[发明专利]基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法

说明书

本发明公开一种基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法,利用可控温表面电荷测量装置，得到在高压脉冲叠加直流电压下绝缘材料的表面电荷积聚和衰减特性，进而分析高压脉冲叠加直流电压下的电荷输运机理。本发明有效的模拟了高压直流电力电缆的实际运行工况，实验装置内的温度准确、可控。可以测量直流电缆附件绝缘在温度、高压脉冲叠加直流电压等复杂条件作用下的表面电荷积聚和衰减特性，表面电荷衰减特性和绝缘的电导率有直接的关系，通过表面电荷衰减特性还可用于进一步分析载流子迁移率、陷阱能级等重要参数。

技术领域

本发明属于高压设备领域，特别涉及一种基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法。

背景技术

电缆附件是电缆系统中用以连接电缆或其它设备的部件，是电缆系统的重要组成部分。高压直流电缆的附件对高压直流输电系统的可靠运行具有重要意义。与高压直流输电系统的其他部分相比,电缆附件的故障风险更高。其原因是高压直流电缆配件结构复杂,有多层绝缘。这些特性会导致局部电场的畸变,从而加剧电荷的积累。与高压交流电缆附件相比，高压直流电缆附件的研究起步晚，设计、制造和检测等不完善，并且对于在温度、电场等复杂条件作用下直流电缆附件绝缘的电荷特性研究很少。

直流电缆系统在实际运行过程中会伴随着线芯的发热，导致内侧绝缘的温度上升，温度按照内高外低分布，因此在直流电缆中存在温度梯度。在交流电缆系统中，电场按照介电常数分布，而温度对介电常数的影响很小，因此温度梯度的存在对交流电缆系统几乎没有影响。而在直流电缆系统中，电场按照绝缘的电阻分配，温度能够显著影响绝缘的电阻，因此在直流电缆系统中的温度梯度现象对直流系统的长期稳定运行构成了很大的威胁。直流电缆温度的内高外低分布，导致电场的分布也由内而外快速变化，抑制电场分布不均匀十分困难。而且随着直流电缆输电技术的提高，电缆的运行温度也不断提升，研究高温下的电缆附件绝缘特性显得尤为重要。

在高压直流电缆运行的过程中，除了长期存在着的直流电场，还有电力系统中暂态过电压产生的暂态电场。与高压交流电缆系统相比，高压直流电缆系统所采用的直流避雷器、平波装置、阻尼装置，以及换流控制调节系统所采取的移相、闭锁等操作，使得高压直流电缆系统内过电压的幅值、波形等特征更为复杂。暂态电场会加快绝缘的老化进程，因此暂态过电压是在设计直流电缆附件绝缘时的一个关键因素。因此设计一种基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法，展开热电复合场下直流电缆附件绝缘的研究，对于开发新型直流电缆绝缘材料、进一步改善直流电缆附件设计具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法，提供温度变化的环境下脉冲叠加直流电压实验装置和表面电荷观测装置，进而通过对表面电荷的观测得到绝缘材料的表面电荷积聚和衰减特性，绝缘材料的表面电荷衰减特性还可用于进一步分析载流子迁移率、陷阱能级等重要参数。

本发明为所要解决的技术问题提供一种基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法。

本发明的技术方案是基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法，利用可控温表面电荷测量装置，得到在高压脉冲叠加直流电压下绝缘材料的表面电荷积聚和衰减特性，进而分析高压脉冲叠加直流电压下的电荷输运机理。

具体步骤如下：

步骤1)将试样用无水酒精轻轻擦拭，自然风干后放入干燥箱内，在60℃的环境下干燥3h，充分去除水分。

步骤2)将干燥完成的试样放在地电极上，沿着导轨推到针电极的下方。启动加热器，控制温度保持在30℃。调整探头的位置与针电极所对的位置完全重合。提前打开静电电位计，进入待机状态。

步骤3)打开直流电源，持续加压10s，在关闭电源的同时快速将试样推到探头的下方，并记录静电电位计的示数。更换新的试样后，重复上述操作，持续加压时间为30、60、120、240、300、600s，可以得到直流电场表面电荷积累特性。