[发明专利]一种同心圆环电极标度的方法及装置

说明书

本发明公开了一种同心圆环电极标度的方法，包括：将若干块同心圆环电极电路板按照圆环直径标号；将第圆环电极电路板上的圆环电极与直流电压源连接；将静电容探头垂直放置在圆环中心；将静电容探头的输出接至电位计；使用电桥测量第i块圆环电极电路板上的圆环电极与距离d的探头末端之间的电容C_i；将电桥移除，打开直流电压源，对圆环电极R_i施加不同幅值的直流电压。本发明公开了一种同心圆环电极标度的装置。根据本发明所提供的对静电容探头进行标度的装置和方法，可以分别获得静电容探头在各个单环电极下的感应电压，得到探头在特定距离下的空间分辨率A_eqv，使静电容探头标度的准确性得到显著提升。

技术领域

本发明属于高压设备用盆式绝缘子表面电荷测量领域，具体涉及对静电容探头标度方法的改进。

背景技术

SF₆金属封闭开关设备(GIS)内部以SF₆气体作为绝缘介质，具有良好的绝缘性能，被越来越广泛地用于电力系统中。在GIS的连接母线中，盆式绝缘子起着隔离气室、支撑导体和电气绝缘等重要作用，但其在长时间交流或直流运行中，表面会有不同程度的电荷积聚，这些积聚电荷会畸变空间中的原有电场，严重时可能引发绝缘子沿面闪络，导致GIS设备故障，造成巨大经济损失。因此，研究盆式绝缘子在交直流或冲击电压作用下的表面电荷积聚现象，具有重要的工程意义。

在高压领域，表面电荷的测量方法主要有粉尘图法、超声波法、电容探头法等，其中电容探头法分为动电容探头法和静电容探头法。静电容探头法自20世纪90年代初开始为一些研究者所采用，是目前国际上表面电荷测量领域中使用较广泛的方法。

图1示出了采用同心圆环电极标度静电容探头的一个实施例的原理图。直流电压源(1)连接在圆环电极电路板(2)上，静电容探头(3)垂直放置在圆环电极中心上方一定距离处，电位计(4)与静电容探头的输出端相连以读取探头的感应电压值，而电桥(5)用于测量探头末端与金属圆环之间的电容。

静电容探头法的原理如说明书附图1所示，探头的结构主要包括：感应探针、屏蔽罩、探针与屏蔽罩之间的绝缘支撑。图中C₁表示探针与绝缘子表面之间的等效电容，C₂表示探头自身电容与后级测量系统入口电容之和，C₃表示绝缘子表面电荷的对地等效电容。

记探头正下方绝缘子表面所带电荷量为Q，电荷Q的对地电位为U_i，探头输出电位为U_o。不考虑电荷泄漏的情况下，式(1)(2)成立：

Q＝σA (1)

其中σ为电荷密度，A为电容探头正对的绝缘子表面的等效面积。又因为：

Q＝C_eqU_i (3)

由式(1)～(4)可得输出电压U_o与绝缘子表面电荷密度σ的关系式：

由式(5)可定义标度系数M，M的值由标度实验获得：

通常情况下由于C2＞＞C1，因此标度系数通过对电容探头的标度，可以获得M值，并由此将测量时探头的输出电压通过反演计算转化为绝缘子表面电荷密度。传统的电容探头标度方法如说明书附图2所示。其中图中的1为直流电压源，2为金属板电极，3为电容探头，4为静电计；d-探头与板电极之间的距离。

保持探头与板电极垂直且距离为d(d常取为2mm～10mm)，探头连接至静电计以读取输出电压值。对于特定的距离d，对金属板电极施加不同幅值的直流电压，记录探头输出电压随施加直流电压的变化关系，获得标定曲线。由附图2及式(6)可得标度系数如式(7)所示：