[发明专利]一种在高能电子辐照下高压电缆静电放电试验的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高能电子辐照下高压电缆静电放电试验的系统和方法，特别适用于卫星高压电缆地面充放电模拟试验的研究，属于测量领域。 

背景技术

高压电缆是卫星高压供配电系统的主要组成，卫星高压电缆在带电环境辐照下产生静电放电，从而诱发系统内部组件的静电击穿，造成部件内部短路，引起卫星能源损失甚至整星失效。鉴于高压电缆静电放电问题对卫星产生的异常事件和故障重要性，引起了国际相关人员的广泛关注，近年来国外在此方面已开展大量的试验工作。 

目前，伴随着我国卫星技术的不断进步，为了满足通信卫星长寿命高性能的需求，我国卫星平台都将大量采用高比冲、长寿命、高效率的离子电推进系统，需要使用高压电缆给离子电推进系统提供1000V的工作电压。当卫星运行在GEO轨道时，其空间带电环境中的高能电子辐照会引起卫星高压电缆的充放电效应，高压电缆的绝缘层被充至较高的电位时发生静电放电，会严重影响离子电推进系统的工作稳定性，从而影响卫星的功能。 

高压电缆的充放电效应防护问题已成为严重制约我国卫星新技术发展的瓶颈。然而我国在高压电缆充放效应方面研究基础薄弱，缺乏有效的高压电缆充放电效应的防护方法和设计手段，因此必须开展高能电子辐照下的高压电缆静电放电试验工作。 

发明内容

本发明解决的技术问题是：结合空间充电环境和高压电缆的布局特点，利用高能电子辐照模拟试验方法开展了高能电子辐照下高压电缆静电放电试验。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。 

一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验系统，所述系统包括：束流积分仪、法拉第筒、电子加速器、真空室、真空抽气系统、试验台、样品夹具、 高压电缆工作模拟系统。 

其中，在真空室内部，电子加速器固定安装在真空室顶部；试验台安装在真空室底面上，在试验台上设有样品夹具，高压电缆样品水平固定在样品夹具上；法拉第筒悬空固定在试验台上方，法拉第筒和试验台位于电子加速器的辐射范围内； 

在真空室外，高压电缆工作模拟系统通过导线与高压电缆样品连接；束流积分仪与法拉第筒连接；真空抽气系统与真空室连接； 

高压电缆样品从外向内分为四层，依次为电缆外皮、屏蔽层、绝缘层、电缆芯；所述电缆外皮和绝缘层为高分子绝缘材料、屏蔽层和电缆芯材料为铜； 

所述高压电缆样品为高压电缆组，通过两根或两根以上型号和长度相同的高压电缆相互并联得到；在高压电缆组的一端将高压电缆的电缆芯彼此连接，该端为A端；在高压电缆组的另一端将高压电缆的屏蔽层彼此连接，该端为B端； 

优选高压电缆工作模拟系统包括第一脉冲电流探针、第二脉冲电流探针、示波器、高压电源、二极管； 

所述高压电缆工作模拟系统的连接方式如下。 

高压电源的正极与二极管的阳极连接，二极管的阴极与高压电缆组的A端连接，高压电缆组的B端与高压电源的负极连接后接地；第一脉冲电流探针套在高压电缆组的的A端与二极管阴极的连接位置，第二脉冲电流探针套在高压电缆组的B端与高压电源的接地端之间的位置；第一脉冲电流探针和第二脉冲电流探针均与示波器连接； 

二极管的作用为，保护高压电源，防止放电电流过大损坏高压电源； 

第一脉冲电流探针、第二脉冲电流探针和示波器的作用为，检测高压电缆组的电缆芯和屏蔽层的放电脉冲； 

高压电源的作用为，为高压电缆组提供工作电压； 

一种高能电子辐照下高压电缆静电放电试验方法，所述方法步骤如下： 

步骤一、开启真空抽气系统对真空室抽真空，至真空度≤5.0×10^-4Pa； 

步骤二、开启高压电源，给高压电缆样品加工作电压； 

步骤三、开启电子加速器，使其产生高能电子辐照高压电缆样品，诱发高压电缆绝缘层发生静电放电现象；通过束流积分仪和法拉第筒监测高能电子的 能量和束流密度； 

步骤四、通过示波器监测高压电缆的绝缘层对电缆芯的放电脉冲波形，以及绝缘层对屏蔽层的放电脉冲波形。 

优选步骤二中，高压电源提供的工作电压在0～5000V内可调。 

优选步骤三中，电子加速器产生的高能电子的能量在0.8～2.5MeV内可调，束流密度范围在1～25pA/cm²内可调。