本发明涉及绝缘电介质综合介电性能测量领域，尤其是涉及高压强下综合介电性能测量用压力腔结构及其测量方法。
背景技术：
高压直流输电技术在全球电力系统中获得了大力发展，国内外直流电缆线路的投运数量呈现不断增长的趋势。目前高压直流输电技术主要应用在长距离大容量架空输电、电网互联、长距离海底电缆输电等场合。海底电缆输电工程是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中起着重要作用。相较于陆地电缆的坑道和支架支撑铺设，海底电缆绝大部分敷设在海底，其铠装层不能完全抵御海水产生的巨大压强，聚合物绝缘层仍然需要承受较大压强。因此，有必要对于聚乙烯等绝缘材料在高压强下的介电常数、电导率、介质损耗、击穿特性和空间电荷进行深入测试和研究，以模拟其在海底运行时的真实环境。这方面的测试对于高压直流海缆(包括海底通讯电缆和海底电力电缆)具有重要的基础意义。
高压力的作用可以改变结晶聚合物的结晶度和玻璃化转变温度，使聚合物发生相变等，因此研究高压力作用下的聚合物介电行为，有助于了解聚合物的微观结构。研究聚合物电介质在高压强下的导电机制有助于验证某些击穿理论模型(如自由体积击穿、高压力下的热击穿等理论模型)等。而研究聚合物在高压强下介电常数和电导率的关系，有助于了解海底电缆的传输特性。同时，高压强状态下聚合物的爬电、放电量、树枝化、电老化和热老化等的研究，可以使得我们对于海底电缆有更加全面和充分的认识，相关研究成果也可以为固态物理理论研究提供支撑。
并且由于绝缘材料介电性能的测量多样性，需要使用不同的样品腔来进行不同的测量，导致了不便。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构及其测量方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，包括陶瓷环、模具钢套、玄武岩纤维套和防涨保护钢套，所述防涨保护钢套套设在所述玄武岩纤维套外侧，所述玄武岩纤维套内部设有通孔，该通孔侧壁连接所述陶瓷环和所述模具钢套，所述陶瓷环下端受所述通孔侧壁支撑，上端连接所述模具钢套，所述压力腔结构设有低压孔和高压孔，所述低压孔和所述高压孔均从所述压力腔结构外侧贯通至所述玄武岩纤维套内部的通孔。
进一步地，所述陶瓷环和所述模具钢套均可取出。
进一步地，所述陶瓷环和所述模具钢套的内径和外径均相同。
进一步地，所述压力腔结构还包括保护顶盖和保护底套，所述保护顶盖连接所述防涨保护钢套的上表面，所述保护底套连接所述防涨保护钢套的下表面。
进一步地，所述低压孔和所述高压孔相互垂直。
进一步地，所述通孔侧壁设有限位凸起，所述陶瓷环下端受所述限位凸起支撑。
进一步地，所述压力腔结构用于对平板样品进行测量，所述陶瓷环围绕所述平板样品。目的是防止样品在受到高压力时将力传到给样品腔导致样品腔对应位置损坏。(即陶瓷环自身破裂来保护样品腔对应位置的完好。)
进一步地，所述玄武岩纤维套的外表面为圆台面。
进一步地，所述玄武岩纤维套和所述防涨保护钢套紧配合连接。
进一步地，所述陶瓷环与所述玄武岩纤维套内部通孔为松配合，可以轻松取出更换。
进一步地，所述模具钢套与所述玄武岩纤维内部通孔为紧配合，通过所述陶瓷环上表面限位在内部，上部与所述玄武岩纤维套上表面持平。
本发明还提供一种采用上述的高压强下综合介电性能测量用压力腔结构的综合介电性能测量方法，所述方法具体为，在所述压力腔结构内部的通孔中放入测量结构，然后将传导信号的电缆分别通过所述低压孔和所述高压孔，接触到测量结构中对应的导电部分，然后进行综合介电性能测量。
进一步地，所述测量结构包括固定组件、平板样品和替换组件，所述固定组件包括自下而上依次连接的碳化钨屏蔽块、环氧玻璃布绝缘块、碳化钨电极块和环氧玻璃布嵌电压极，所述平板样品的一面连接所述环氧玻璃布嵌电压极，另一面连接所述替换组件。
进一步地，所述综合介电性能测量包括在高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量，所述方法还包括，当进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时，将所述替换组件设置为环氧玻璃布嵌信号极和受压碳化钨柱，所述环氧玻璃布嵌信号极的一端连接所述受压碳化钨柱，另一端连接所述平板样品，通过在所述受压碳化钨柱上表面施加垂直向下的高压力，进行介电系数以及介电损耗的测量。
进一步地，所述综合介电性能测量包括在高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量，所述方法还包括，当进行高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量时，将所述替换组件设置为声脉冲发生器，该声脉冲发生器的输出端连接所述平板样品，然后进行空间电荷分布的测量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明压力腔结构中设置了陶瓷环，作为上下电极绝缘的一部分，陶瓷环能够承受较高的压强，且在承受过大压强之后自身会破裂，将作用在陶瓷环上的力分散，使得本发明压力腔结构在承受极高压强情况下，样品受压延展后，不会将力直接作用在玄武岩纤维套上，不易损坏，能够长久使用，另外，陶瓷环制作简单，无论是破损还是完整状态，均能够轻松取出，降低测量操作难度。
(2)本发明压力腔结构中玄武岩纤维套与外部防涨钢套为紧配合，玄武岩纤维套不会脱落，同时外部防涨钢套限制了玄武岩纤维套的径向形变，使得该压力腔能够在高压强下长久使用。
(3)本发明压力腔结构中上部保护顶盖与下部保护底套共同作用，以及外部防涨钢套，共同形成了电磁信号屏蔽层，为获得更加精确的实验信号提供了基础。
(4)本发明压力腔结构能够承受300吨压力作用在压力腔内各垫块而产生的作用在玄武岩纤维壁上的压强，能够保持整个压力腔在去除压力之后，整个压力腔没有明显形变，且能够长时间承受这种来自垫块形变的压强。
(5)通过更换本发明压力腔结构内部测量块，能够在该压力腔结构中测量一个绝缘材料的多种介电性能参数，包括但不限于介电常数/介电损耗/电阻率/击穿电压/空间电荷。
(6)本发明结构简单，制造成本低，具有良好的经济实用价值。
附图说明
图1为本发明压力腔结构的主视剖视图；
图2为本发明压力腔结构的左视剖视图；
图3为本发明压力腔结构进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时的主视剖视图；
图4为图3的局部示意图；
图5为本发明压力腔结构进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时的左视剖视图；
图6为本发明压力腔结构进行高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量时的剖视图；
图中，1、陶瓷环，2、模具钢套，3、玄武岩纤维套，4、保护顶盖，5、防涨保护钢套，6、低压孔，7、高压孔，8、保护底套，9、碳化钨屏蔽块，10、环氧玻璃布绝缘块，11、碳化钨电极块，12、环氧玻璃布嵌电压极，13、环氧玻璃布嵌信号极，14、受压碳化钨柱，15、声脉冲发生器，16、平板样品。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供一种用于在高压强下进行绝缘材料综合介电性能测量的压力腔结构和测量方法，用于进行绝缘材料综合介电性能测量，综合介电性能测量包括但不限于介电常数/介电损耗/电阻率/击穿电压/空间电荷等参数的测量。
下面对本实施例压力腔结构及其组装方法以及测量方法分别进行详细描述。
1、压力腔结构
压力腔结构包括陶瓷环1、模具钢套2、玄武岩纤维套3、保护顶盖4、防涨保护钢套5、低压孔6、高压孔7和保护底套8。陶瓷环1可取出，模具钢套2可取出，保护顶盖4通过螺丝固定在防涨保护钢套5上，玄武岩纤维套3与防涨保护钢套5通过紧配合固定，低压孔6与高压孔7为通孔，两者90°垂直分布，保护底套8通过沉头螺丝固定在防涨保护钢套5上。
下面对各部件分别进行描述。
1.1、陶瓷环1
陶瓷环1与所述的磨具钢套的内径外径尺寸相同，是同内外径不同材料的环。
陶瓷环1通过选玄武岩纤维套3的内部凸起设计，限位在玄武岩纤维套3内部。
陶瓷环1与玄武岩纤维套3内部为松配合，可以轻松取出更换。
1.2、模具钢套2
模具钢套2与玄武岩纤维内部为紧配合，通过陶瓷环1上表面限位在内部，上部与玄武岩纤维套3上表面持平。
模具钢套2侧面靠下部分有一半圆形口，供测量探头通过并与上电极接触。
1.3、玄武岩纤维套3
玄武岩纤维套3内部设有中间孔(通孔)，该中间孔设计为直径下部小上部大的形状，与陶瓷环1相互配合。
玄武岩纤维套3外部直径为上小下大的圆台型结构，与外部防涨保护钢套5通过紧配合固定在外部放涨保护钢套内部。
1.4、防涨保护钢套5
外部防涨保护钢套5内部为上直径小下直径大的圆台结构，与玄武岩纤维套3做紧配合。
1.5、低压孔6
低压孔6为通过外部防涨保护钢套5、玄武岩纤维套3与模具钢套2的电缆孔。
1.6、高压孔7
高压孔7为通过外部防涨保护钢套5、玄武岩纤维套3的电缆孔。
1.7、保护顶盖4
保护顶盖4通过螺丝连接在防涨保护钢套5上。
1.8、保护底套8
保护底套8通过沉头螺丝连接在防涨保护钢套5上，使整个压力腔结构保持稳定。
2、压力腔结构的组装方法
对玄武岩纤维套3与防涨保护钢套5通过一定斜率紧配合成的压力腔主体，需将保护底套8通过沉头螺丝固定在外部防涨保护钢套5上，由此形成压力腔主体的平稳放置。将陶瓷环1滑入玄武岩纤维套3内部，并到达凸起限位处，随后滑入模具钢套2，并将保护顶盖4通过螺丝固定在防涨保护钢套5上，防涨保护钢套5上有对应螺丝孔，以通过螺丝固定连接保护顶盖4。低压孔6穿过防涨保护钢套5、玄武岩纤维套3、模具钢套2，模具钢套2对应低压孔部分有一半圆形孔，供取信号电缆进入。高压孔7穿过防涨保护钢套5、玄武岩纤维套3，并与低压孔6在径向上成90°角，互相垂直，避免连接外部装置时空间不足。
3、采用此压力腔结构的综合介电性能测量方法
测量方法：在压力腔结构中间孔中放入测量结构，然后将传导信号的电缆分别通过低压孔6和高压孔7，接触到测量结构中对应的导电部分，然后进行综合介电性能测量。
下面对测量结构以及综合介电性能测量进行详细描述。
3.1、测量结构
测量结构由多个圆柱块组成，包括固定组件、平板样品16和替换组件，固定组件包括自下而上依次连接的碳化钨屏蔽块9、环氧玻璃布绝缘块10、碳化钨电极块11和环氧玻璃布嵌电压极12，平板样品16的一面连接环氧玻璃布嵌电压极12，另一面连接替换组件。陶瓷环1围绕平板样品16。
固定组件各部分的功能如下：
碳化钨屏蔽块9，用于封闭压力腔结构，为整个压力腔结构提供一个完整的静电屏蔽；
环氧玻璃布绝缘块10，用于将上方碳化钨电极块11与地隔离，做绝缘作用；
碳化钨电极块11，用于起导电作用，与从高压孔7中出来的导电电缆相连接，并通过探针传导到上方电极处；
环氧玻璃布嵌电压极12，包括第一碳化钨电极121、弹簧探针122和第一环氧玻璃布块123，此处通过弹簧探针122将高压从碳化钨电极块11连接到中间的第一碳化钨电极121上，同时第一碳化钨电极121将电压施加在平板样品16表面，第一环氧玻璃布块123则将底部碳化钨块与上部地端隔离，延长放电距离；在环氧玻璃布嵌电压极12上方放置需要被测量的平板样品16。
3.2、综合介电性能的测量
通过本实施例压力腔结构可进行的综合介电性能测量包括但不限于介电常数、介电损耗和空间电荷等参数的测量。
1)介电系数以及介电损耗的测量：当进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时，替换组件设置为环氧玻璃布嵌信号极13和受压碳化钨柱14，环氧玻璃布嵌信号极13的一端连接受压碳化钨柱14，另一端连接平板样品16，通过在受压碳化钨柱14上表面施加垂直向下的高压力，进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量。
此时替换组件各部件的功能如下：
环氧玻璃布嵌信号极13，包括第二碳化钨电极132以及侧面带孔、中间用于放置第二碳化钨电极132的第二环氧玻璃布块131，将信号与上端地端隔离，并通过侧面孔将信号由通过低压孔6的电缆传出；
受压碳化钨柱14，用于承担压力传导与封闭样品腔的作用。
2)空间电荷的测量：当进行高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量时，将替换组件设置为声脉冲发生器15，该声脉冲发生器15的输出端连接平板样品16，然后进行空间电荷分布的测量。
声脉冲发生器产生声脉冲的具体参数要求是：声脉冲脉宽的范围为50ns至100ns，声脉冲频率的范围为99hz至101hz，声脉冲的幅度范围为9mpa至10mpa。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
1.一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，包括陶瓷环(1)、模具钢套(2)、玄武岩纤维套(3)和防涨保护钢套(5)，所述防涨保护钢套(5)套设在所述玄武岩纤维套(3)外侧，所述玄武岩纤维套(3)内部设有通孔，该通孔侧壁连接所述陶瓷环(1)和所述模具钢套(2)，所述陶瓷环(1)下端受所述通孔侧壁支撑，上端连接所述模具钢套(2)，所述压力腔结构设有低压孔(6)和高压孔(7)，所述低压孔(6)和所述高压孔(7)均从所述压力腔结构外侧贯通至所述玄武岩纤维套(3)内部的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述压力腔结构还包括保护顶盖(4)和保护底套(8)，所述保护顶盖(4)连接所述防涨保护钢套(5)的上表面，所述保护底套(8)连接所述防涨保护钢套(5)的下表面。
3.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述低压孔(6)和所述高压孔(7)相互垂直。
4.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述压力腔结构用于对平板样品(16)进行测量，所述陶瓷环(1)围绕所述平板样品(16)。
5.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述玄武岩纤维套(3)的外表面为圆台面。
6.根据权利要求1所述的一种高压强下综合介电性能测量用压力腔结构，其特征在于，所述玄武岩纤维套(3)和所述防涨保护钢套(5)紧配合连接。
7.一种采用如权利要求1所述的高压强下综合介电性能测量用压力腔结构的综合介电性能测量方法，其特征在于，所述方法具体为，在所述压力腔结构内部的通孔中放入测量结构，然后将传导信号的电缆分别通过所述低压孔(6)和所述高压孔(7)，接触到测量结构中对应的导电部分，然后进行综合介电性能测量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测量结构包括固定组件、平板样品(16)和替换组件，所述固定组件包括自下而上依次连接的碳化钨屏蔽块(9)、环氧玻璃布绝缘块(10)、碳化钨电极块(11)和环氧玻璃布嵌电压极(12)，所述平板样品(16)的一面连接所述环氧玻璃布嵌电压极(12)，另一面连接所述替换组件。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述综合介电性能测量包括在高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量，所述方法还包括，当进行高压强下绝缘材料的介电系数以及介电损耗的测量时，将所述替换组件设置为环氧玻璃布嵌信号极(13)和受压碳化钨柱(14)，所述环氧玻璃布嵌信号极(13)的一端连接所述受压碳化钨柱(14)，另一端连接所述平板样品(16)，通过在所述受压碳化钨柱(14)上表面施加垂直向下的高压力，进行介电系数以及介电损耗的测量。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述综合介电性能测量包括在高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量，所述方法还包括，当进行高压强下绝缘材料中的空间电荷分布的测量时，将所述替换组件设置为声脉冲发生器(15)，该声脉冲发生器(15)的输出端连接所述平板样品(16)，然后进行空间电荷分布的测量。
技术总结