电声脉冲法空间电荷测量方法

电声脉冲法(pulsedelectroacoustic,PEA)NOMEX合成纤维绝缘介质在直流电场中的空间电荷特性_廖瑞金1.1空间电荷密度分布测量系统测量时，脉冲源向试样施加一个高压窄脉冲，引起介质中的空间电荷产生微小位移，并以声波形式传播至压电传感器，再转换为电信号后即可获取空间电荷密度分布特性。本试验中脉冲源(加拿大AVTECH公司产AVIR1C型号)脉冲宽度为2〜5ns,脉冲电压幅值200V，高压直流源(日本MATSUSADA公司产AU20R3LC型号)为0〜±20kV可调。试验声耦合剂为硅油，测量环境温度为(25±1)°C,相对湿度为(40±2)%。试验中外施电压采用梯级升压方式施加，本文对试样施加负极性直流高压，场强分别为5、15、25、50kV/mm。对每个试样测量加压30min内和去压短路30min内的空间电荷密度分布。每个测量时间点进行1000次测量，取其平均值作为该时间点测量结果，以消除噪声影响。1.2空间电荷密度分布波形的数据恢复声波在固体介质中传播时会发生衰减和色散,在多层复合介质中传播时会在两种介质的界面处发生折反射现象，这些因素都将导致波形失真。本文从以下两方面入手，对失真后的波形进行恢复重建，尽可能消除上述影响因素，以得到真实的空间电荷密度分布波形［28］。软件方面。本文通过软件修正测量信号，以尽量减小声波信号在介质中的色散和衰减所产生的信号畸变。基本原理如下：因空间电荷密度分布的理想波形p(t)与测量得到的1衰减后波形pa(t)在时域存在卷积关系为p(t)=g(t,z)p(t)。 (1)式中，g(t,z)是介质衰减与传递时间t和位置z的衰减传递函数。所以，通过对衰减后的波形pa(t)进行反卷积，可求得介质中的真实波形。在PEA的数据处理程序中，通过求出介质中每个基本点的衰减传递函数g(t,z),即可求得介质中的衰减传递矩阵G(t,z),通过恢复方程p(z)=G-1(t,z)p(z), (2)i a从而重建整个介质中的真实空间电荷密度分布波形。硬件方面。本文在PEA测量系统中采用可与传感器进行较好匹配的铝电极作为下电极，在电极与绝缘介质间使用硅油作为声耦合剂，以尽可能弥补声波在被测绝缘纸中传播时的色散与衰减。|Q2HioQ|ix'1.电韭导体层4’绝缘汕|Q2HioQ|ix'1.电韭导体层4’绝缘汕览试样电槪畀门；□.PVDFiS.PMMA17.电樋〔错釦氏电客|9,脉冲卵；L0.宜流高压商MIL电阻前置放±Stl3^L«：0ryWa^ePrC宠加丸示进Skl£计算机图LLJEA泳空间ib.荷测7t装代鉛购2试验模型设计在变压器内绝缘中，油纸绝缘是将绝缘纸进行多层叠加后再真空浸油以形成固液二相复合油纸绝缘系统的。考虑到声波在固液二相复合绝缘介质中传播时会产生折反射现象，结合本文研究的侧重点在于理解NOMEX合成纤维绝缘纸的空间电荷特性，本文将试验对象模型设计为单层NOMEX绝缘纸，并在测量前先对绝缘纸试样双表面进行吸油预处理，除去表面的变压器油。通过以上方法处理后，试验对象被简化为“单层固体绝缘纸”模型，以尽力消除试样表面液体油膜层对声波传播的影响，从而实现对绝缘纸空间电荷密度分布的测量。3频域介电谱特性的测量基于频域介质响应的频域介电谱（frequencydomainspectroscopy,FDS）法是利用介质在交流电压下的极化特性，通过外施正弦电压，测量流过试样的电流峰值和相位，而得到相对介电常数£、介质损耗角tan5、复电容等与频率有关极化参数变化情况的方法。本文中频域介电谱特性采用Novocontrol宽频介电和阻抗谱仪进行测量，系统频率变化范围为3卩Hz〜3GHz。试验时选取镀金铜电极（直径40mm）作为测量固体绝缘纸试样时的附加电极，测量频