一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构.pdf

本发明公开了属于电工测量中的静电测量技术领域的一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构。该高真空固体绝缘表面电荷测量装置由静电容探头支架、静电容探头转动操控机构、静电容探头的摆动控制机构及高真空动密封系统组成；采用磁流体高真空动密封技术实现了在不破坏真空试验腔真空度的情况下将两种转动运动传入真空试验腔内，而不影响试验腔内的高真空试验环境，并使真空试验腔体的真空度保持在10-5Pa量级；实现控制静电容探头绕固体绝缘试品旋转扫描，进行表面电荷测量；在施加高电压时令静电容探头远离固体绝缘试品和高压电极，保证试验中静电容探头弱电系统及试验人员的安全。

1.  一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，该高真空固体绝缘表面电荷测量装置由静电容探头支架、静电容探头转动操控机构、静电容探头的摆动控制机构及高真空动密封系统组成；其特征在于，所述高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构采用磁流体高真空动密封技术实现，在不破坏真空试验腔真空度的情况下将两种转动运动传入真空试验腔内，并使真空试验腔体的真空度保持在10^-5Pa量级；
在真空试验腔内，由电极引线将高压电极和地电极分别固定在真空试验腔的顶板和底板上，被测固体绝缘试品放置在高压电极和地电极之间；静电容探头固定在探头滑轨上部，探头滑轨的下端通过转轴活动固定在真空试验腔内的转盘上，斜面支撑固定在探头滑轨和地电极之间的转盘上，连杆转换机构的一端与探头滑轨下段连接，连杆转换机构另一端通过磁流体与真空试验腔的底板动密封固定；转盘套在地电极的电极引线上；在与连杆转换机构相对的真空试验腔的底板上也通过磁流体对内齿轮的传动轴实现动密封固定，二者构成高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构。

2.  根据权利要求1所述一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，其特征在于，所述套在地电极的电极引线上的必须是转盘的中心，以保证静电容探头在转动测量过程中保持与被测固体绝缘试品表面的距离不变。

3.  根据权利要求1所述一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，其特征在于，所述探头滑轨和斜面支撑组成静电容探头支架；在连杆的操控下，静电容探头支架整体绕转轴转动，斜面支撑的斜面与被测固体绝缘表面平行，保证在电荷测量时滑轨与被测固体绝缘试品表面平行，从而静电容探头的探针在表面电荷测量过程中与被测固体绝缘试品表面的距离是保持恒定。

4.  根据权利要求1所述一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，其特征在于，所述内齿轮的传动轴和连杆转换机构分别在真空试验腔外与外控机构固定，外控机构与磁流体动密封固定其中，连杆的竖轴穿过连杆导向筒与固定。

5.  根据权利要求1所述一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，其特征在于，所述静电容探头转动操控机构由磁流体密封件、外控机构和内齿轮及转盘组成，其中磁流体密封件焊接固定在真空试验腔体底板上，第一外控机构在真空试验腔体外与磁流体密封件固定，内齿轮的传动轴在真空试验腔体内与磁流体密封件固定，内齿轮与转盘齿轮咬合，静电容探头支架固定于转盘上。

6.  根据权利要求1所述一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，其特征在于，所述静电容探头的摆动控制机构由磁流体密封件、外控机构和连杆转换机构组成；其中磁流体密封件焊接固定在真空试验腔体底板上，第二外控机构在真空试验腔体外与磁流体密封件连接，连杆转换机构在真空试验腔体内与磁流体密封件连接；连杆转换机构作用于探头滑轨，在高压电极上施加高电压时，将静电容探头拉至远离被测固体绝缘试品表面的位置。

一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构
技术领域
本发明属于电工测量中的静电测量技术领域，特别涉及一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构。
背景技术
真空与固体绝缘的沿面是整个绝缘系统的最薄弱环节。真空-固体绝缘界面的表面电荷积聚会改变绝缘系统的电场分布，进而影响绝缘系统的沿面耐压水平。因此，真空固体绝缘表面电荷的测量具有重要意义。
表面电荷的测量属于静电测量的范畴，因而不能使用常有的电工仪表进行测量。表面电荷的测量方法主要有：粉尘法、电声脉冲法、超声波法、Pockels效应法、电容探头法等。但现有方法都有明显不足，粉尘法不能进行定量测量，电声脉冲法的设备复杂昂贵，且只适用于两固体交界面的电荷测量，超声波法和Pockels效应法只适用于薄膜绝缘试品的测量。电容探头法分为动电容探头法和静电容探头法两种。为了保证测量分辨率，要求动电容探头法中探头本身的电容值以及测试线路的入口电容值极为稳定，而这很难实现。另外，此方法也不适用于复杂形状绝缘子的测量。因此目前对于气固界面或真空中固体表面的电荷测量，静电容探头法是最可行的实现方式。
静电容探头法的测量程序一般为先使静电容探头远离被测固体绝缘试品和高压电极来确保设备与人身安全，在撤去外加电压使静电容探头靠近被测固体绝缘试品进行表面电荷的测量。
真空环境下工程中常用的绝缘子典型状体为45°圆台形，测量时要静电容探头能够转动以扫描45°圆台形被测固体绝缘试品的整个侧表面。
不同于之前大多数已有试验平台的二维表面电荷测量以及在大气环境和SF₆等高气压环境中的表面电荷测量，这就要求有一套机械操控系统能够完成在真空试验腔体外操控高真空环境中静电容探头的三维运动，对固体绝缘试品的整个侧表面进行电荷扫描测量，于是要求真空试验腔体保持动态密封。
发明内容
本发明的目的是提出一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，该高真空固体绝缘表面电荷测量装置由静电容探头支架、静电容探头转动操控机构、静电容探头的摆动控制机构及高真空动密封系统组成；其特征在于，所述高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构采用磁流体高真空动密封技术实现，在不破坏真空试验腔真空度的情况下将两种转动运动传入真空试验腔内，并使真空试验腔体的真空度保持在10^-5Pa量级；
在真空试验腔内，由电极引线将高压电极和地电极分别固定在真空试验腔的顶板和底板上，被测固体绝缘试品放置在高压电极和地电极之间；静电容探头固定在探头滑轨上部，探头滑轨的下端通过转轴活动固定在真空试验腔内的转盘上，斜面支撑固定在探头滑轨和地电极之间的转盘上，连杆转换机构的一端与探头滑轨下段连接，连杆转换机构另一端通过磁流体与真空试验腔的底板动密封固定；转盘套在地电极的电极引线上；在与连杆转换机构相对的真空试验腔的底板上也通过磁流体对内齿轮的传动轴实现动密封固定，二者构成高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构。
所述套在地电极的电极引线上的必须是转盘的中心，以保证静电容探头在转动测量过程中保持与被测固体绝缘试品表面的距离不变。
所述探头滑轨和斜面支撑组成静电容探头支架；在连杆的操控下，静电容探头支架整体绕转轴转动，斜面支撑的斜面与被测固体绝缘表面平行，保证在电荷 测量时滑轨与被测固体绝缘试品表面平行，从而静电容探头的探针在表面电荷测量过程中与被测固体绝缘试品表面的距离是保持恒定。
所述内齿轮的传动轴和连杆转换机构分别在真空试验腔外与外控机构固定，外控机构与磁流体动密封固定其中，连杆的竖轴穿过连杆导向筒与固定。
所述静电容探头转动操控机构由磁流体密封件、外控机构和内齿轮及转盘组成，其中磁流体密封件焊接固定在真空试验腔体底板上，第一外控机构在真空试验腔体外与磁流体密封件固定，内齿轮的传动轴在真空试验腔体内与磁流体密封件固定，内齿轮与转盘齿轮咬合，静电容探头支架固定于转盘上。
所述静电容探头的摆动控制机构由磁流体密封件、外控机构和连杆转换机构组成；其中磁流体密封件焊接固定在真空试验腔体底板上，第二外控机构在真空试验腔体外与磁流体密封件连接，连杆转换机构在真空试验腔体内与磁流体密封件连接；连杆转换机构作用于探头滑轨，在高压电极上施加高电压时，将静电容探头拉至远离被测固体绝缘试品表面的位置。
本发明的有益效果是本发明采用磁流体高真空动密封技术实现真空试验腔体的真空度保持在10^-5Pa量级。所述磁流体密封技术不同于传统的O形胶圈和J形胶圈等密封，可以达到更高的真空度，且长期使用过程中无磨损泄露，且可以保证与其连接的机械结构有更高的移动精度。通过磁流体的磁力传导将真空试验腔外的控制运动引入真空试验腔内，控制静电容探头绕被测固体绝缘试品转动，控制静电容探头在施加高电压时远离高压电极；通过斜面支撑保证静电容探头与固体绝缘表面的距离保持恒定，使高真空固体绝缘表面电荷测量精度进一步提高。
附图说明
图1为高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构，下面结合附图予以说明。
图1所示为高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构示意图。图中，高真空固体绝缘表面电荷测量装置由静电容探头支架、静电容探头转动操控机构、静电容探头的摆动控制机构及高真空动密封系统组成；所述高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构采用磁流体高真空动密封技术实现，在不破坏真空试验腔真空度的情况下将两种转动运动传入真空试验腔内，并使真空试验腔体的真空度保持在10^-5Pa量级。
在真空试验腔内，由电极引线10将高压电极5和地电极7分别固定在真空试验腔的顶板和底板上，被测固体绝缘试品放置6在高压电极5和地电极7之间；静电容探头1固定在探头滑轨2上部，探头滑轨2的下端通过转轴3活动固定在真空试验腔内的转盘12上，斜面支撑8固定在探头滑轨2和地电极7之间的转盘12上，连杆转换机构9的一端与探头滑轨2下段连接，连杆转换机构9另一端通过磁流体4与真空试验腔的底板动密封固定；转盘12的中心套在地电极7的电极引线上，以保证静电容探头在转动测量过程中保持与被测固体绝缘试品表面的距离不变；在与连杆转换机构相对的真空试验腔的底板上也通过磁流体4对内齿轮14的传动轴实现动密封固定，二者构成所述高真空固体绝缘表面电荷测量装置的动密封结构。其中外控机构分别在真空试验腔外与内齿轮的传动轴和连杆转换机构固定，其中，连杆的竖轴穿过连杆导向筒11与磁流体4动密封固定；该连杆的竖轴与第二外控机构16连接。
所述探头滑轨和斜面支撑组成静电容探头支架；在连杆的操控下，静电容探头支架整体绕转轴3转动，斜面支撑的斜面与被测固体绝缘表面平行，保证在电 荷测量时探头滑轨与被测固体绝缘试品表面平行，从而静电容探头的探针在表面电荷测量过程中与被测固体绝缘试品表面的距离是保持恒定。
上述静电容探头转动操控机构由磁流体密封件、外控机构和内齿轮及转盘组成，其中磁流体密封件焊接固定在真空试验腔体底板上，第一外控机构15在真空试验腔体外的内齿轮14的传动轴连接，并与磁流体4密封件固定，内齿轮14的传动轴在真空试验腔体内与磁流体4密封件固定，内齿轮14与转盘12齿轮咬合，静电容探头支架固定于转盘12上。
所述静电容探头的摆动控制机构由磁流体密封件、外控机构和连杆转换机构组成；其中磁流体密封件焊接固定在真空试验腔体底板上，第二外控机构16在真空试验腔体外与连杆的竖轴连接，并与磁流体密封件连接，在真空试验腔体内连杆转换机构9作用于探头滑轨2，在高压电极5上施加高电压时，将静电容探头1拉至远离被测固体绝缘试品6表面的位置。在对被测固体绝缘试品施加高电压时，连杆向下运动，带动静电容探头摆动远离高压电极。施加高电压后，进行表面电荷测量时，静电容探头需要靠近被测固体绝缘试品表面，此时连杆向上运动，带动静电容探头摆动靠近固体绝缘试品，进行表面电荷测量。