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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電纜絕緣測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種交聯(lián)聚乙烯試樣、制備方法及測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

高壓直流輸電以其電能損耗小、造價(jià)成本低、占地面積少和快速調(diào)節(jié)功率等優(yōu)勢(shì)，在電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。

交聯(lián)聚乙烯具有柔軟性好、便于安裝、介電和導(dǎo)體損耗小、載流量大及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有良好的耐熱性、耐磨性和力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)，因此在高壓直流電纜及其附件絕緣中得到了廣泛應(yīng)用，但隨著電壓等級(jí)的升高，介質(zhì)在承受長(zhǎng)期的電、熱和機(jī)械應(yīng)力作用下，其絕緣水平逐漸下降，進(jìn)而引發(fā)事故。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，70％的電纜故障都是由電纜附件絕緣水平下降引起的，氣隙、裂痕和雜質(zhì)等缺陷的產(chǎn)生導(dǎo)致局部電場(chǎng)集中，從而誘發(fā)了電樹(shù)枝。

另外，空間電荷的積聚也會(huì)使得電場(chǎng)發(fā)生畸變，對(duì)電樹(shù)枝的引發(fā)和生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，這將嚴(yán)重威脅電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

因此，通過(guò)測(cè)量的手段定量地研究電樹(shù)枝內(nèi)電荷的輸運(yùn)特性，有助于加深對(duì)聚合物內(nèi)電樹(shù)枝老化的理解，對(duì)后續(xù)的電樹(shù)枝抑制研究具有重要意義。

現(xiàn)有的電樹(shù)枝生長(zhǎng)理論模型都是依靠仿真結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象建立的，通過(guò)建立數(shù)學(xué)方程和施加邊界條件來(lái)計(jì)算電樹(shù)枝發(fā)展過(guò)程中的電荷分布，但計(jì)算過(guò)程中可能會(huì)簡(jiǎn)化或者忽略一些條件，造成仿真結(jié)果和實(shí)際情況有所偏差。

目前尚未有實(shí)驗(yàn)測(cè)量手段來(lái)驗(yàn)證理論模型，而空間電荷的測(cè)量可以用來(lái)分析介質(zhì)內(nèi)的電荷分布情況，具有代表性的測(cè)量方法包括激光誘導(dǎo)壓力波法、壓電壓力波法和電聲脈沖法，其中電聲脈沖法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作便捷等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。

目前利用電聲脈沖法可測(cè)的試樣主要是平板薄試樣，其無(wú)法用于電樹(shù)枝試驗(yàn)，而電樹(shù)枝試驗(yàn)試樣均是采用針-板電極結(jié)構(gòu)且試樣形狀不同于平板薄試樣，無(wú)法測(cè)量絕緣內(nèi)電樹(shù)枝行為中的空間電荷。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種交聯(lián)聚乙烯試樣、制備方法及測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了交聯(lián)聚乙烯中電樹(shù)枝變化過(guò)程中空間電荷分布的測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種交聯(lián)聚乙烯試樣，所述交聯(lián)聚乙烯試樣包括：交聯(lián)聚乙烯塊和埋在所述交聯(lián)聚乙烯塊中的線電極；所述線電極彎曲為U形，所述線電極兩極的末端與所述交聯(lián)聚乙烯塊的一個(gè)端面平齊。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種交聯(lián)聚乙烯試樣制備方法，所述方法包括：將交聯(lián)聚乙烯顆粒倒入模具中升溫融化；將彎曲為U形的線電極插入融化后的交聯(lián)聚乙烯中，所述線電極兩極的末端裸露在融化后的交聯(lián)聚乙烯外；將裸露在交聯(lián)聚乙烯外的線電極裁剪掉，獲得交聯(lián)聚乙烯試樣。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置，用于測(cè)量所述交聯(lián)聚乙烯試樣，所述測(cè)量裝置包括：交聯(lián)聚乙烯試樣，用于產(chǎn)生電樹(shù)枝；半導(dǎo)電層，覆蓋在所述交聯(lián)聚乙烯試樣中線電極兩極的末端上；高壓電極，位于所述半導(dǎo)電層上方，用于為所述半導(dǎo)電層傳送設(shè)定電壓；攝像機(jī)，位于所述交聯(lián)聚乙烯試樣的一側(cè)硫化氫報(bào)警器，用于記錄所述交聯(lián)聚乙烯試樣中電樹(shù)枝的變化過(guò)程；脈沖電路，與所述高壓電極連接，用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)；地電極，位于所述交聯(lián)聚乙烯試樣的下方；壓電傳感器，位于所述地電極下方，用于檢測(cè)所述交聯(lián)聚乙烯試樣產(chǎn)生的壓力波信號(hào)；計(jì)算機(jī)，分別與所述攝像機(jī)和所述壓電傳感器連接，用于根據(jù)所述壓力波信號(hào)獲得所述交聯(lián)聚乙烯試樣內(nèi)的空間電荷分布，還用于獲取所述空間電荷分布隨所述電樹(shù)枝變化的變化量。

可選地，所述交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置還包括：運(yùn)算放大器，與所述壓電傳感器相連，用于放大所述壓電傳感器檢測(cè)到的信號(hào)；示波器，分別與所述運(yùn)算放大器和所述計(jì)算機(jī)相連，用于對(duì)放大的所述信號(hào)進(jìn)行采樣并將采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)。

可選地，所述脈沖電路與所述高壓電極澆筑為一體。

可選地，所述交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置還包括蓋板和立柱夾具：所述蓋板位于所述脈沖電路與所述高壓電極構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)的上方，所述立柱夾具的一端與所述蓋板通過(guò)螺母連接，另一端設(shè)置在所述地電極上。

可選地，所述高壓電極材料為銅。

可選地，所述半導(dǎo)電層材料為乙烯-乙酸乙烯酯。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本發(fā)明公開(kāi)了一種交聯(lián)聚乙烯試樣、制備方法及測(cè)量裝置，交聯(lián)聚乙烯試樣包括交聯(lián)聚乙烯塊和位于所述交聯(lián)聚乙烯塊中的線電極；所述線電極彎曲為U形，所述線電極兩極的末端與所述交聯(lián)聚乙烯塊的一個(gè)端面平齊；給彎曲的線電極通電，彎曲的線電極在交聯(lián)聚乙烯塊中產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)，能夠誘發(fā)電樹(shù)枝，實(shí)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯中電樹(shù)枝變化過(guò)程中空間電荷分布的測(cè)量。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種交聯(lián)聚乙烯試樣示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種交聯(lián)聚乙烯試樣制作步驟流程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種交聯(lián)聚乙烯試樣制作工藝流程示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例一種交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種交聯(lián)聚乙烯試樣、制備方法及測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了交聯(lián)聚乙烯中電樹(shù)枝行為過(guò)程中空間電荷分布的測(cè)量。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明一種交聯(lián)聚乙烯試樣示意圖，如圖1所示，一種交聯(lián)聚乙烯試樣10包括：交聯(lián)聚乙烯塊和埋在所述交聯(lián)聚乙烯塊中的線電極11；所述線電極11彎曲為U形，所述線電極11的兩極與所述交聯(lián)聚乙烯塊的一個(gè)端面平齊，交聯(lián)聚乙烯塊的另一個(gè)端面與U形線電極11底部所在直線平行。

線電極11的直徑范圍為0.1mm至3mm，線電極11底邊距交聯(lián)聚乙烯塊的另一個(gè)端面的距離范圍為0.5mm至3mm，以保證不均勻電場(chǎng)的產(chǎn)生。

交聯(lián)聚乙烯塊為長(zhǎng)度3cm，高度1cm，厚度不超過(guò)6mm的長(zhǎng)方體。

線電極11為銅線電極。

線電極11位于交聯(lián)聚乙烯塊的厚度中心，其兩端距交聯(lián)聚乙烯塊的中心5mm至7mm，其兩側(cè)及底邊與交聯(lián)聚乙烯塊兩側(cè)及底部平行。

圖2為本發(fā)明一種交聯(lián)聚乙烯試樣制作步驟流程示意圖，圖3為與制作步驟流程相對(duì)應(yīng)的工藝流程示意圖，如圖2-3所示新型氣體報(bào)警器，一種交聯(lián)聚乙烯試樣制備方法包括：步驟101：將交聯(lián)聚乙烯顆粒倒入模具中升溫融化。

其中，步驟101具體包括：將聚酯薄膜置于壓片機(jī)裝料口上，在裝料口上方放入金屬模具，將交聯(lián)聚乙烯顆粒倒入金屬模具中，升溫使交聯(lián)聚乙烯顆粒融化。

具體為在120℃下融化交聯(lián)聚乙烯顆粒15min。

金屬模具為上下通透的殼體。

步驟102：將彎曲為U形的線電極插入融化后的交聯(lián)聚乙烯中，所述線電極兩極的末端裸露在融化后的交聯(lián)聚乙烯外。

其中，步驟102具體包括：將線電極插入模具預(yù)留的孔隙中，線電極底部距試樣底部1mm并保持平行，覆蓋一層聚酯薄膜于模具之上，用壓片機(jī)逐級(jí)增大機(jī)械壓力。

施加機(jī)械壓力過(guò)程以8Mpa和3min為加壓梯度和時(shí)間，從零開(kāi)始逐級(jí)增壓，施壓為24Mpa時(shí)停止增壓過(guò)程。

釋放機(jī)械壓力并繼續(xù)升溫，之后通過(guò)壓片機(jī)在施加壓力過(guò)程重新增大壓力，制備過(guò)程結(jié)束后，待試樣冷卻至室溫撕去聚酯薄膜。

其中，繼續(xù)升溫的溫度設(shè)置為150℃，從零開(kāi)始以8Mpa為梯度增大機(jī)械壓力，施壓為24Mpa時(shí)停止加壓，加壓時(shí)間分別為3min、3min和30min。

步驟103：將裸露在交聯(lián)聚乙烯外的線電極裁剪掉，獲得交聯(lián)聚乙烯試樣。

其中，步驟103具體包括：裁剪后的線電極兩極的末端端面與交聯(lián)聚乙烯試樣的上表面平齊。

其中，線電極的直徑范圍為0.1mm至3mm，線電極底邊距交聯(lián)聚乙烯塊的一個(gè)端面距離范圍為0.5mm至3mm，以保證不均勻電場(chǎng)的產(chǎn)生。

線電極彎曲成U形乙烯傳感器，線電極兩側(cè)及底邊分別與試樣兩側(cè)和底部平行，在線電極兩側(cè)和底邊連接處留有圓角。

線電極兩側(cè)指U形的兩側(cè)的豎線，底部指的是U形底邊。

交聯(lián)聚乙烯試樣長(zhǎng)度為3cm，高度為1cm，厚度不超過(guò)6mm。

線電極11為銅線電極。

圖4為本發(fā)明一種交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置示意圖，如圖4所示一種交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置包括：交聯(lián)聚乙烯試樣10，用于產(chǎn)生電樹(shù)枝。

半導(dǎo)電層12，覆蓋在所述交聯(lián)聚乙烯試樣10中線電極11的兩極上，但是不完全覆蓋在交聯(lián)聚乙烯試樣10的上表面，為爬電距離保留一定裕度。

半導(dǎo)電層厚度為2mm。

高壓電極13，位于所述半導(dǎo)電層12上方，用于為所述半導(dǎo)電層12傳送設(shè)定電壓。

攝像機(jī)4，位于所述交聯(lián)聚乙烯試樣10的一側(cè)，用于記錄所述交聯(lián)聚乙烯試樣10中電樹(shù)枝的變化過(guò)程。

電樹(shù)枝的變化過(guò)程指電樹(shù)枝的形態(tài)特征及生長(zhǎng)過(guò)程。

脈沖電路，與所述高壓電極13連接，用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)。

脈沖電路為脈沖耦合電路。

地電極5，位于所述交聯(lián)聚乙烯試樣10的下方。

壓電傳感器9，位于所述地電極5的下方，用于檢測(cè)所述交聯(lián)聚乙烯試樣10產(chǎn)生的壓力波信號(hào)。

計(jì)算機(jī)，分別與所述攝像機(jī)和所述壓電傳感器9連接，用于根據(jù)所述壓力波信號(hào)獲得所述交聯(lián)聚乙烯試樣10內(nèi)的空間電荷分布，還用于獲取所述空間電荷分布隨所述電樹(shù)枝變化的變化量。

所述交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置還包括：運(yùn)算放大器8乙烯傳感器，與所述壓電傳感器9相連，用于放大所述壓電傳感器9檢測(cè)到的信號(hào)；示波器，分別與所述運(yùn)算放大器8和所述計(jì)算機(jī)相連，用于對(duì)放大的所述信號(hào)進(jìn)行采樣并將采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)。

所述脈沖電路與所述高壓電極13澆筑為一體。

所述交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置還包括蓋板2和立柱夾具3：所述蓋板2位于所述脈沖電路與所述高壓電極構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)14的上方，所述立柱夾具3的一端與所述蓋板通過(guò)螺母連接，另一端設(shè)置在所述地電極5上。

所述高壓電極13材料為銅。

所述半導(dǎo)電層12材料為乙烯-乙酸乙烯酯。

交聯(lián)聚乙烯試樣10構(gòu)成的線-板電極用于產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)，從而誘發(fā)電樹(shù)枝。

交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置還包括高壓直流電源、脈沖電源、屏蔽殼7、底座7，高壓直流電源通過(guò)保護(hù)電阻1與高壓電極13連接，高壓直流電源和脈沖電源均與地電極連接。

屏蔽殼7設(shè)置在地電極13下方。

底座7設(shè)置在地電極13下方且設(shè)置在屏蔽殼7的外側(cè)，用于支撐交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置。

本發(fā)明一種交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置，對(duì)交聯(lián)聚乙烯試樣進(jìn)行測(cè)試的具體步驟如下：將制備好的交聯(lián)聚乙烯試樣放置在半導(dǎo)電層和地電極之間乙烯傳感器，通過(guò)壓放蓋板和旋動(dòng)夾具上的螺母來(lái)固定交聯(lián)聚乙烯試樣位置，防止交聯(lián)聚乙烯試樣滑動(dòng)。

高壓直流電源的插頭引線通過(guò)保護(hù)電阻連接至測(cè)試腔體內(nèi)部的高壓電極，高壓電極和脈沖耦合電路均采用環(huán)氧澆注固定成型。

脈沖電源和高壓直流電源的接地線與地電極連接，保證地電極可靠接地，運(yùn)算放大器輸出連接至示波器信號(hào)通道。

打開(kāi)示波器和計(jì)算機(jī)的Labview空間電荷檢測(cè)系統(tǒng)以及攝像頭記錄軟件，啟動(dòng)脈沖電源和高壓直流電源，并升高電壓至設(shè)定值。

通過(guò)攝像系統(tǒng)連續(xù)記錄電樹(shù)枝生長(zhǎng)過(guò)程，通過(guò)Labview空間電荷檢測(cè)系統(tǒng)記錄線電極到試樣底部的空間電荷分布。

本發(fā)明采用交聯(lián)聚乙烯試樣測(cè)量裝置對(duì)交聯(lián)聚乙烯試樣進(jìn)行測(cè)量，能夠獲得觀測(cè)電樹(shù)枝生長(zhǎng)過(guò)程和空間電荷分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電樹(shù)枝-空間電荷分布測(cè)量一過(guò)程的定量分析。

從而檢測(cè)聚合物內(nèi)電樹(shù)枝內(nèi)電荷的輸運(yùn)特性，提高對(duì)聚合物絕緣水平下降的認(rèn)識(shí)，有利于對(duì)電樹(shù)枝抑制的研究，從而提高電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性和溫度性。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。

綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

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