實(shí)驗(yàn)名稱：空間電荷測量系統(tǒng)

測試設(shè)備：電壓放大器、電極系統(tǒng)、函數(shù)發(fā)生器、高壓高頻脈沖源、示波器、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：空間電荷測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本文在室溫環(huán)境下進(jìn)行了油紙絕緣空間電荷的測量，其中試樣內(nèi)部空間電荷的檢測機(jī)理采用PEA電聲脈沖法，交變電場下不同相位的空間電荷檢測基于AEPS自動均分移相原理，測量系統(tǒng)的簡化示意圖如圖1所示。

電壓放大器可提供交變電場或直流電場，脈沖源提供檢測脈沖激勵(lì)，交變電場或直流電場和脈沖電場共同耦合在待測試樣上；電極系統(tǒng)中，上電極為半導(dǎo)體電極，以乙烯-醋酸乙烯共聚物和導(dǎo)電炭黑的共混物為材料，厚度為1.8mm，體積電阻率小于100Ω?m，下電極則為鋁電極。

圖2：無極化電場下不同脈沖激勵(lì)引起的空間電荷響應(yīng)

在空間電荷測量中，被測試樣在不同外加極化電場下的空間電荷響應(yīng)是人們所關(guān)注的，而作為激勵(lì)源的脈沖電場若是過高則會給空間電荷響應(yīng)造成明顯的影響，引入不必要的誤差。以一片厚度為270μm的油浸絕緣紙?jiān)嚇訛槔诓皇┘尤魏瓮饧訕O化電場的情況下，分別在試樣上施加180V和500V的脈沖電壓，得到的空間電荷響應(yīng)如圖2所示。

圖3：直流電場為2kV/mm、脈沖電壓值為180V時(shí)加壓瞬間的空間電荷響應(yīng)

在下電極235μm的位置處，脈沖電壓值為180V時(shí)幾乎觀測不到電荷峰，而脈沖電壓值為500V時(shí)能觀測到峰值為-0.002V的電荷峰；在上電極505μm的位置處，由于在油浸絕緣紙中聲波信號的傳播有嚴(yán)重的色散與衰減現(xiàn)象，在兩種脈沖電壓值下都觀測不到明顯的電荷峰。脈沖電場導(dǎo)致的電荷峰值雖然不大，但是在低場強(qiáng)下卻會帶來不可忽略的影響。如圖3所示，為油浸絕緣紙?jiān)谥绷麟妶?kV/mm、脈沖電壓值為180V時(shí)加壓瞬間的空間電荷響應(yīng)，其在下電極位置處的電荷峰峰值為-0.01V，若采用電壓值為500V的脈沖激勵(lì)，脈沖電場引起的電荷峰將使該峰值增大20%，嚴(yán)重影響對低場強(qiáng)下空間電荷響應(yīng)的分析。

在本文中，用于空間電荷測量實(shí)驗(yàn)的油浸絕緣紙樣品有未經(jīng)老化的樣品、熱老化120℃條件下老化48h與96h的樣品（下文分別簡稱為熱老化48h與熱老化96h）。實(shí)驗(yàn)過程中，將待測樣品浸泡在對應(yīng)老化條件的絕緣油中進(jìn)行空間電荷測量，脈沖頻率均為2010Hz，并選取脈沖電壓值為180V。

1）直流電場

測量時(shí)極化場強(qiáng)按0.5kV/mm，1kV/mm，3kV/mm，5kV/mm，7kV/mm，10kV/mm，15kV/mm，20kV/mm，30kV/mm以及40kV/mm逐級升高，且在每個(gè)電場極化3600s進(jìn)行相對應(yīng)的1800s短路測量。在極化與短路的過程中，均每隔3s測量一次空間電荷響應(yīng)波形，示波器平均次數(shù)設(shè)為4000次。

2）工頻交流電場

測量時(shí)極化場強(qiáng)的設(shè)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逐級升高，且在每個(gè)電場極化3600s進(jìn)行相對應(yīng)的1800s短路測量。在極化與短路的過程中，利用高性能示波器的快速抓取功能進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，設(shè)置抓取數(shù)為4020次，由于示波器保存數(shù)據(jù)需要一定時(shí)間，故每隔10min測量一次空間電荷響應(yīng)波形及對應(yīng)的瞬間電壓信號。保存后的數(shù)據(jù)通過離線方式轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)后，基于AEPS原理進(jìn)行相位識別，得到各相位下的空間電荷響應(yīng)波形。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

與工頻交流極化電場的情況類似，在每個(gè)電場值極化3600s進(jìn)行相對應(yīng)的1800s短路測量。在極化與短路的過程中，利用高性能示波器的快速抓取功能進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，設(shè)置抓取數(shù)為4020次，每隔10min測量一次空間電荷響應(yīng)波形及對應(yīng)的瞬間電壓信號。保存后的數(shù)據(jù)通過離線方式轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)后，基于AEPS原理進(jìn)行相位識別，得到各相位下的空間電荷響應(yīng)波形。

電壓放大器推薦：ATA-2161

圖：ATA-2161高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇