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技術領域

本發(fā)明涉及電纜絕緣測試技術領域，特別是涉及一種交聯(lián)聚乙烯試樣、制備方法及測量裝置。

背景技術

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

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

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

另外，空間電荷的積聚也會使得電場發(fā)生畸變，對電樹枝的引發(fā)和生長產生影響，這將嚴重威脅電氣設備安全穩(wěn)定運行。

因此，通過測量的手段定量地研究電樹枝內電荷的輸運特性，有助于加深對聚合物內電樹枝老化的理解，對后續(xù)的電樹枝抑制研究具有重要意義。

現(xiàn)有的電樹枝生長理論模型都是依靠仿真結合實驗現(xiàn)象建立的，通過建立數(shù)學方程和施加邊界條件來計算電樹枝發(fā)展過程中的電荷分布，但計算過程中可能會簡化或者忽略一些條件，造成仿真結果和實際情況有所偏差。

目前尚未有實驗測量手段來驗證理論模型，而空間電荷的測量可以用來分析介質內的電荷分布情況，具有代表性的測量方法包括激光誘導壓力波法、壓電壓力波法和電聲脈沖法，其中電聲脈沖法具有結構簡單和操作便捷等優(yōu)點得到了廣泛應用。

目前利用電聲脈沖法可測的試樣主要是平板薄試樣，其無法用于電樹枝試驗，而電樹枝試驗試樣均是采用針-板電極結構且試樣形狀不同于平板薄試樣，無法測量絕緣內電樹枝行為中的空間電荷。

發(fā)明內容

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

為實現(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)聚乙烯塊的一個端面平齊。

本發(fā)明還公開了一種交聯(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)明還公開了一種交聯(lián)聚乙烯試樣測量裝置，用于測量所述交聯(lián)聚乙烯試樣，所述測量裝置包括：交聯(lián)聚乙烯試樣，用于產生電樹枝；半導電層，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，位于所述半導電層上方，用于為所述半導電層傳送設定電壓；攝像機，位于所述交聯(lián)聚乙烯試樣的一側硫化氫報警器，用于記錄所述交聯(lián)聚乙烯試樣中電樹枝的變化過程；脈沖電路，與所述高壓電極連接，用于產生脈沖信號；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，用于檢測所述交聯(lián)聚乙烯試樣產生的壓力波信號；計算機，分別與所述攝像機和所述壓電傳感器連接，用于根據(jù)所述壓力波信號獲得所述交聯(lián)聚乙烯試樣內的空間電荷分布，還用于獲取所述空間電荷分布隨所述電樹枝變化的變化量。

可選地，所述交聯(lián)聚乙烯試樣測量裝置還包括：運算放大器，與所述壓電傳感器相連，用于放大所述壓電傳感器檢測到的信號；示波器，分別與所述運算放大器和所述計算機相連，用于對放大的所述信號進行采樣并將采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇嬎銠C。

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成的一體結構的上方，所述立柱夾具的一端與所述蓋板通過螺母連接，另一端設置在所述地電極上。

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)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：本發(fā)明公開了一種交聯(lián)聚乙烯試樣、制備方法及測量裝置，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)聚乙烯塊中產生不均勻電場，能夠誘發(fā)電樹枝，實現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯中電樹枝變化過程中空間電荷分布的測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例一種交聯(lián)聚乙烯試樣示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一種交聯(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)明實施例一種交聯(lián)聚乙烯試樣測量裝置示意圖。

具體實施方式

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

基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

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

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

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)聚乙烯塊的一個端面平齊，交聯(lián)聚乙烯塊的另一個端面與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)聚乙烯塊的另一個端面的距離范圍為0.5mm至3mm，以保證不均勻電場的產生。

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

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，其兩側及底邊與交聯(lián)聚乙烯塊兩側及底部平行。

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應的工藝流程示意圖，如圖2-3所示新型氣體報警器，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，用壓片機逐級增大機械壓力。

施加機械壓力過程以8Mpa和3min為加壓梯度和時間，從零開始逐級增壓，施壓為24Mpa時停止增壓過程。

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

其中，繼續(xù)升溫的溫度設置為150℃，從零開始以8Mpa為梯度增大機械壓力，施壓為24Mpa時停止加壓，加壓時間分別為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)聚乙烯塊的一個端面距離范圍為0.5mm至3mm，以保證不均勻電場的產生。

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

線電極兩側指U形的兩側的豎線，底部指的是U形底邊。

交聯(lián)聚乙烯試樣長度為3cm，高度為1cm，厚度不超過6mm。

線電極11為銅線電極。

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

半導電層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。

半導電層厚度為2mm。

高壓電極13，位于所述半導電層12上方，用于為所述半導電層12傳送設定電壓。

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

電樹枝的變化過程指電樹枝的形態(tài)特征及生長過程。

脈沖電路，與所述高壓電極13連接，用于產生脈沖信號。

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，用于檢測所述交聯(lián)聚乙烯試樣10產生的壓力波信號。

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

所述交聯(lián)聚乙烯試樣測量裝置還包括：運算放大器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檢測到的信號；示波器，分別與所述運算放大器8和所述計算機相連，用于對放大的所述信號進行采樣并將采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇嬎銠C。

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成的一體結構14的上方，所述立柱夾具3的一端與所述蓋板通過螺母連接，另一端設置在所述地電極5上。

所述高壓電極13材料為銅。

所述半導電層12材料為乙烯-乙酸乙烯酯。

交聯(lián)聚乙烯試樣10構成的線-板電極用于產生不均勻電場，從而誘發(fā)電樹枝。

交聯(lián)聚乙烯試樣測量裝置還包括高壓直流電源、脈沖電源、屏蔽殼7、底座7，高壓直流電源通過保護電阻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設置在地電極13下方。

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

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

高壓直流電源的插頭引線通過保護電阻連接至測試腔體內部的高壓電極，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，運算放大器輸出連接至示波器信號通道。

打開示波器和計算機的Labview空間電荷檢測系統(tǒng)以及攝像頭記錄軟件，啟動脈沖電源和高壓直流電源，并升高電壓至設定值。

通過攝像系統(tǒng)連續(xù)記錄電樹枝生長過程，通過Labview空間電荷檢測系統(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)聚乙烯試樣測量裝置對交聯(lián)聚乙烯試樣進行測量，能夠獲得觀測電樹枝生長過程和空間電荷分布的對應關系，實現(xiàn)電樹枝-空間電荷分布測量一過程的定量分析。

從而檢測聚合物內電樹枝內電荷的輸運特性，提高對聚合物絕緣水平下降的認識，有利于對電樹枝抑制的研究，從而提高電氣設備運行的安全性和溫度性。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。

綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。

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