欢迎光临小豌豆知识网!
当前位置:首页 > 物理技术 > 测量测试> 极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法独创技术10646字

极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法

2021-03-18 16:26:21

极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法

  技术领域

  本发明涉及一种极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,属于固体绝缘材料老化技术领域

  背景技术

  空间太阳能电站是指在太空中将太阳能转化为电能,通过无线能量传输方式传输到地面,或是直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。目前美国、俄罗斯、日本等国都在开展研究。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)提议,未来25年,日本计划建造太空太阳能电站,该机构详细描述了这一计划,从太空太阳能电站创建一个年发电量10亿瓦的商业系统,这相当于一座核电站每年发电量。我国航天五院“钱学森空间技术实验室”团队已开展太阳能电站具体研究工作,目前正处于研究试验阶段。所采用的电池阵电压等级为500V,主母线高压电缆电压等级为5kV。太空中由于没有空气对流传热,电缆向阳的一面吸收太阳的辐射热,温度可达100多摄氏度,而背阳的一面由于处于太空中低至零下100多摄氏度,这便形成了极高的温度梯度,同时在太空中存在着大量的高能放射离子,这些粒子在高速运动中不断轰击绝缘材料表面,这些条件会影响聚酰亚胺表面电荷的积聚特性,进而可能导致绝缘材料沿面放电现象,严重威胁空间太阳能电站的可靠运行。

  为了改善绝缘材料在极端环境下对输电线路的影响,已有学者展开相关研究,但是研究领域主要集中在改性材料和电子辐射下的研究,绝缘材料的放电演化过程主要集中在电子辐射下,也有涉及真空环境下的研究,这些研究并没有在其针对高温度梯度下的研究。因此有必要针对固体绝缘材料在超真空、高温差、超低温、强辐射的环境下的真空-固体界面电荷发生机制开展研究工作,搭建实验平台,研究其沿面放电的演化过程,进而提出相应的抑制措施。

  发明内容

  本发明提出一种极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,该实验装置可以同时实现超真空、高温差、超低温、强辐射的极端环境中模拟固体绝缘材料沿面放电过程,实验条件更贴近太空中实际的运行环境,具有密封、坚固和方便操作的特点。

  为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:

  一种极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,其特征在于:由真空箱、液氮片、加热装置、辐射装置、高压电极和地电极等部分组成。真空箱是极端环境下固体绝缘材料老化实验装置的箱体,采用不锈钢制作,外接真空泵抽掉箱体内的空气实现超真空环境;液氮片内充满液氮,用于制造低温环境;加热装置由红外加热灯和红外测温仪组成,红外加热灯设置六组,在箱体顶端定向照射样品,红外测温仪实时监测箱体内温度;辐射装置采用高能射线发射器,同样设置六组,与红外加热灯并排,定向照射样品,实现超辐射环境;高压电极与地电极采用板-板电极,均由黄铜制成,两电极之间夹紧样品;高压电极上端接一个垂直铜导体,与铜导体之间通过螺纹连接,通过螺纹旋转电极可以前后调节高压电极位置,使高压电极能够与地电极夹紧样品;铜导体通过绝缘套管伸出真空箱外,套管上方设有均压环,将高压引线上的高压均匀分布在均压环上,减小其电位差;地电极与箱体中心不锈钢支柱连接,不锈钢支柱与壳接地,处于地电位;样品位于两电极板之间,形状为边长10cm左右的立方体。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,真空箱采用不锈钢制作,内表面铺设真空隔热板,保持箱内温度稳定,真空箱上盖要留有铜导体出口、加热装置和辐射装置引线出口,真空箱下方需开设抽气口,外接真空泵,底部中心设有凹槽供不锈钢支柱插入。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,液氮片采用不锈钢制成,环绕箱体内部一周,内部充满液氮,使得真空箱体内温度在-70℃至-90℃之间。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,红外加热灯采用定向照射样品上表面,控制样品上表面温度在100℃左右。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,高能射线发射器定向照射样品上表面,发射出γ射线和x射线粒子。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,高压电极与地电极由黄铜制成并设置六组,可同时对六组样品进行实验,同时六组高压电极可根据需要设置不同电压,观测在不同电压下的绝缘材料沿面放电现象。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,铜导体下方开设带有螺纹的通路,该通路通过与高压电极相连的支柱,旋转支柱即可调整高压电极前后位置,以此固定样品。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,箱体中央支柱由不锈钢制成,内部设置弹簧使支柱可伸缩,使支柱能够牢固贴紧箱体底部。

  所述极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,固体绝缘材料采用聚酰亚胺或者聚苯硫醚,样品大小为边长10cm的立方体,表面光滑,避免对沿面放电产生干扰,样品牢固夹在高压电极与地电极之间。

  本发明的有益效果为:实验装置可以实现超真空、高温差、超低温、强辐射的环境,更加贴近于太空中的实际环境,同时实现在高压下的固体绝缘材料沿面放电实验,观察相关现象并进行测量,可以满足固体绝缘材料在极端环境下沿面放电实验的要求。

  附图说明

  图1为极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟装置正视结构图。

  图2为极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟装置俯视结构图。

  图3为样品在箱体外部安装示意图。

  具体实施方式

  下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

  一种极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法,其特征在于:由真空箱、液氮片、加热装置、辐射装置、高压电极和地电极等部分组成,如图1所示。真空箱是极端环境下固体绝缘材料老化实验装置的箱体,采用不锈钢制作,外接真空泵抽掉箱体内的空气实现超真空环境;液氮片内充满液氮,用于制造低温环境;加热装置由红外加热灯和红外测温仪组成,红外加热灯设置六组,在箱体顶端定向照射样品,红外测温仪实时监测箱体内温度;辐射装置采用高能射线发射器,同样设置六组,与红外加热灯并排,定向照射样品,实现超辐射环境;高压电极与地电极采用板-板电极,均由黄铜制成,两电极之间夹紧样品;高压电极上端接一个垂直铜导体,与铜导体之间通过螺纹连接,通过螺纹旋转电极可以前后调节高压电极位置,使高压电极能够与地电极夹紧样品;铜导体通过绝缘套管伸出真空箱外,套管上方设有均压环,将高压引线上的高压均匀分布在均压环上,减小其电位差;地电极与箱体中心不锈钢支柱连接,不锈钢支柱与壳接地,处于地电位;样品位于两电极板之间,形状为边长10cm左右的立方体。

  真空箱采用不锈钢制成,箱体成圆柱体形状,完全处于密封条件。真空箱上方采用密封盖,密封盖可以打开以便放置样品,真空箱上盖要留有铜导体出口、加热装置和辐射装置引线出口。真空箱下方设有开口连接真空泵,通过真空泵抽取箱内空气,使得箱体内处于超真空环境。液氮片环绕箱体内一周,如图2所示,液氮片由不锈钢制成,内部充满液氮,通过控制液氮的流通营造超低温环境,控制箱体内温度在-70℃至-90℃之间。真空箱内表面铺设真空隔热板,保证箱体内温度在一个稳定范围之内。在真空箱顶部设置6组红外照射灯,如图2,采用定向照射样品,使得样品上表面温度在100℃左右,这样样品上表面与下表面之间形成了高温差。在箱体顶部布置红外测温仪,实时监测样品周围温度。同时在红外照射灯旁边布置高能射线发射器,发生γ射线和x射线,采用定向照射样品,令样品处于超辐射环境。综上所述,真空箱内形成了一个超真空、超低温、高温差、强辐射的环境。

  观察样品的沿面放电现象需要设置高电压差,从高压电源拉下高压引线,通过绝缘套管上的均压环与真空箱体内部铜导体相接,铜导体下方开有带有螺纹通路,该通路通过与高压电极相连的支柱,旋转支柱即可调整高压电极前后位置,以此固定样品。高压电极与地电极采用板-板电极,均由黄铜制成,地电极与箱体中央支柱相接且不可移动,箱体中央支柱由不锈钢制成,内部设置弹簧使支柱可伸缩,目的是使支柱牢固贴紧箱体底部。

  首先需要将样品加工成合适大小,旋转高压电极后方支柱,使得两电极之间夹紧样品。在箱体外部固定好样品后,如图3所示,连同地电极和不锈钢支柱一同放入箱内,对准箱体底部凹槽,合上密封盖。使用真空泵抽取箱内空气,向液氮片内通入液氮,当箱内温度达到-70℃至-90℃之间,开启红外照射灯和高能射线发射器,接通高压电源,同时开始计时进行电-热老化,模拟样品沿面放电现象。

  综上所述,实验装置可以实现超真空、高温差、超低温、强辐射的极端老化环境,模拟太空中的实际环境,同时可以实现在不同高压电源下进行老化。装置整体密封性强,可灵活控制温度、辐射等环境参数,方便操作,此实验平台可以满足固体绝缘材料在极端环境下的沿面放电的模拟要求。

《极端环境下固体绝缘材料沿面电弧模拟平台与测量方法.doc》
将本文的Word文档下载到电脑,方便收藏和打印
推荐度:
点击下载文档

文档为doc格式(或pdf格式)