一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，所述探頭包括SMA接頭、屏蔽件、同軸電纜和靜電計(jì)；所述SMA接頭通過屏蔽件與同軸電纜相連接；所述同軸電纜連接靜電計(jì)；所述SMA接頭位于所述屏蔽件上且一側(cè)設(shè)置有固定件；所述SMA接頭與同軸電纜與帶電電容構(gòu)成回路。本實(shí)用新型探頭：1、感應(yīng)探頭與屏蔽罩之間的沿面泄漏距離大，且可按需要調(diào)整；2、與感應(yīng)探頭相接觸的大部分為空氣，可減小電容探頭自身的電容，提高電容探頭的分辨率，且可由沿面泄漏電阻的增大補(bǔ)償電容減小引起的放電時(shí)間常數(shù)變??；3、結(jié)構(gòu)緊湊，屏蔽性能好，而且容易拆卸和探頭的安裝，并且根據(jù)測(cè)量的需要可以使用不同直徑的線規(guī)來測(cè)量。
【專利說明】一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種帶電檢測(cè)器件，具體講涉及一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線管、高功率速調(diào)管、中子束二極管、脈沖功率開關(guān)、粒子加速器等眾多高功率器件和大型尖端設(shè)備上的絕緣子一般再在真空環(huán)境中使用，絕緣子的沿面閃絡(luò)導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生損壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而真空中絕緣子的沿面閃絡(luò)現(xiàn)象又制約了上述器件和設(shè)備的電氣絕緣性能，所以由于現(xiàn)有技術(shù)電磁干擾及真空密封等原因，在線測(cè)量真空中絕緣子的帶電情況仍不準(zhǔn)確。本發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期觀察、研究發(fā)現(xiàn)，由于以上原因需要一種方便、準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)絕緣子中電荷分布情況的設(shè)備和方法以判斷絕緣子沿面閃絡(luò)現(xiàn)象的發(fā)生和確保上述產(chǎn)品安全運(yùn)行。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，由于X射線管、高功率速調(diào)管、中子束二極管、脈沖功率開關(guān)、粒子加速器等眾多高功率器件和大型尖端設(shè)備上的絕緣子都應(yīng)用在真空中，而真空中絕緣子的沿面閃絡(luò)現(xiàn)象制約了上述器件和設(shè)備的電氣絕緣性能。因此真空中絕緣子的表面電荷分布受到了高度關(guān)注，目前研究中不少學(xué)者提出，絕緣子沿面閃絡(luò)現(xiàn)象與其表面表面電荷特性有關(guān)。以往產(chǎn)品中在線測(cè)量系統(tǒng)，它只能測(cè)量空氣中絕緣子表面帶電情況，而不能在真空中直接測(cè)量絕緣子表面電荷，否則就會(huì)影響真空度導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差很大。本實(shí)用新型創(chuàng)造目的就是研究實(shí)用新型一種在真空中直接測(cè)量絕緣子表面電荷探頭，并且測(cè)量準(zhǔn)確度很高，從而能更方便的研究絕緣子沿面閃絡(luò)特性。
[0004]本實(shí)用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其改進(jìn)之處在于，所述探頭包括SMA接頭、屏蔽件、同軸電纜和靜電計(jì)；
[0006]所述SMA接頭通過屏蔽件與同軸電纜相連接；
[0007]所述屏蔽件包括圓桶型不銹鋼板和方形不銹鋼板；
[0008]所述屏蔽件間通過鑲嵌連接和螺紋孔固定連接；
[0009]所述同軸電纜連接靜電計(jì)；
[0010]所述SMA接頭位于所述屏蔽件上且一側(cè)設(shè)置有固定件；所述SMA接頭與同軸電纜與帶電電容構(gòu)成回路。
[0011]優(yōu)選的，所述SMA接頭為天線接頭，其包括內(nèi)部有螺紋的，帶觸點(diǎn)的SMA反級(jí)性公頭。
[0012]優(yōu)選的，所述屏蔽件采用不銹鋼加工后制成，加工精確至1mm。
[0013]優(yōu)選的，所述同軸電纜采用型號(hào)為RG-58A/U，直徑為5毫米，特征阻抗為50歐姆的細(xì)同軸電纜。
[0014]優(yōu)選的，所述同軸電纜一頭焊接BNC連接器插頭與靜電計(jì)連接，另一頭焊接SMA接頭。
[0015]優(yōu)選的，所述靜電計(jì)電壓測(cè)量的量程范圍為2V~200V，分辨率為IOyV~10 X 10 μ V，可測(cè)電流為 I X 10-16Α ~IXIO-15Ao
[0016]優(yōu)選的，所述SMA接頭與被測(cè)帶電電容構(gòu)成分壓器的高壓電容C2;由同軸電纜傳輸電壓信號(hào)及與靜電計(jì)構(gòu)成低壓側(cè)電容C1 ;被測(cè)帶電等效為已充電電容c3。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0018]在工程應(yīng)用領(lǐng)域，尤其在高壓直流GIS運(yùn)行中，盆式絕緣子上表面電荷積聚和導(dǎo)電顆粒存在會(huì)改變絕緣子表面電場(chǎng)分布，導(dǎo)致沿面閃絡(luò)現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重危害GIS的安全運(yùn)行，通過本實(shí)用新型測(cè)量絕緣子表面電荷的方法可以有效評(píng)估GIS的安全狀態(tài)，對(duì)GIS安全運(yùn)行至關(guān)重要。
[0019]國外常增大探頭身電容。但電容增大后，等量的靜電荷產(chǎn)生的電壓輸出就會(huì)變小，即電容探頭的分辨率降低。而且探頭的輸出電壓減小使前置運(yùn)放偏置電流引起的電壓輸出對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響變得非常大，甚至使測(cè)量無法進(jìn)行。本實(shí)用新型探頭:1、感應(yīng)探頭與屏蔽罩之間的沿面泄漏距離大，且可按需要調(diào)整；2、與感應(yīng)探頭相接觸的大部分為空氣，可減小電容探頭自身的電容，提高電容探頭的分辨率，且可由沿面泄漏電阻的增大補(bǔ)償電容減小引起的放電時(shí)間常數(shù)變?。?、結(jié)構(gòu)緊湊，屏蔽性能好，而且容易拆卸和探頭的安裝，并且根據(jù)測(cè)量的需要可以使用不同直徑的線規(guī)來測(cè)量。
[0020]為保證靜電電荷探頭測(cè)量系統(tǒng)的特性以及防止靜電電荷探頭端部與被測(cè)表面之間發(fā)生靜電擊穿事故，本實(shí)用新型采用了以下方式對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了校驗(yàn)。用一個(gè)金屬導(dǎo)體代替被測(cè)表面，使金屬導(dǎo)體帶上不同大小的直流電壓(U1),將靜電電荷探頭定位在距離金屬導(dǎo)體表面一定距離處，用靜電計(jì)測(cè)量靜電電荷測(cè)量系統(tǒng)的輸出電壓。通過比較在不同直流電壓情況下探頭輸出電壓的大小，就可以得到測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)量靈敏度以及線性特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型提供的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭示意圖。
[0022]圖2為本實(shí)用新型提供的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本實(shí)用新型提供的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭等效電路圖。
[0024]圖4為本實(shí)用新型提供的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量所測(cè)的靜電電荷測(cè)量系統(tǒng)輸入輸出的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]本實(shí)用新型采用靜電容探頭法，靜電探頭無需振動(dòng)裝置，所以整個(gè)探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以探測(cè)一些因絕緣子表面形狀復(fù)雜而無法使用動(dòng)電容探頭的場(chǎng)合。
[0027]如圖1所示，為本實(shí)用新型電容探頭的基本結(jié)構(gòu)，I為SMA接頭，2~5為屏蔽件，6為同軸電纜。[0028]具體部件介紹:
[0029]I)采用標(biāo)準(zhǔn)SMA (Sub-Miniature-A)接頭，這種接頭一般在電路中用于輸入和輸出信號(hào)，同時(shí)也是一種典型的微波高頻連接器，其使用最高頻率是18GHz，本實(shí)用新型中使用的是SMA反級(jí)性公頭，就是天線接頭，是內(nèi)部有螺紋的，里面是觸點(diǎn)(截面積為0.42平方毫米)，它與被試電荷形成電容C2，便于測(cè)量。
[0030]2)屏蔽件:圖1中2-5為屏蔽件，采用不銹鋼加工后制成，加工精確到1mm，部件5為一圓桶型不銹鋼，圖1中5與部件4通過螺紋孔固定連接，起到固定屏蔽同軸電纜作用；部件4為一方形不銹鋼板，其右面有槽與部件3鑲嵌連接；部件3為一圓桶型不銹鋼，固定與部件4槽內(nèi)；部件2為上部開螺紋孔的圓桶型不銹鋼，使得SMA可以順利通過連接。
[0031]3)同軸電纜:由于本套裝置體積比較小，如果用比較粗的同軸電纜的話，很難在內(nèi)部空間彎曲，所以采用型號(hào)為RG-58A/U，直徑為5毫米，特征阻抗為50歐姆的細(xì)同軸電纜，電纜的中心導(dǎo)體的電阻與屏蔽層的電阻之和不超過10毫歐/米(在20°C下測(cè)量)。同軸電纜一頭焊接BNC連接器插頭與靜電計(jì)連接，另一頭焊接SM接頭，起到傳輸電壓信號(hào)的作用:安裝在細(xì)纜段的兩端。
[0032]4)靜電計(jì):為了保證測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗足夠高，輸出電壓測(cè)量?jī)x器選用美國Keithley公司的6514型靜電計(jì)。該儀器測(cè)量電壓時(shí)的輸入阻抗大于2 X IO14 Ω，電壓測(cè)量的量程范圍為2V~200V，分辨率為IOyV~ΙΟΧΙΟμ V，最小可測(cè)電流為1Χ10_16Α~
IX KT15A。
[0033]本實(shí)用新型可通過如下實(shí)現(xiàn)測(cè)量: [0034]I)首先檢查整個(gè)裝置各個(gè)部件連接是否可靠，檢查SMA探頭是否在合適位置及同軸電纜是否完好。
[0035]2)測(cè)試時(shí)將SMA探頭移到被測(cè)物適當(dāng)位置。
[0036]3)通過改變?cè)囼?yàn)電壓U1根據(jù)相關(guān)計(jì)算方法即可得出U2,具體計(jì)算步驟為:
[0037]1、測(cè)量探頭與被測(cè)表面電荷構(gòu)成分壓器的高壓電容C2 ；
[0038]2、調(diào)節(jié)輸入電壓U1并記錄輸出U2 ；
[0039]3、計(jì)算機(jī)記錄U1及U2變化關(guān)系曲線；
[0040]4、通過 C1S 113pF，由公式= (.(+:r、A計(jì)算出 C2 ；
[0041]5、由C2根據(jù)電容計(jì)算公式計(jì)算出電容等效面積A ；
[0042]6、通過公式S=C1ZA,計(jì)算出靈敏度S ；
[0043]7、通過公式σ = SU2計(jì)算出電荷密度。
[0044]其中，SMA接頭通過屏蔽件與同軸電纜相連，屏蔽件通過緊固件達(dá)到屏蔽作用，同軸電纜連接靜電計(jì)，將輸出電壓可傳到靜電計(jì)方便讀數(shù)。SMA接頭與同軸電纜與帶電電容構(gòu)成電回路。
[0045]其中，SMA用于與被測(cè)電荷形成電容C2 ;屏蔽件用于達(dá)到屏蔽效果，減少外界電磁干擾；同軸電纜用于傳輸電壓信號(hào)及與靜電計(jì)形成電容C1 ;靜電計(jì)用于與同軸電纜形成電容仏及測(cè)量輸出電壓信號(hào)。
[0046]本實(shí)用新型實(shí)際測(cè)量靜電電荷探頭的探針直徑為0.732mm，根據(jù)式S = 4，本測(cè)量




A系統(tǒng)的最小可測(cè)電荷密度為0.269 μ C/ (m2.mV),空間分辨率小于1.5mm2。
[0047]靜電電荷探頭實(shí)際為一電容性分壓器。探頭的端部與被測(cè)帶電表面之間的電容構(gòu)成分壓器的高壓電容C2，低壓側(cè)電容C1由測(cè)量?jī)x表的輸入電容和引線電容構(gòu)成。被測(cè)帶電表面可以等效為一已經(jīng)充電的電容c3。
[0048]如圖2所示，如果C1非常大(μ F數(shù)量級(jí))，則電容探頭電位接近于零，相當(dāng)于接地，此時(shí)靜電容探頭稱為電荷探頭；
[0049]如果C1很小(pF數(shù)量級(jí))，則探頭是懸浮的，此時(shí)的電容探頭稱為懸浮電位探頭。
[0050]如圖3所示，圖2中C1為靜電探頭及測(cè)試線路的入口電容之和；C2為靜電探頭感應(yīng)面與被測(cè)表面電荷之間的等效電容；C3為絕緣子表面相對(duì)于地的等效電容辦是絕緣子表面的電壓；u2是探頭的測(cè)量電壓。由等效電路圖可得。
[0051]其中A是探頭的面積，由上式可得
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其特征在于，所述探頭包括SMA接頭、屏蔽件、同軸電纜和靜電計(jì)； 所述SMA接頭通過屏蔽件與同軸電纜相連接； 所述屏蔽件包括圓桶型不銹鋼板和方形不銹鋼板； 所述屏蔽件間通過鑲嵌連接和螺紋孔固定連接； 所述同軸電纜連接靜電計(jì)； 所述SMA接頭位于所述屏蔽件上且一側(cè)設(shè)置有固定件；所述SMA接頭與同軸電纜與帶電電容構(gòu)成回路。
2.如權(quán)利要求1所述的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其特征在于，所述SMA接頭為天線接頭，其包括內(nèi)部有螺紋的，帶觸點(diǎn)的SMA反級(jí)性公頭。
3.如權(quán)利要求1所述的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其特征在于，所述屏蔽件采用不銹鋼加工后制成，加工精確至1mm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其特征在于，所述同軸電纜采用型號(hào)為RG-58A/U，直徑為5毫米，特征阻抗為50歐姆的細(xì)同軸電纜。
5.如權(quán)利要求1所述的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其特征在于，所述同軸電纜一頭焊接BNC連接器插頭與靜電計(jì)連接，另一頭焊接SMA接頭。
6.如權(quán)利要求1所述的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其特征在于，所述靜電計(jì)電壓測(cè)量的量程范圍為2V~200V，分辨率為10yV~10 X 10 μ V，可測(cè)電流為1 X 10-16Α~1 X KT15A。
7.如權(quán)利要求1所述的一種絕緣子表面電荷在線測(cè)量探頭，其特征在于，所述SMA接頭與被測(cè)帶電電容構(gòu)成分壓器的高壓電容C2 ;由同軸電纜傳輸電壓信號(hào)及與靜電計(jì)構(gòu)成低壓側(cè)電容C1 ;被測(cè)帶電等效為已充電電容c3。
【文檔編號(hào)】G01R29/24GK203732638SQ201420084954
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】成俊奇, 丁立健 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院