實驗名稱：空間電荷測量系統

　　測試設備：電壓放大器、電極系統、函(han)數發生(sheng)器(qi)、高壓高頻脈沖源、示波器(qi)、計算機等。

　　實驗過程：

　　圖(tu)(tu)1：空間電(dian)荷(he)測量(liang)系統結構(gou)圖(tu)(tu)

　　本(ben)文在(zai)室溫環境下進行了油紙(zhi)絕(jue)緣(yuan)空(kong)(kong)間(jian)電(dian)荷(he)(he)(he)的(de)(de)測(ce)(ce)量，其中(zhong)試(shi)樣內部空(kong)(kong)間(jian)電(dian)荷(he)(he)(he)的(de)(de)檢測(ce)(ce)機理采用PEA電(dian)聲脈沖法，交變電(dian)場下不同相位的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)電(dian)荷(he)(he)(he)檢測(ce)(ce)基于AEPS自動均分移相原理，測(ce)(ce)量系統的(de)(de)簡化示意圖如(ru)圖1所示。

　　電(dian)(dian)(dian)壓放大器可(ke)提(ti)(ti)供交變電(dian)(dian)(dian)場或直流電(dian)(dian)(dian)場，脈沖(chong)源(yuan)提(ti)(ti)供檢測脈沖(chong)激(ji)勵，交變電(dian)(dian)(dian)場或直流電(dian)(dian)(dian)場和脈沖(chong)電(dian)(dian)(dian)場共同耦合在待測試樣上(shang)；電(dian)(dian)(dian)極系統(tong)中(zhong)，上(shang)電(dian)(dian)(dian)極為(wei)半導體(ti)電(dian)(dian)(dian)極，以(yi)乙烯-醋酸乙烯共聚物和導電(dian)(dian)(dian)炭黑的共混物為(wei)材(cai)料，厚(hou)度為(wei)1.8mm，體(ti)積(ji)電(dian)(dian)(dian)阻率(lv)小于(yu)100Ω?m，下電(dian)(dian)(dian)極則為(wei)鋁電(dian)(dian)(dian)極。

　　圖2：無(wu)極化電場下不同脈沖激勵引起的空間電荷響應

　　在(zai)(zai)空(kong)間(jian)電(dian)(dian)(dian)荷(he)測(ce)量中，被測(ce)試樣在(zai)(zai)不同(tong)外(wai)加極(ji)化(hua)電(dian)(dian)(dian)場(chang)下(xia)的(de)(de)(de)空(kong)間(jian)電(dian)(dian)(dian)荷(he)響應(ying)是(shi)(shi)人們所關注(zhu)的(de)(de)(de)，而作(zuo)為激勵源(yuan)的(de)(de)(de)脈沖(chong)電(dian)(dian)(dian)場(chang)若是(shi)(shi)過(guo)高則會給空(kong)間(jian)電(dian)(dian)(dian)荷(he)響應(ying)造成(cheng)明顯的(de)(de)(de)影(ying)響，引入不必要的(de)(de)(de)誤差。以一(yi)片厚度(du)為270μm的(de)(de)(de)油(you)浸絕(jue)緣紙試樣為例，在(zai)(zai)不施加任何外(wai)加極(ji)化(hua)電(dian)(dian)(dian)場(chang)的(de)(de)(de)情況下(xia)，分(fen)別在(zai)(zai)試樣上施加180V和500V的(de)(de)(de)脈沖(chong)電(dian)(dian)(dian)壓，得到的(de)(de)(de)空(kong)間(jian)電(dian)(dian)(dian)荷(he)響應(ying)如(ru)圖2所示。

　　圖3：直流電(dian)場為(wei)2kV/mm、脈沖電(dian)壓值(zhi)為(wei)180V時加壓瞬間的空間電(dian)荷響(xiang)應

　　在下電(dian)(dian)(dian)(dian)極235μm的(de)(de)位置(zhi)處，脈(mo)(mo)(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)180V時(shi)幾乎觀測不(bu)到電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)峰，而脈(mo)(mo)(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)500V時(shi)能觀測到峰值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)-0.002V的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)峰；在上電(dian)(dian)(dian)(dian)極505μm的(de)(de)位置(zhi)處，由于在油(you)浸(jin)絕緣紙中聲波信號(hao)的(de)(de)傳(chuan)播有嚴(yan)重的(de)(de)色散與衰(shuai)減現象，在兩種(zhong)脈(mo)(mo)(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)下都觀測不(bu)到明顯的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)峰。脈(mo)(mo)(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)(chang)導致的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)峰值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)雖然不(bu)大，但是在低(di)場(chang)(chang)強(qiang)下卻會帶來(lai)不(bu)可忽略的(de)(de)影(ying)響(xiang)。如(ru)圖(tu)3所(suo)示，為(wei)油(you)浸(jin)絕緣紙在直流電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)(chang)2kV/mm、脈(mo)(mo)(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)180V時(shi)加壓瞬間的(de)(de)空間電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)響(xiang)應，其在下電(dian)(dian)(dian)(dian)極位置(zhi)處的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)峰峰值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)-0.01V，若采用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)500V的(de)(de)脈(mo)(mo)(mo)沖激勵，脈(mo)(mo)(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)(chang)引(yin)起的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)峰將使(shi)該峰值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)增大20%，嚴(yan)重影(ying)響(xiang)對低(di)場(chang)(chang)強(qiang)下空間電(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)響(xiang)應的(de)(de)分析。

　　在本文中，用(yong)于空(kong)間(jian)(jian)電荷(he)測(ce)量(liang)(liang)實驗的(de)(de)油浸絕緣紙樣品(pin)(pin)有(you)未經(jing)老化(hua)(hua)的(de)(de)樣品(pin)(pin)、熱(re)老化(hua)(hua)120℃條件(jian)下老化(hua)(hua)48h與96h的(de)(de)樣品(pin)(pin)（下文分(fen)別簡(jian)稱為(wei)(wei)熱(re)老化(hua)(hua)48h與熱(re)老化(hua)(hua)96h）。實驗過程中，將待測(ce)樣品(pin)(pin)浸泡在對應老化(hua)(hua)條件(jian)的(de)(de)絕緣油中進行(xing)空(kong)間(jian)(jian)電荷(he)測(ce)量(liang)(liang)，脈沖(chong)頻率均為(wei)(wei)2010Hz，并選取脈沖(chong)電壓(ya)值(zhi)為(wei)(wei)180V。

　　1）直流電場

　　測量時極(ji)(ji)化場(chang)強按0.5kV/mm，1kV/mm，3kV/mm，5kV/mm，7kV/mm，10kV/mm，15kV/mm，20kV/mm，30kV/mm以及(ji)40kV/mm逐級升高，且在(zai)(zai)每個電場(chang)極(ji)(ji)化3600s進行相對應(ying)的(de)(de)1800s短(duan)路(lu)測量。在(zai)(zai)極(ji)(ji)化與短(duan)路(lu)的(de)(de)過(guo)程中，均每隔(ge)3s測量一(yi)次空間電荷響應(ying)波形，示波器平(ping)均次數(shu)設為(wei)4000次。

　　2）工頻(pin)交(jiao)流(liu)電(dian)場

　　測量(liang)時極(ji)化場強的(de)設(she)置與直流電場類似，按0.5kV/mm，1kV/mm，3kV/mm，5kV/mm，7kV/mm，10kV/mm，15kV/mm，20kV/mm，30kV/mm以及40kV/mm逐級(ji)升(sheng)高(gao)，且在(zai)每(mei)個電場極(ji)化3600s進行(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)對應的(de)1800s短路測量(liang)。在(zai)極(ji)化與短路的(de)過程中，利用高(gao)性能示波(bo)器的(de)快速(su)抓(zhua)取功能進行(xing)數(shu)據(ju)保(bao)存，設(she)置抓(zhua)取數(shu)為(wei)4020次，由(you)于(yu)示波(bo)器保(bao)存數(shu)據(ju)需要一定時間(jian)，故每(mei)隔10min測量(liang)一次空間(jian)電荷響(xiang)應波(bo)形及對應的(de)瞬間(jian)電壓(ya)信(xin)號。保(bao)存后(hou)(hou)的(de)數(shu)據(ju)通(tong)過離線方式轉移(yi)到計算機后(hou)(hou)，基于(yu)AEPS原(yuan)理進行(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)位識(shi)別，得到各相(xiang)(xiang)(xiang)位下的(de)空間(jian)電荷響(xiang)應波(bo)形。

　　實驗結果：

　　與工頻(pin)交流極(ji)(ji)化電(dian)(dian)場的情況類似，在(zai)每個電(dian)(dian)場值極(ji)(ji)化3600s進行(xing)相對應(ying)的1800s短路(lu)測(ce)量(liang)。在(zai)極(ji)(ji)化與短路(lu)的過程中，利用高性能(neng)示波(bo)(bo)器(qi)的快(kuai)速抓(zhua)取功能(neng)進行(xing)數據(ju)保(bao)存，設置抓(zhua)取數為4020次，每隔10min測(ce)量(liang)一次空間電(dian)(dian)荷響應(ying)波(bo)(bo)形及對應(ying)的瞬間電(dian)(dian)壓信號。保(bao)存后(hou)的數據(ju)通過離線方式轉移(yi)到(dao)計(ji)算機后(hou)，基于AEPS原(yuan)理進行(xing)相位(wei)識別，得到(dao)各相位(wei)下的空間電(dian)(dian)荷響應(ying)波(bo)(bo)形。

　　?電壓放大器推薦(jian)：ATA-2161

　　圖：ATA-2161高壓放大器指標參數

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