會(huì)引起其逐漸劣化失效，同時(shí)當(dāng)這些因子協(xié)同作用時(shí)，更會(huì)加速絕緣的老化進(jìn)程。絕緣老化按照導(dǎo)致絕緣劣化的因素可分為，熱老化、電老化和多應(yīng)力聯(lián)合老化。

為評(píng)估絕緣材料的長(zhǎng)期可靠性，必須進(jìn)行電老化試驗(yàn)。由于在運(yùn)行條件下絕緣材料的壽命非常長(zhǎng)，故長(zhǎng)期以來(lái)人們一直在探索電老化的加速方法。

目前，檢測(cè)固體絕緣材料的電老化特性的方法尚未有一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)和定論，主要有恒定電壓法、逐級(jí)升壓累加法等(CN201510084829)，這些評(píng)估方法的核心均是通過(guò)測(cè)量材料在高電壓高場(chǎng)強(qiáng)下用較短的時(shí)間獲得的壽命外推得到材料在工作場(chǎng)強(qiáng)下的相對(duì)壽命。不同的方法甚至相同的方法對(duì)同種材料得到的數(shù)據(jù)離散性較大。同時(shí)，絕緣材料在實(shí)際使用過(guò)程中受環(huán)境影響較大，單純的電老化試驗(yàn)無(wú)法獲得準(zhǔn)確的性能評(píng)估。

另一方面，目前現(xiàn)有的電老化性能檢測(cè)裝置和方法多針對(duì)成型產(chǎn)品，包括電纜(CN105866015A，CN201410161764)，絕緣支撐件(CN201310080679.5)，復(fù)合絕緣子(CN201310191987)等。對(duì)材料本體的性能無(wú)法進(jìn)行有效的評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種控溫濕條件下絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置及檢測(cè)方法，為絕緣材料的篩選提供相應(yīng)的依據(jù)。。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置，包括控制裝置、連接高壓引入組件的電壓控制裝置、溫度控制裝置、濕度控制裝置、和內(nèi)設(shè)若干樣品工裝的樣品室；所述高壓引入組件包括高壓套管和高壓引線，高壓套管與樣品室密封連接，高壓引線依次穿過(guò)高壓套管后與通過(guò)電極連接樣品工裝的高壓端；所述控制裝置分別通過(guò)電壓控制裝置、溫度控制裝置和濕度控制裝置，調(diào)節(jié)樣品室內(nèi)的溫度、濕度及樣品工裝的電壓老化樣品。

上述電極為平板電極，采用羅果夫斯基電極結(jié)構(gòu)，D為10-100mm的圓盤(pán)，厚度h為0.1-10mm，表面粗糙度＜10um。

上述溫度控制裝置包括分別與溫度控制儀連接的冷源控制儀、熱源控制儀、導(dǎo)熱介質(zhì)控制儀。

上述溫度控制裝置的控溫方式包括微機(jī)控溫和PID調(diào)節(jié)，控溫范圍為-80～300℃，精度為±0.1℃，溫度波動(dòng)度為±0.05℃。

上述濕度控制裝置包括分別與濕度控制儀連接的干燥氣控制儀、水控制儀。

上述濕度控制裝置的濕度控制范圍為0～100％，精度為±2％。

上述樣品室內(nèi)設(shè)有與溫度控制組件連接的溫度傳感器、與濕度控制組件連接的濕度傳感器。

上述樣品工裝的數(shù)量≤20。

上述的一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

S1、樣品工裝：將1-2個(gè)電極嵌入樣品模塊中制得樣品工裝；

S2、將上述若干樣品工裝放入樣品室內(nèi)，并將樣品工裝的正極連接高壓引

線，負(fù)極接樣品室內(nèi)的地線；

S3、樣品老化：操作控制裝置分別通過(guò)電壓控制裝置、溫度控制裝置和濕

度控制裝置，調(diào)節(jié)樣品室內(nèi)的溫度、濕度及樣品工裝的電壓，并持續(xù)一段

時(shí)間；

S4、檢測(cè)上述老化樣品的擊穿強(qiáng)度。

上述步驟S1中內(nèi)嵌1個(gè)電極的樣品工裝頂部設(shè)有與電極匹配的凹槽，所述凹槽和樣品工裝底部鍍有導(dǎo)電層，電極緊貼凹槽底部的導(dǎo)電層，凹槽內(nèi)注有絕緣油；所述步驟S1中內(nèi)嵌2個(gè)電極的樣品工裝內(nèi)，所述電極相互平行，間距為0-5mm。

本發(fā)明的有益之處在于：

1、本發(fā)明的一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置能夠在寬溫域(-80～300℃)、全濕度(相對(duì)濕度0-100％)的范圍內(nèi)，在終端控制下，利用溫度控制裝置和濕度控制裝置精確地把控待檢測(cè)樣所在環(huán)境的溫度精確度為±0.1℃、濕度精確度為±2％，這樣就可以表征在特定溫度和濕度下的待檢測(cè)樣的電老化性能。

2、能夠同時(shí)檢測(cè)多組試樣，縮短試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，且可提高同批次多組式樣老化的對(duì)比性，提高數(shù)據(jù)的可采信度。

3、各組電老化檢測(cè)樣品的樣品工裝相互獨(dú)立，既可以同時(shí)檢測(cè)同種試樣進(jìn)行多組平行檢測(cè)，也可以同時(shí)檢測(cè)不同種試樣的老化性能，互不干擾，十分方便。

4、能夠評(píng)估樣品整體性能。采用I、II型兩種材料形狀能夠保證在施加電壓過(guò)程中，樣品材料的本體所承受的場(chǎng)強(qiáng)均為稍不均勻場(chǎng)，而傳統(tǒng)的測(cè)試方法(IEC 60243-1)所采用的圓柱電極或球電極等在使用過(guò)程中場(chǎng)強(qiáng)較為集中，綜合評(píng)估樣塊整體性能。

本發(fā)明的一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置占用空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、適用范圍廣，實(shí)用性強(qiáng)，使用本發(fā)明的試驗(yàn)裝置和檢測(cè)方法能夠有效地評(píng)估絕緣材料在實(shí)際運(yùn)行中工況下的電老化性能，為絕緣材料的篩選提供重要參考。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置的電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置的I型樣品工裝的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置的II型樣品工裝的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記的含義如下：1、控制裝置，2、樣品室，3、溫度控制裝置，4、濕度控制裝置，5、電壓控制裝置，6、高壓套管，7、高壓引線，8、電極，9、樣品工裝，10、凹槽，11、銀。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種絕緣材料電老化性能評(píng)估裝置，包括高壓引入組件、電壓控制裝置5、溫度控制裝置3、濕度控制裝置4、樣品室2和控制裝置1；

樣品室2內(nèi)設(shè)有與溫度控制組件連接的溫度傳感器、與濕度控制組件連接的濕度傳感器以及多組樣品工裝9；

高壓引入組件包括高壓套管6和高壓引線7，高壓套管6與樣品室2主體密封連接，高壓引線7依次穿過(guò)高壓套管6后與電極8連接，電極8與樣品工裝9的高壓端相連。

溫度控制裝置3包括分別與溫度控制儀連接的冷源控制儀、熱源控制儀、導(dǎo)熱介質(zhì)控制儀，控溫方式為微機(jī)控溫和PID調(diào)節(jié)，控溫范圍為-80～300℃，精度為±0.1℃，溫度波動(dòng)度為±0.05℃。

濕度控制裝置4包括分別與濕度控制儀連接的干燥氣控制儀、水分控制儀，濕度控制范圍為0～100％，精度為±2％。

樣品室2內(nèi)最多可同時(shí)檢測(cè)20組樣品工裝9。

控制裝置1分別通過(guò)電壓控制裝置5、溫度控制裝置3和濕度控制裝置4，調(diào)節(jié)樣品室2內(nèi)的溫度、濕度及樣品工裝9的電壓老化樣品，通過(guò)高壓引入組件對(duì)試樣施加指定波形的電壓，待達(dá)到所設(shè)定檢測(cè)時(shí)間后，按照IEC 60243-1標(biāo)準(zhǔn)，原位測(cè)量材料擊穿強(qiáng)度，從而評(píng)估材料老化情況。

樣品檢測(cè)中樣品工裝9的為平板電極8，采用羅果夫斯基電極8結(jié)構(gòu)，表面近似為直徑D為10-100mm的圓盤(pán)，厚度h為0.1-10mm，電極8表面均經(jīng)過(guò)仔細(xì)的拋光和打磨處理，使表面粗糙度＜10um。

待測(cè)樣品工裝9有兩種，分別為I型和II型：

I型樣品工裝9可通過(guò)注塑、壓鑄、擠出、APG等多種工藝成矩形、圓柱形等形狀。樣品工裝9開(kāi)有一個(gè)與電極8形狀相吻合的凹槽10，凹槽內(nèi)10以及樣品工裝9下表面鍍導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層可為銀、銅或其他導(dǎo)電基質(zhì)，樣品工裝9的下表面接地。樣品工裝9加電壓過(guò)程中凹槽10內(nèi)浸有絕緣油，防止空氣間隙影響試驗(yàn)結(jié)果。

II型樣品工裝9可通過(guò)注塑、壓鑄、擠出、APG等多種工藝成成矩形、圓柱形等形狀。在成型過(guò)程中嵌入兩塊間距為0.1-5mm、相互平行的電極8。

兩個(gè)平板電極8在0.1-5mm間隙距離下形成稍不均勻場(chǎng)，經(jīng)過(guò)ANSYS仿真計(jì)算得到電場(chǎng)不均勻系數(shù)為1～1.3。

實(shí)施例1：

HPN，PA，PBT材料在不同溫度，不同電壓，時(shí)長(zhǎng)為1個(gè)月的老化試驗(yàn)。

待測(cè)尼龍材料通過(guò)注塑機(jī)注塑成樣品工裝9I型，凹槽10底與樣品工裝9底面的間距為1mm。

將凹槽10與樣品工裝9底面鍍銀11，將與高壓引線7相連的電極8置入凹槽10中壓緊，并浸入絕緣油，樣品工裝9底面接地。

所使用電極8直徑D為40mm，厚度h為2mm，表面粗糙度＜1.6um。

重復(fù)上述步驟將其他組試樣全部放入樣品室2中，通過(guò)高壓引入裝置對(duì)試樣施加5kV/10kV/15kV的工頻電壓，控制環(huán)境濕度為50％RH，控制環(huán)境溫度為80℃，100℃和120℃分別檢測(cè)1個(gè)月。1個(gè)月后，檢測(cè)材料的擊穿強(qiáng)度。

擊穿強(qiáng)度(kV/mm)檢測(cè)結(jié)果如下表1：

實(shí)施例2：

環(huán)氧材料在不同溫度，不同電壓，時(shí)長(zhǎng)為1個(gè)月的老化試驗(yàn)。

待測(cè)環(huán)氧材料通過(guò)APG工藝成型為樣品工裝9II型，平行電極8的間距為1mm，將樣品工裝9高壓端的電極8與高壓引線7相連，低壓端的電極8接地。

重復(fù)上述步驟將其他組試樣全部放入樣品室2中，通過(guò)高壓引入裝置對(duì)試樣施加5kV/10kV/15kV的工頻電壓，控制環(huán)境濕度為50％RH，控制環(huán)境溫度為80℃，100℃和120℃分別檢測(cè)1個(gè)月。1個(gè)月后，檢測(cè)材料的擊穿強(qiáng)度。

擊穿強(qiáng)度(kV/mm)檢測(cè)結(jié)果如下表2：

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。