一种表面电荷测量装置与测量方法与流程

本发明属于高压绝缘材料特性测量领域，具体涉及一种表面电荷测量装置与测量方法。

背景技术：

现有技术中的表面电荷测量装置包括待测绝缘件的支撑装置、电压加载装置、测量探头装置和静电计，如公布号为cn108490278a、名称为“一种小型化盆式绝缘子表面电荷三维测量装置及方法”的中国专利申请，其测量过程为：首先通过对待测绝缘件施加高电压，然后撤去待测绝缘件的高压电源，再通过测量探头装置(包括探头和第二导杆等)的运动(旋转、平移)接触待测盆式绝缘子的不同位置，最后通过静电计获取待测绝缘件的表面电荷测量结果。

而根据研究显示，造成绝缘件失效的主要原因是绝缘材料沿面闪络，而对表面电位的测量可以分析绝缘材料表面电荷积聚消散的演化过程，获得表面闪络产生的机理，最终提高绝缘件可靠性。但是，绝缘材料在实际应用中不仅起到绝缘隔离高电压的作用，在较多场合下同时受到支撑力和电动力的影响，其材料的绝缘性能在力学的作用下可能发生劣化，而现有技术中的表面电荷测量装置往往无法测量到待测绝缘件在实际应用中的表面电荷，导致存在经过表面电荷测量通过的设备绝缘的可靠性降低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种表面电荷测量装置与测量方法，用于解决现有表面电荷测量装置无法测量到待测绝缘件在实际应用中的表面电荷，导致存在经过表面电荷测量通过的设备绝缘的可靠性降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种表面电荷测量装置，包括待测绝缘件的支撑装置、电压加载装置、测量探头装置和静电计，还包括至少一个用于对待测绝缘件施加力载荷的施力装置，所述施力装置为向下施加压力的施力装置。

为解决上述技术问题，本发明还提出一表面电荷测量方法，对待测绝缘件施加力载荷，在保持力载荷的情况下测量待测绝缘件的表面电荷。

本发明的表面电荷测量装置及基于该测量装置的测量方法，在现有技术的基础上添加了施力装置，利用施力装置对待测绝缘件施加力载荷，实现了待测绝缘件在实际应用(即待测绝缘件受到支撑力和电动力)中的表面电荷，提高了通过表面电荷测量的设备的绝缘可靠性和安全性。

为确保待测绝缘件的施力效果，上述施力装置包括支撑架，支撑架上安装有螺杆螺母驱动机构；所述螺杆螺母驱动机构包括用于上下方向移动的螺杆和用于驱动所述螺杆的螺母，螺杆设置在所述支撑架的安装孔中。为保证支撑架的支撑效果，该支撑架优选为门型架。

上述测量探头装置包括横杆和横杆端部固定的探头，所述横杆传动连接有用于驱动其沿横杆轴向转动的驱动机构，以实现待测绝缘件表面电荷的测量。为避免给测量探头装置设置额外的支撑结构，将横杆穿设于上述支撑装置的孔中，实现测量探头装置的支撑。为实现横杆的运动(包括横移和转动)，所述孔优选为螺纹孔，所述横杆优选为螺纹杆，所述驱动机构为电机。

为避免施力装置与测量探头装置之间的干涉，将测量探头装置设置在待测绝缘件下方，而施力装置在待测绝缘件的上方施加压力。

为了对待测绝缘件进行支撑，还包括待测绝缘件的支撑装置，包括高压侧绝缘支撑柱和接地侧绝缘支撑柱，高压侧绝缘支撑柱上安装有高压电极，接地侧绝缘支撑柱上安装有接地电极；高压电极和接地电极分别连接所述电压加载装置。

作为以上施力装置的其他实施方式，所述施力装置包括门形支架，门形支架的顶板开有光孔，还包括光杆，该光杆可活动穿过所述光孔，光杆上端安装有砝码盘，所述施力装置用于通过向在砝码盘上放置砝码施加压力。

附图说明

图1是本发明的一种表面电荷测量装置示意图；

图2是本发明的另一种表面电荷测量装置；

附图标记说明如下：

1——门形支架；2——接地电极；3——横杆；4——接地侧绝缘支撑；5——静电探头；6——待测绝缘件；7——高压侧绝缘支撑；8——高压电极；9——施力绝缘板；10——螺母；11——螺杆；12——静电计；13——支撑柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示的表面电荷测量装置，包括待测绝缘件6的支撑装置、电压加载装置(图中未画出)、测量探头装置和静电计12，以及用于对待测绝缘件6施加力载荷的施力装置，和施力装置的支撑架。其中，待测绝缘件6的支撑装置包括接地侧绝缘支撑4和高压侧绝缘支撑7，接地侧绝缘支撑4上设置有接地电极2，高压侧绝缘支撑7上设置有高压电极8，高压电极8和接地电极2分别连接电压加载装置。

测量探头装置包括横杆3及其端部固定的静电探头5，横杆3传动连接有用于驱动其沿横杆轴向转动的步进电机m，静电探头5用于接触待测绝缘件6的表面，静电探头5和静电计12连接，静电计12用于显示静电探头5测量待测绝缘件6的表面电荷。

高压电极8和接地电极2为长条状，高压电极8的端部出线接高压电源，接地电极2的端部出线接地。待测绝缘件6也为长条形，根据研究内容，可参考gb/t2567标准中弯曲试验样件的形状，也可自行加工，待测绝缘件6放置在高压电极8和接地电极2之上，高压电极8和接地电极2之间的距离根据加载电压和待测绝缘件6的长度可调。与待测绝缘件6接触的电极表面加工为圆弧形状，使待测绝缘件6在受力弯曲时支撑点附近不产生应力集中。

施力装置的支撑架为门形支架1(也可以采用其他形状的支架)，支撑架上安装有螺杆螺母驱动机构，该螺杆螺母驱动机构包括用于上下方向移动的螺杆11和用于驱动螺杆11的螺母10，螺杆11设置在门形支架1的安装孔中，施力绝缘板9和螺杆11固定或一体连接，螺杆11螺纹连接门形支架1，螺杆11与门形支架1之间采用螺母10固定，通过旋紧螺母10在门形支架1和螺杆11之间产生施加在待测绝缘件6上的力。

在高压电极8和接地电极2的正中间上部设置有施力绝缘板9，施力绝缘板9的宽度略大于待测绝缘件6的宽度(使施力绝缘板9上的受力在宽度方向上相同，若小于待测绝缘件6的宽度，在施力绝缘板9的宽度方向上会产生弯曲应力)，施力绝缘板9的端部加工为圆弧形状并对待测绝缘件6向下施力。施力绝缘板9由螺杆11提供力载荷，螺杆11和施力绝缘板9之间可采用浇注或螺纹拧紧的方式成为一体，螺杆11穿过门形支架1的顶板上，门形支架1与地面固定。上述施力装置利用旋转螺杆11上的螺母10，从而在门形支架1的顶板和螺杆11之间产生竖直方向的力施加在施力绝缘板9上，进而提供待测绝缘件6的力载荷。如图1所示，施力绝缘板9正对待测绝缘件6中间位置形成下压的弯曲应力，通过施加在螺母10上的力矩可换算出待测绝缘件6的受力大小，换算公式为t＝k*f*d，t为待测绝缘件6的受力，f为施加在螺母10上的力矩，与螺母10配套使用螺栓的预紧力相同，d为与螺母10配套使用螺栓的直径(也可采用螺母10的内径代替)，k为设定的扭转系数，该扭转系数与螺母10的螺纹设计参数、材料属性有关。

待测绝缘件6表面的电位测量在待测绝缘件6的下部进行，横杆3穿过接地侧绝缘支撑4设置的孔，静电探头5正对待测绝缘件6加载高电压的表面即下表面，横杆3通过步进电机m实现精准的横向运动和旋转运动，横向运动可动态测量待测绝缘件6在高压电极8和接地电极2间的电位分布规律，旋转运动可将静电探头5退出测量或进行更换检修。

本实施例中的测量探头装置设置在待测绝缘件下方，施力装置在待测绝缘件的上方施加压力，用来避免施力装置与测量探头装置之间的干涉，如图1所示。

上述表面电荷测量装置的测量方法如下：

根据待测绝缘件6的形状调整高压电极8和接地电极2之间的距离，旋紧螺母10对待测绝缘件6施加力载荷，在保持力载荷的情况下启动电压加载装置和静电探头5，测量待测绝缘件6的表面电荷。

在静电探头5退出测量后，继续升高高压电极8的电压直至待测绝缘件6的表面发生沿面闪络，可测量待测绝缘件6的沿面闪络电压。

上述表面电荷测量装置的测量方法实现待测绝缘件在弯曲应力及加载高压下的表面电位测量，并且，避免了静电探头和施力绝缘板之间的干涉，测量的电位表面与加载电压表面相同，可实现带电状态下的表面电位测量，提高了经过表面电荷测量通过的设备绝缘可靠性和安全性。本发明的表面电荷测量装置，对全面研究绝缘材料的综合性能，提高设备绝缘可靠性有重要意义。另外，可在静电探头退出测量后进行待测绝缘件沿面闪络电压的测量研究。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。例如，作为上述施力装置的变形，可以不设置螺母，在门形支架的顶板开有光孔，螺杆更换为直径与光孔相配的光杆，光杆可活动穿过光孔，光杆上部焊接或固定安装一个砝码盘，利用砝码的重量施加到光杆上向下的重力，门形支架的顶板仅提供一个支撑作用，顶板的光孔和光杆之间的间隙尽可能小，且有润滑措施，使光孔和光杆之间的摩擦力影响较小，此实施方式在待测绝缘件需要的弯曲应力较小的情况下更加适用。

上述待测绝缘件的支撑装置中设置的孔优选为螺纹孔，横杆优选为螺纹杆，以实现横杆的运动(包括横移和转动)，作为其他实施方式，上述支撑装置的孔还可以为光面孔，再设置一个横移驱动机构驱动横杆横移。

为避免给测量探头装置设置额外的支撑结构，本实施例将横杆穿设于上述支撑装置的孔中，实现测量探头装置的支撑。作为其他实施方式，还可以单独设置支撑结构支撑测量探头装置，而不需在待测绝缘件的支撑装置设置孔。

以上的表面电荷测量装置是对待测绝缘件采用两端支撑、中间施压的方式，作为其他实施方式，还可以对待测绝缘件的其他位置进行施压，而不仅限于待测绝缘件的中间位置。另外，施力装置也不仅限于一个，也可以设置两个以上的施力装置。作为表面电荷测量装置的另一种变形，还可采用中间支撑、两端施压的方式，如图2所示的表面电荷测量装置，此时通过支撑柱13对待测绝缘件6进行支撑，将连接电压加载装置的电压施加到接触待测绝缘件6的两端(施加方式可以采用公布号cn108490278a、名称为“一种小型化盆式绝缘子表面电荷三维测量装置及方法”的专利申请中提到的通过电源、电阻和导线连接至待测绝缘件的两端)，再利用单独设置支撑结构的测量探头装置从待测绝缘件6的侧面进行表面电荷的测量。

因此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。