一种绝缘材料电老化性能评估装置及检测方法与流程

本发明涉及一种电老化性能评估装置，具体涉及一种控温控湿条件下绝缘材料电老化性能评估装置及检测方法。

背景技术：

在中高压电气设备中，多采用绝缘性能优异的高分子材料作为固体绝缘介质。但随着设备的长期运行，绝缘材料内部会发生复杂的物理和化学变化，引起其绝缘性能不可逆转的逐渐下降。绝缘材料承受的作用因素有电场、温度、湿度等，这些因素都会引起其逐渐劣化失效，同时当这些因子协同作用时，更会加速绝缘的老化进程。绝缘老化按照导致绝缘劣化的因素可分为，热老化、电老化和多应力联合老化。

为评估绝缘材料的长期可靠性，必须进行电老化试验。由于在运行条件下绝缘材料的寿命非常长，故长期以来人们一直在探索电老化的加速方法。

目前，检测固体绝缘材料的电老化特性的方法尚未有一个公认的标准和定论，主要有恒定电压法、逐级升压累加法等(CN201510084829)，这些评估方法的核心均是通过测量材料在高电压高场强下用较短的时间获得的寿命外推得到材料在工作场强下的相对寿命。不同的方法甚至相同的方法对同种材料得到的数据离散性较大。同时，绝缘材料在实际使用过程中受环境影响较大，单纯的电老化试验无法获得准确的性能评估。

另一方面，目前现有的电老化性能检测装置和方法多针对成型产品，包括电缆(CN105866015A，CN201410161764)，绝缘支撑件(CN201310080679.5)，复合绝缘子(CN201310191987)等。对材料本体的性能无法进行有效的评估。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种控温湿条件下绝缘材料电老化性能评估装置及检测方法，为绝缘材料的筛选提供相应的依据。。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种绝缘材料电老化性能评估装置，包括控制装置、连接高压引入组件的电压控制装置、温度控制装置、湿度控制装置、和内设若干样品工装的样品室；所述高压引入组件包括高压套管和高压引线，高压套管与样品室密封连接，高压引线依次穿过高压套管后与通过电极连接样品工装的高压端；所述控制装置分别通过电压控制装置、温度控制装置和湿度控制装置，调节样品室内的温度、湿度及样品工装的电压老化样品。

上述电极为平板电极，采用罗果夫斯基电极结构，D为10-100mm的圆盘，厚度h为0.1-10mm，表面粗糙度＜10um。

上述温度控制装置包括分别与温度控制仪连接的冷源控制仪、热源控制仪、导热介质控制仪。

上述温度控制装置的控温方式包括微机控温和PID调节，控温范围为-80～300℃，精度为±0.1℃，温度波动度为±0.05℃。

上述湿度控制装置包括分别与湿度控制仪连接的干燥气控制仪、水控制仪。

上述湿度控制装置的湿度控制范围为0～100％，精度为±2％。

上述样品室内设有与温度控制组件连接的温度传感器、与湿度控制组件连接的湿度传感器。

上述样品工装的数量≤20。

上述的一种绝缘材料电老化性能评估装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、样品工装：将1-2个电极嵌入样品模块中制得样品工装；

S2、将上述若干样品工装放入样品室内，并将样品工装的正极连接高压引

线，负极接样品室内的地线；

S3、样品老化：操作控制装置分别通过电压控制装置、温度控制装置和湿

度控制装置，调节样品室内的温度、湿度及样品工装的电压，并持续一段

时间；

S4、检测上述老化样品的击穿强度。

上述步骤S1中内嵌1个电极的样品工装顶部设有与电极匹配的凹槽，所述凹槽和样品工装底部镀有导电层，电极紧贴凹槽底部的导电层，凹槽内注有绝缘油；所述步骤S1中内嵌2个电极的样品工装内，所述电极相互平行，间距为0-5mm。

本发明的有益之处在于：

1、本发明的一种绝缘材料电老化性能评估装置能够在宽温域(-80～300℃)、全湿度(相对湿度0-100％)的范围内，在终端控制下，利用温度控制装置和湿度控制装置精确地把控待检测样所在环境的温度精确度为±0.1℃、湿度精确度为±2％，这样就可以表征在特定温度和湿度下的待检测样的电老化性能。

2、能够同时检测多组试样，缩短试验周期，提高试验效率，且可提高同批次多组式样老化的对比性，提高数据的可采信度。

3、各组电老化检测样品的样品工装相互独立，既可以同时检测同种试样进行多组平行检测，也可以同时检测不同种试样的老化性能，互不干扰，十分方便。

4、能够评估样品整体性能。采用I、II型两种材料形状能够保证在施加电压过程中，样品材料的本体所承受的场强均为稍不均匀场，而传统的测试方法(IEC 60243-1)所采用的圆柱电极或球电极等在使用过程中场强较为集中，综合评估样块整体性能。

本发明的一种绝缘材料电老化性能评估装置占用空间小、结构简单、使用方便、适用范围广，实用性强，使用本发明的试验装置和检测方法能够有效地评估绝缘材料在实际运行中工况下的电老化性能，为绝缘材料的筛选提供重要参考。

附图说明

图1为本发明的一种绝缘材料电老化性能评估装置的结构示意图。

图2为本发明的一种绝缘材料电老化性能评估装置的电极的结构示意图。

图3为本发明的一种绝缘材料电老化性能评估装置的I型样品工装的结构示意图。

图4为本发明的一种绝缘材料电老化性能评估装置的II型样品工装的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1、控制装置，2、样品室，3、温度控制装置，4、湿度控制装置，5、电压控制装置，6、高压套管，7、高压引线，8、电极，9、样品工装，10、凹槽，11、银。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种绝缘材料电老化性能评估装置，包括高压引入组件、电压控制装置5、温度控制装置3、湿度控制装置4、样品室2和控制装置1；

样品室2内设有与温度控制组件连接的温度传感器、与湿度控制组件连接的湿度传感器以及多组样品工装9；

高压引入组件包括高压套管6和高压引线7，高压套管6与样品室2主体密封连接，高压引线7依次穿过高压套管6后与电极8连接，电极8与样品工装9的高压端相连。

温度控制装置3包括分别与温度控制仪连接的冷源控制仪、热源控制仪、导热介质控制仪，控温方式为微机控温和PID调节，控温范围为-80～300℃，精度为±0.1℃，温度波动度为±0.05℃。

湿度控制装置4包括分别与湿度控制仪连接的干燥气控制仪、水分控制仪，湿度控制范围为0～100％，精度为±2％。

样品室2内最多可同时检测20组样品工装9。

控制装置1分别通过电压控制装置5、温度控制装置3和湿度控制装置4，调节样品室2内的温度、湿度及样品工装9的电压老化样品，通过高压引入组件对试样施加指定波形的电压，待达到所设定检测时间后，按照IEC 60243-1标准，原位测量材料击穿强度，从而评估材料老化情况。

样品检测中样品工装9的为平板电极8，采用罗果夫斯基电极8结构，表面近似为直径D为10-100mm的圆盘，厚度h为0.1-10mm，电极8表面均经过仔细的抛光和打磨处理，使表面粗糙度＜10um。

待测样品工装9有两种，分别为I型和II型：

I型样品工装9可通过注塑、压铸、挤出、APG等多种工艺成矩形、圆柱形等形状。样品工装9开有一个与电极8形状相吻合的凹槽10，凹槽内10以及样品工装9下表面镀导电层，该导电层可为银、铜或其他导电基质，样品工装9的下表面接地。样品工装9加电压过程中凹槽10内浸有绝缘油，防止空气间隙影响试验结果。

II型样品工装9可通过注塑、压铸、挤出、APG等多种工艺成成矩形、圆柱形等形状。在成型过程中嵌入两块间距为0.1-5mm、相互平行的电极8。

两个平板电极8在0.1-5mm间隙距离下形成稍不均匀场，经过ANSYS仿真计算得到电场不均匀系数为1～1.3。

实施例1：

HPN，PA，PBT材料在不同温度，不同电压，时长为1个月的老化试验。

待测尼龙材料通过注塑机注塑成样品工装9I型，凹槽10底与样品工装9底面的间距为1mm。

将凹槽10与样品工装9底面镀银11，将与高压引线7相连的电极8置入凹槽10中压紧，并浸入绝缘油，样品工装9底面接地。

所使用电极8直径D为40mm，厚度h为2mm，表面粗糙度＜1.6um。

重复上述步骤将其他组试样全部放入样品室2中，通过高压引入装置对试样施加5kV/10kV/15kV的工频电压，控制环境湿度为50％RH，控制环境温度为80℃，100℃和120℃分别检测1个月。1个月后，检测材料的击穿强度。

击穿强度(kV/mm)检测结果如下表1：

实施例2：

环氧材料在不同温度，不同电压，时长为1个月的老化试验。

待测环氧材料通过APG工艺成型为样品工装9II型，平行电极8的间距为1mm，将样品工装9高压端的电极8与高压引线7相连，低压端的电极8接地。

重复上述步骤将其他组试样全部放入样品室2中，通过高压引入装置对试样施加5kV/10kV/15kV的工频电压，控制环境湿度为50％RH，控制环境温度为80℃，100℃和120℃分别检测1个月。1个月后，检测材料的击穿强度。

击穿强度(kV/mm)检测结果如下表2：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。