[发明专利]一种直流超高压电缆的空间电荷分布测量方法

摘要

本发明涉及一种直流超高压电缆的空间电荷分布测量方法。第一步，构建测量装置，先在电缆(6)的中部将电缆外部铠装层打开一个窗口，然后在窗口中安装采样电极(2)，在采样电极(2)的两侧的电缆(6)上安装与地面连接的接地电极(3)，在采样电极(2)和接地电极(3)的外面安装电磁屏蔽盒(1)，采样电极(2)依次与放大器(4)和示波器(5)连接；用高压线(9)将电缆(6)两高压端(8)及直流高压源(10)连接。第二步，测量获取点信号，第三步，计算测量电缆厚介质试样空间电荷分布。本发明克服了以往传统方法从中心导体取信号所导致的困难，可以应用于传统方法不能完成的超高压实体直流电缆的测量。

主权项

一种直流超高压电缆的空间电荷分布测量方法，其特征是：第一步，构建测量装置先在电缆(6)的中部将其铠装层打开一段窗口，大小以方便安装电极为合适，使电缆曝露出其外屏蔽层，然后在窗口中安装采样电极(2)，在采样电极(2)的两侧的电缆(6)上安装与地面连接的接地电极(3)，在采样电极(2)和接地电极(3)的外面安装材料为金属的电磁屏蔽盒(1)，采样电极(2)依次与放大器(4)和示波器(5)连接；用高压线(9)将电缆(6)两高压端(8)连接，高压线(9)与高压直流源(10)连接，便于产生回路电流通过电缆中心导体(7)；上述采样电极(2)和接地电极(3)均为市售导电铜箔；上述放大器(4)为放大倍数约40dB，带宽0.01‑200MHz的市售商品放大器；上述示波器(5)型号为采样率1GS/s的市售示波器；上述高压直流源(10)为市售直流小功率电压源，电压1000kV以内；第二步，测量获取点信号先通过高压直流源(10)给电缆(6)加30‑500KV电压，然后利用激光器或者压电驱动器产生的压力脉冲作用在在电缆(6)暴露出的外屏蔽层上，由此引起的弹性波在介质中以声速传播时，破坏了介质内部原先弹性力和电荷产生电场力的平衡，引起介质中的电荷发生微小位移，电荷的微小位移又导致电缆表皮上的感应电荷量的变化，感应电荷量的变化引起的电流通过采样电极(2)传到示波器(5)的输入端，从示波器(5)观测到压力波在介质中的传播所引起的电流信号；第三步，计算测量直流超高压电缆的厚介质试样空间电荷分布首先，要得到激发电流，先根据示波器(5)获得的压力波在电缆绝缘层中的传播变化激发的电流和测量所得到的电流之间的关系制作等效电路，该等效电路中C1为采样电极(2)相关的等效电容，Z0为电缆(6)的特征阻抗，ri为外接电路的阻抗,Zg为采样电极和接地电极之间的等效阻抗；通过分析测量电流和激发电流之间的关系得激发电流的大小，再由此反推出空间电荷分布，即空间电荷密度和位置的关系；上述直流超高压电缆的厚介质试样的绝缘层厚度为3‑10mm，但不限制使用其它尺寸的电缆包括短截样品；上述示波器采集获得的压力波引起的电压数据为Vm(t)，通过除以比例系数A＝D*R，其中D为放大器放大系数，R为示波器电阻，得到im(t)；上述等效电路得到激发电流为i(t)；通过分析等效电路，利用测量电流im(t)与激发电流i(t)的关系得到激发电流i(t)；为了表示激发电流i(t)，引入试样中电场分布E(r)，试样内径a，试样外径b，试样中的压力波P(r,t)，材料位移量u，试样在无压力波作用时的电容C0，其中C0取决于试样厚度和压力波作用面积，ε为介电常数,χ为杨氏模量，电致伸缩系数a11，而G(ε)＝1‑a11/ε是一个仅仅与绝缘介质材料自身特性有关的常量，对于非均匀介质材料，G(ε)是一个与空间参数相关的函数，因此不能移出积分；但对于均匀电介质，G(ε)不是与空间相关的函数，因此可以放在积分之前，在此假设前提下，只考虑均匀电介质材料，B取常数；由激光压力波法激发电流公式反卷积得到介质内部的电场分布，然后通过一维形式的泊松方程，即可得到电荷密度关于位置的分布。