專利名稱：一種用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超導(dǎo)電流引線低溫絕緣性能檢驗測試裝置的設(shè)計領(lǐng)域，為超導(dǎo)饋線等各類低溫電氣部件的絕緣方案提供了切實可行質(zhì)量驗證手段。
背景技術(shù)：
帕邢定律描述的是氣體擊穿電壓與兩電極間距和氣壓之間的非線性函數(shù)關(guān)系。帕邢放電現(xiàn)象是一種氣體放電性質(zhì)，與氣體自身的物理特性有著密切的關(guān)系，同時當放電電極間位置的變化也對放電性質(zhì)有著直接的影響。當電極位置固定后，氣體氣壓達到某一特定范圍內(nèi)，只需極低電壓就會發(fā)生放電現(xiàn)象。室溫環(huán)境下，氦氣在150V，3. (氣壓與電極距離乘積)就會發(fā)生帕邢放電。所有托卡馬克超導(dǎo)磁體以及其超導(dǎo)饋線系統(tǒng)必須在低溫與真空環(huán)境下才能正常運行。在工況下磁體中的高電位部件對地電壓僅為幾十至百伏量級，但是一旦出現(xiàn)等離子體破裂或磁體失超等情況，數(shù)兆焦的能量需在短時泄放，整個系統(tǒng)的對地電壓將迅速爬升至萬伏量級。為了防止高電位部件與零電位部件之間發(fā)生帕邢放電，處在高電位的磁體、超導(dǎo)饋線、冷卻與測量管線等都必須使用固體絕緣層進行高低電位隔絕，這樣在理論上切斷了放電路徑。但是由于磁體系統(tǒng)運行的電磁力載荷以及熱應(yīng)力，超導(dǎo)電氣部件絕緣層經(jīng)長時間低溫環(huán)境運行和冷熱循環(huán)之后都可能會產(chǎn)生開裂、老化等物理損傷，而且絕緣層制造工藝本身也可能存在一些固有缺陷，這些不利因素的累積都會為帕邢放電提供必要的放電路徑。如果當絕緣缺陷已經(jīng)產(chǎn)生，同時又出現(xiàn)一定程度真空泄露或管路氦漏，此時就很容易發(fā)生帕邢放電事故。因此所有超導(dǎo)電氣部件絕緣性能必須嚴格控制質(zhì)量，采用一定措施模擬帕邢放電環(huán)境進行耐壓性能測試，合格后在部件上使用。用于檢測低溫超導(dǎo)電氣部件絕緣性能的測試裝置必須嚴格模擬電氣部件絕緣層真實的運行環(huán)境和惡劣工況，因此低溫、高真空密封以及漏電流和溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為檢驗低溫超導(dǎo)電氣部件絕緣性能裝置的必要條件。

發(fā)明內(nèi)容
為檢驗帕邢條件下超導(dǎo)電氣件外部絕緣低溫耐直流高電壓性能，本發(fā)明提供了一種用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置，溫度測試范圍為4. ^Γ300Κ，氣壓測試范圍為l(T，105Pa，溫度氣壓控制精度高，高低電壓饋出入方便，同時有效實現(xiàn)了常溫常壓、 低溫低氣壓和冷熱循環(huán)等多種條件下絕緣性能連續(xù)性檢驗的目的。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置，包括有真空壓力容器，真空壓力容器的頂端安裝有測試容器密封法蘭，真空壓力容器內(nèi)設(shè)有低溫超導(dǎo)測試部件，真空壓CN 102426324 A 力容器內(nèi)腔連通有真空抽氣泵，低溫超導(dǎo)測試部件上分別開有低溫氣體進出口，低溫氣體進出口連接有低溫氣體儲存器，低溫超導(dǎo)測試部件側(cè)壁上固定有溫度感應(yīng)器，溫度感應(yīng)器連接有溫度、漏電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，低溫超導(dǎo)測試部件上端伸出測試容器密封法蘭并連接有高電位線，高電位線的另一端連接有高壓發(fā)生器，低溫超導(dǎo)測試部件下端絕緣表面與真空壓力容器的側(cè)壁連接有低電位線。所述的測試容器密封法蘭包括有與真空壓力容器配合的測試部件絕緣測試法蘭板、測試部件絕緣連接法蘭、測試部件絕緣連接頸管。所述低溫氣體儲存器為液氮或液氦儲存器。本發(fā)明的真空壓力容器測試真空壓力容器采用316L不銹鋼以保證低溫可靠性， 設(shè)計成圓柱狀，其尺寸可根據(jù)檢測的經(jīng)絕緣處理的電氣部件(或試樣)的尺寸優(yōu)化設(shè)計。 圓柱狀的外形設(shè)計可有效保證容器內(nèi)部氣壓和溫度的均勻性。本發(fā)明的測試容器密封法蘭真空容器頂部測試容器密封法蘭材料也采用316L，法蘭設(shè)計保留多個密封接口，用于冷卻系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、溫度系統(tǒng)以及漏電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的管線路連接。法蘭與真空壓力容器之間裝配密封圈，同時采用螺栓軸向預(yù)緊密封。同時法蘭起到支撐和固定測試部件的作用。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)由于低溫超導(dǎo)電氣件在運行時采用低溫液體冷卻回路進行冷卻，因此本測試裝置模擬真實工況，外部液氮(液氦)通過測試部件預(yù)留的出入口流經(jīng)測試部件內(nèi)部，從而對測試部件進行冷卻，主要為避免液氮(液氦)進入真空容器改變濕度，進而影響測試部件表面漏電流數(shù)據(jù)采集的精確度。冷卻系統(tǒng)可精確提供4. 5Κ^300Κ范圍的測試溫度。本發(fā)明的抽真空系統(tǒng)真空壓力容器壓力可以通過分子泵抽真空達到10_3Pa，然后通過壓力閥調(diào)節(jié)氣壓，氣壓調(diào)節(jié)范圍為10_，105Pa。本發(fā)明的溫度在線采集系統(tǒng)采用在測試部件表面貼溫度感應(yīng)器的方式監(jiān)測溫度，針對低溫超導(dǎo)電流引線，采用預(yù)設(shè)6個PT1000 鉬電阻溫度感應(yīng)器在線監(jiān)測溫度，對于其他不同溫度條件下的電氣測試部件可按照要求選取相應(yīng)溫度范圍要求的溫度感應(yīng)器。通過C++編程，通過溫度感應(yīng)器電阻值的變化函數(shù)映射相應(yīng)的溫度值。本發(fā)明的漏電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)低溫超導(dǎo)測試部件316L材質(zhì)的內(nèi)表面接高電位，測試部件絕緣外表面包裹鋁箔接低電位，在不同的氣壓值下，通過外部高壓發(fā)生器對上述電路施加一定的電壓，如果絕緣層有裂紋等缺陷或者經(jīng)過冷熱循環(huán)后出現(xiàn)破損， 則Paschen放電條件較易滿足，進而會發(fā)生絕緣層擊穿惡劣情況，此時漏電流會迅速超過 3000 μ A0因此，通過漏電流采集系統(tǒng)可以有效檢驗低溫超導(dǎo)部件絕緣的性能。本發(fā)明可以檢驗帕邢條件下超導(dǎo)電氣件外部絕緣低溫耐直流高電壓性能，溫度測試范圍為4. 5ΙΓ300Κ，氣壓測試范圍為10_，105Pa，溫度氣壓控制精度高，高低電壓饋出入方便，同時有效實現(xiàn)了常溫常壓、低溫低氣壓和冷熱循環(huán)等多種條件下絕緣性能連續(xù)性檢驗的目的。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的測試部件絕緣連接法蘭連接示意圖。圖3為本發(fā)明測試容器密封法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖中標號1-測試容器密封法蘭，2-真空壓力容器，3-低溫超導(dǎo)測試部件，
44-真空抽氣泵，5-高壓發(fā)生器，6-低溫氣體進出口，7-低溫氣體儲存器，8-溫度、漏電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，9-測試部件絕緣連接法蘭，10-測試部件絕緣連接頸管，11-測試部件絕緣測試法蘭板
具體實施例方式參見附圖，一種用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置，包括有真空壓力容器2，真空壓力容器2的頂端安裝有測試容器密封法蘭1，測試容器密封法蘭1包括有與真空壓力容器配合的測試部件絕緣測試法蘭板11、測試部件絕緣連接法蘭9、測試部件絕緣連接頸管10 ；真空壓力容器內(nèi)設(shè)有低溫超導(dǎo)測試部件3，真空壓力容器內(nèi)腔連通有真空抽氣泵4，低溫超導(dǎo)測試部件上分別開有低溫氣體進出口 6，低溫氣體進出口 6連接有低溫氣體儲存器7，低溫氣體儲存器7為液氮或液氦儲存器，低溫超導(dǎo)測試部件側(cè)壁上固定有溫度感應(yīng)器，溫度感應(yīng)器連接有溫度、漏電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，低溫超導(dǎo)測試部件上端伸出測試容器密封法蘭并連接有高電位線，高電位線的另一端連接有高壓發(fā)生器，低溫超導(dǎo)測試部件下端絕緣表面與真空壓力容器的側(cè)壁連接有低電位線。本發(fā)明在測試時，將測試部件一端加長外延伸至測試容器密封法蘭1外部作為高電位引入，在真空容器內(nèi)部的測試器件絕緣表面包裹鋁箔并連接真空容器壁，作為低電位接地引出。溫度感應(yīng)器T1、T2、T3固定在測試部件上，冷卻氣體(如圖液氮LN2)進出管路分別與測試裝置內(nèi)置的低溫進出口 6密封裝配裝，最后與真空壓力容器2整體密封裝配，這樣就組成了絕緣測試本體結(jié)構(gòu)。在容器內(nèi)部，待測電氣件部件絕緣層全部處于帕邢放電環(huán)境。絕緣測試容器密封法蘭1上部的法蘭連接組件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，待測電氣絕緣部件的一端通過測試部件絕緣連接法蘭9與測試部件絕緣連接頸管10固定在測試部件絕緣測試法蘭板11上，在測試部件絕緣測試法蘭板11上預(yù)加工成型冷卻氣體、真空抽口和測量插座，測試部件絕緣連接法蘭9、測試部件絕緣連接頸管10和測試部件絕緣測試法蘭板11可以使測試電氣絕緣部件與測試容器密封法蘭1密封連接在一起，保證密封效果。
權(quán)利要求
1.一種用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置，包括有真空壓力容器，真空壓力容器的頂端安裝有測試容器密封法蘭，真空壓力容器內(nèi)設(shè)有低溫超導(dǎo)測試部件，真空壓力容器內(nèi)腔連通有真空抽氣泵，其特征在于低溫超導(dǎo)測試部件上分別開有低溫氣體進出口，低溫氣體進出口連接有低溫氣體儲存器，低溫超導(dǎo)測試部件側(cè)壁上固定有溫度感應(yīng)器，溫度感應(yīng)器連接有溫度、漏電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，低溫超導(dǎo)測試部件上端伸出測試容器密封法蘭并連接有高電位線，高電位線的另一端連接有高壓發(fā)生器，低溫超導(dǎo)測試部件下端絕緣表面與真空壓力容器的側(cè)壁連接有低電位線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置，其特征在于所述的測試容器密封法蘭包括有與真空壓力容器配合的測試部件絕緣測試法蘭板、 測試部件絕緣連接法蘭、測試部件絕緣連接頸管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置，其特征在于所述低溫氣體儲存器為液氮或液氦儲存器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢驗超導(dǎo)電氣部件絕緣低溫性能的測試裝置，包括有真空壓力容器，真空壓力容器的頂端安裝有測試容器密封法蘭，真空壓力容器內(nèi)設(shè)有低溫超導(dǎo)測試部件，低溫超導(dǎo)測試部件側(cè)壁上固定有溫度感應(yīng)器，溫度感應(yīng)器連接有溫度、漏電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，低溫超導(dǎo)測試部件上端伸出測試容器密封法蘭并連接有高電位線，低溫超導(dǎo)測試部件下端絕緣表面與真空壓力容器的側(cè)壁連接有低電位線。本發(fā)明可以檢驗帕邢條件下超導(dǎo)電氣件外部絕緣低溫耐直流高電壓性能，溫度測試范圍為4.5K~300K，氣壓測試范圍為10-3~105Pa，溫度氣壓控制精度高，高低電壓饋出入方便，同時有效實現(xiàn)了常溫常壓、低溫低氣壓和冷熱循環(huán)等多種條件下絕緣性能連續(xù)性檢驗的目的。
文檔編號G01R31/12GK102426324SQ20111024310
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者葉斌, 周挺志, 宋云濤, 鄭金星, 陶玉明, 黃雄一 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所