CN104597340A - 气体低温电气特性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种气体低温电气特性测试装置。本发明主要包括测试腔，抽真空装置，充气装置，冷源铜管，热源铜丝，温度监控装置和隔热腔。其各部分之间的连接关系是：冷源铜管和热源铜丝紧密绕着测试腔，一并置于隔热腔中，测试腔分别与抽真空装置、充气装置相连接；热源铜丝与温度监控装置相连接。抽真空装置对测试腔抽真空，为测试腔充入被测试气体做准备；充气装置向测试腔充入被测试气体；冷源铜管对测试腔进行冷却；热源铜丝为测试腔提供热量，使测试腔温度可调；温度监控装置对热源铜丝的热量进行控制，进而控制和稳定测试腔的温度；隔热腔包括两层真空腔，能够阻隔测试腔与外界进行热交换，提高冷却效率。本发明为气体在-153℃至-30℃的普冷温区下电气特性的测试提供了测试平台。
Description
技术领域
本发明属于高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种气体低温电气特性测试装置。
背景技术
SF6气体是目前最理想的绝缘和灭弧介质，在电力设备绝缘中广泛使用。但SF6是分子量较大的重气体，液化温度较一般普通气体高，在压力较大、温度过低环境下，容易液化，因此SF6气体不适用于高寒地区。解决高寒地区SF6气体存在的这一问题，已用的方法是在SF6中加入N2，CO2或空气等普通气体构成二元混合气体。
另一方面，SF6是一种很强的温室气体，寻找SF6的替代气体也成为了国内外研究的热点。在制冷及低温工程中，一般把普冷温区定义在120K至常温（-153℃～常温）。目前，对SF6替代气体的研究主要是在-30℃以上的条件下，已发现的性能良好的替代气体（如c-C4F8、CF3I）的液化温度甚至要高于SF6气体，且由于温度因素本身亦会对气体绝缘性能产生影响，因而，研究成果在-153℃～-30℃的普冷温区并不适用。
在我国的高寒地区，温度最低可达-30℃～-40℃，在超导电力装置电流引线等设备从常温到液氮温区的过渡段的温度会涉及在-153℃～-30℃的较大范围，为了解决这些特殊场所的气体绝缘问题，研究SF6的替代气体和气体混合物在普冷温区下的绝缘性能是很必要的。本发明能够模拟气体绝缘应用中的低温、高压强的环境，为气体在-153℃至-30℃的普冷温区下电气特性的测试提供了测试平台。
发明内容
为了给气体在普冷温区下电气特性的测试提供一个温度可控可调，电极间距定量可调且又能耐高压强的测试装置，本发明提供了一种气体低温电气特性测试装置。
所述气体低温电气特性装置，主要包括测试腔，抽真空装置，充气装置，冷源铜管，热源铜丝，温度监控装置和隔热腔。其各部分之间的连接关系是：冷源铜管和热源铜丝紧密绕着测试腔，一并置于隔热腔中，测试腔分别与抽真空装置、充气装置相连接；热源铜丝与温度监控装置相连接。抽真空装置对测试腔抽真空，为测试腔充入被测试气体做准备；充气装置向测试腔充入被测试气体；冷源铜管对测试腔进行冷却；热源铜丝为测试腔提供热量，使测试腔温度可调；温度监控装置对热源铜丝的热量进行控制，进而控制和稳定测试腔的温度；隔热腔能够阻隔测试腔与外界进行热交换，提高冷却效率。
所述测试腔包括测试腔室、上顶盖、测试电极和观察窗口。所述测试腔室是一直径为200mm，高度为200mm，腔壁厚度为3mm的不锈钢圆柱筒。所述上顶盖的材质采用聚四氟乙烯，中央有一手轮，用于调节所述高压电极的伸缩量，从而改变所述测试电极的电极间距，进而使电极间距能够在密封环境下定量可调。所述观察窗口的圆孔直径为100mm，采用强度高、安全性好的钢化玻璃密封，能够观察测试腔内气体的放电情况。
所述抽真空装置和充气装置的连接口采用螺纹连接口，连接口的阀门采用球阀，使测试腔能够耐真空负压强，又能耐0.1MPa至0.8MPa的正压强。所述抽真空装置采用机械泵，所述充气装置采用被测试气体自带的压力容器装置，这样使操作简便易行。
所述冷源铜管和热源铜丝的材质均为具有极好导热性能的紫铜，紧绕在测试腔外壁，能够为测试腔提供均匀的冷源和热源，减少测试腔内的气体的对流，有效提高实验的有效性和准确性。所述冷源铜管的内径为10mm，管壁厚为1mm，调温或控温时，冷源铜管中通入液氮，使测试腔温度得以下降；所述热源铜丝的直径为3mm，铜丝上设置了功率可调的加热装置。
所述温度监控装置包括温度采集装置和温度控制装置。所述温度采集装置包括两个PT100温度传感器，分别设置在所述测试腔底部和所述的高压电极上，其中，设置在高压电极上的PT100温度传感器用于测试前做温度标定，测试时取下；信号处理模块，与所述两个PT100温度传感器电连接，对所测温度电压信号进行滤波放大；数据采集卡，用于采集所述测试腔底部和高压电极的温度电压信号，其输入端接所述信号处理模块的输出信号，将该温度信号输出至LabView平台上，进行显示和处理，然后反馈输出至所述温度控制装置。所述温度控制装置是一加热功率可调的装置，设置在所述热源铜丝上，用于调节所述测试腔的温度。
所述隔热腔包括两层真空腔，能够阻隔测试腔与外界进行热交换，提高冷却效率；所述真空腔内置有多个支柱，用于支撑所述测试腔。
附图说明
图1是所述气体低温电气特性测试装置的结构示意图。
图2是所述气体低温电气特性测试装置的工程示意图。
图3是温度调控方式的流程图。
图4是气体低温电气特性测试的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种气体低温电气特性测试装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1所示为所述气体低温电气特性装置的结构示意图，主要包括测试腔，抽真空装置，充气装置，冷源铜管，热源铜丝，温度监控装置和隔热腔。如图1所示，冷源铜管和热源铜丝紧密绕着测试腔，一并置于隔热腔中，测试腔分别与抽真空装置、充气装置相连接；热源铜丝与温度监控装置相连接。冷源铜管和热源铜丝的材质均为具有极好导热性能的紫铜，紧绕在测试腔外壁，能够为测试腔提供均匀的冷源和热源，减少测试腔内的气体的对流，有效提高实验的有效性和准确性。所述冷源铜管的内径为10mm，管壁厚为1mm，调温或控温时，冷源铜管中通入液氮，使测试腔温度得以下降；所述热源铜丝的直径为3mm，铜丝上设置了功率可调的加热装置，调温或控温时，调节加热装置的功率，改变铜丝所传到的热量，从而改变或稳定测试腔内的温度。隔热腔包括两层真空腔，能够阻隔测试腔与外界进行热交换，提高冷却效率；真空腔内置有多个支柱，用于支撑所述测试腔。
抽真空装置采用机械泵，充气前，要求先对所述测试腔抽真空，真空度要求为10Pa以下，而良好的机械泵极限真空度可以达到0.1Pa，能够满足真空度要求；充气装置采用被测试气体自带的压力容器装置，这样使操作简便易行。
图2所示为所述气体低温电气特性测试装置的工程示意图。如图2所示，测试腔包括测试腔室、上顶盖、测试电极和观察窗口。测试腔室是一内径为200mm，高度为200mm，腔壁厚度为3mm的不锈钢圆柱筒。上顶盖与测试腔主体部分之间的密封采用螺丝拧紧与聚四氟乙烯密封圈进行密封，上顶盖的材质采用聚四氟乙烯，既能起密封作用又能起隔热作用，其中央有一手轮，用于调节所述高压电极的伸缩量，手轮旋转一圈高压电极的伸缩量改变1mm，从而改变测试电极的电极间距，进而使电极间距能够在密封环境下定量可调。高压电极与低压电极均采用螺纹连接，方便更换测试电极形状，以改变测试电场的分布。观察窗口的圆孔内径为96mm，伸出长度为176mm，采用强度高、安全性好的钢化玻璃密封，能够观察测试腔内气体的放电情况。观察窗上接有四通管，四通管内径为16mm，四通管各个连接口分别与抽真空装置、充气装置、真空测量装置以及压力测量装置相连接。四通管的各个连接口均采用螺纹连接口，抽真空装置和充气装置连接口的阀门采用球阀，使测试腔能够耐真空负压强，又能耐0.1MPa至0.8MPa的正压强。隔热腔是一真空腔，能够阻隔测试腔与外界进行热交换，提高了冷却效率。
图3所示为温度调控方式的流程图。如图3所示，温度传感器为PT100温度传感器，将温度信号转化为电压信号，信号处理模块对所测量的电压信号进行滤波放大，处理后的电压信号传送至数据采集卡，继而在Labview平台上进行显示和处理，然后反馈输出至电加热装置。PT100温度传感器测量的位置分别为所述测试腔底部和所述的高压电极，其中，设置在高压电极上的PT100温度传感器用于测试前做温度标定，进行测试时取下；所述温度标定的原理如下：温度调控的对象是测试腔内的气体，如图2所示，测试腔底部的热量传播途径主要是通过和冷源铜管与热源铜丝的热传导，以及与测试腔内气体的对流，而高压电极的热量传播途径主要通过测试腔室内气体的对流，当热平衡稳定时，若测试腔底部的温度与高压电极的温度相等，则可认为测试腔内气体的温度也等于以上两者的温度。进行温度标定时，记录测试腔底部与高压电极的温度曲线，并且记录两者温度曲线开始重合的时间。在不同的温度区域反复多次进行温度标定，取最大的温度曲线开始重合时间，记为t。测试前，取下高压电极上的温度传感器。进行测试时，当测试腔底部的温度曲线处于稳定，经过时间t后，便认为高压电极的温度与测试腔内气体的温度均和测试腔底部的温度相等。
图4所示为气体低温电气特性测试的流程图。先对测试装置抽真空，然后充入测试气体，接着把所述测试装置温度调至目标值，调节电极间距，最后在高压电极上施加电压进行测试。完成一次测试后，根据要求，选择操作方式。若要求同一气体在同一温度下的不同电极间距进行测试，只需调节电极间距；若要求同一气体在不同温度下进行测试，则需要从调节温度开始操作；若需要更换气体或更换不同电极，就要从测试装置抽真空开始重新操作。
Claims (5)
1.一种气体低温电气特性测试装置，其特征在于：主要包括测试腔，抽真空装置，充气装置，冷源铜管，热源铜丝，温度监控装置和隔热腔；其各部分之间的连接关系是：冷源铜管和热源铜丝紧密绕着测试腔，一并置于隔热腔中，测试腔分别与抽真空装置、充气装置相连接；热源铜丝与温度监控装置相连接；抽真空装置对测试腔抽真空，为测试腔充入被测试气体做准备；充气装置向测试腔充入被测试气体；冷源铜管对测试腔进行冷却；热源铜丝为测试腔提供热量，使测试腔温度可调；温度监控装置对热源铜丝的热量进行控制，进而控制和稳定测试腔的温度；隔热腔包括两层真空腔，能够阻隔测试腔与外界进行热交换，提高冷却效率。
2.根据权利要求1所述的一种气体低温电气特性测试装置，其特征在于：所述测试腔包括测试电极，所述测试电极又包括高压电极和低压电极，能够在密封环境下定量调节电极间距。
3.根据权利要求1所述的一种气体低温电气特性测试装置，其特征在于：所述抽真空装置和充气装置的连接口采用螺纹连接口，连接口的阀门采用球阀，使测试腔能够耐真空负压强，又能耐0.1MPa至0.8MPa的正压强。
4.根据权利要求1所述的一种气体低温电气特性测试装置，其特征在于：所述冷源铜管和热源铜丝紧绕在测试腔外壁，能够为测试腔提供均匀的冷源和热源，减少测试腔内的气体的对流，有效提高实验的有效性和准确性。
5.根据权利要求1所述的一种气体低温电气特性测试装置，其特征在于：所述温度监控装置包括温度采集装置和温度控制装置；所述温度采集装置包括两个PT100温度传感器，分别设置在所述测试腔底部和权利要求2所述的高压电极上，其中，设置在高压电极上的PT100温度传感器用于测试前做温度标定，测试时取下；信号处理模块，与所述两个PT100温度传感器电连接，对所测温度电压信号进行滤波放大；数据采集卡，用于采集所述测试腔底部和所述高压电极的温度电压信号；所述温度控制装置，设置在所述热源铜丝上，用于调节所述测试腔的温度。
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