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可控温湿度的高压电场环境腐蚀的试验装置及方法

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811524564.X国省代码:福建 35
申请(专利权)人:福州大学
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摘要:
本发明提出一种可控温湿度的高压电场环境腐蚀的试验装置及方法,其特征在于,包括:由绝缘板材构成的外部框架、设置在外部框架内的:形状尺寸相同的圆盘状的上极板和下极板;所述上极板和下极板的盘沿上各设置有一个均压环;所述上极板通过绝缘绳悬挂在外部框架内的上部;所述外部框架内的中部水平设置有网状支撑板,所述下极板设置在网状支撑板上;所述上极板和下极板的盘底平行且相对设置;所述上极板连接高压试验变压器;所述下极板接地;所述网状支撑板的下部设置有溶液槽,所述溶液槽的下方设置有恒温加热垫;所述支撑板上设置有气流风扇。可以精确模拟高压电场环境下关键导体金属的腐蚀,且保证腐蚀试验安全稳定运行。

主权项:
1.一种可控温湿度的高压电场环境腐蚀的试验装置,其特征在于,包括:由绝缘板材构成的外部框架、设置在外部框架内的:形状尺寸相同的圆盘状的上极板和下极板;所述上极板和下极板的盘沿上各设置有一个均压环;所述上极板通过绝缘绳悬挂在外部框架内的上部;所述外部框架内的中部水平设置有网状支撑板,所述下极板设置在网状支撑板上;所述上极板和下极板的盘底平行且相对设置;所述上极板连接高压试验变压器;所述下极板接地;所述网状支撑板的下部设置有溶液槽,所述溶液槽的下方设置有恒温加热垫;所述支撑板上设置有气流风扇。


说明书

可控温湿度的高压电场环境腐蚀的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及电力试验领域,尤其涉及一种可控温湿度的高压电场环境腐蚀的试验
装置及方法。

背景技术

低纬度沿海地带一年大多数时间处于高温潮湿环境。温度和湿度对电力系统中高
压输电网的腐蚀失效有着极大的影响,此外气流大小会影响着关键导体金属表面腐蚀液的
厚度以及挥发速率。温湿度以及气流速率均影响着关键金属导体的腐蚀行为。高压电网材
料的腐蚀失效对人民的生活、工厂生产等有着重大困扰,同时也具有重大的人身安全隐患。
在高压电场条件下准确研究铝合金或其他电力设备材质的腐蚀现象成为电力系统亟待解
决的问题之一。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题和不足,由于安全稳定高压电场腐蚀装置是研究高
压电场腐蚀的重要条件,长时间运行、高电压强度、局部腐蚀、外部环境准确作为本发明方
案的主要要求,本发明具体采用以下技术方案:

一种可控温湿度的高压电场环境腐蚀的试验装置,其特征在于,包括:由绝缘板材构成
的外部框架、设置在外部框架内的:形状尺寸相同的圆盘状的上极板和下极板;所述上极板
和下极板的盘沿上各设置有一个均压环;所述上极板通过绝缘绳悬挂在外部框架内的上
部;所述外部框架内的中部水平设置有网状支撑板,所述下极板设置在网状支撑板上;所述
上极板和下极板的盘底平行且相对设置;所述上极板连接高压试验变压器;所述下极板接
地;所述网状支撑板的下部设置有溶液槽,所述溶液槽的下方设置有恒温加热垫;所述支撑
板上设置有气流风扇。

优选地,所述上极板通过水准泡调平。

优选地,所述绝缘板材为亚克力板;所述绝缘绳为无尘石棉扭绳。

优选地,所述上极板和下极板的材质为不锈钢;所述均压环为表面由铜箔或锡箔
覆盖的圆环管。

优选地,所述上极板和下极板的盘底为圆形平面,盘底的边沿以倒圆角过渡到盘
壁。

优选地,所述上极板通过钢管连接高压试验变压器,所述钢管上设置有保护电阻,
所述保护电阻的两端设置有均压环;所述保护电阻为水电阻,阻值80KΩ。

优选地,所述上极板和下极板有两组,两个所述上极板串联并连接高压试验变压
器。

以及根据以上试验装置的试验方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤S1:在所述溶液槽中注入甘油-水溶液;将高压电场腐蚀试样经AB胶封装处理后放
置于下极板的盘底上;

步骤S2:在所述高压电场腐蚀试样的待测区域以预设的规则滴加腐蚀液;

步骤S3:对所述上极板通电,观察所述高压电场腐蚀试样的待测区域的腐蚀状况。

优选地,通过调节所述高压试验变压器的输出电压,以及上极板和下极板的间距,
控制电场的强度;

通过所述甘油-水溶液中甘油相对含量调节相对湿度;

通过调节所述气流风扇的转速控制气流速率;

通过所述恒温加热垫控制温度并保持恒温。

本发明及其优选方案提供的装置设计方案制造简单、成本低廉,充分利用了电力
试验中能够接触到的常规构件,实现了设计目的并且具备优越的性能,提供了均匀的电场
分布和适合的试验平台。本实施例装置在上极板和下极板之间产生了足够均匀的电场,并
可以通过控制上极板和下极板的间距灵活调整电场强度;下极板的底盘作为试验平台,提
供了足够宽的操作空间,可以容易进行各种试验操作;同时具备温湿度控制、气流控制与高
压电场调节功能,通过温湿度控制可以稳定外部条件。通过安装气流风扇调节试样处气流
速率,使得不同试样拥有相同的气流速率,可以减少误差。通过采用均压环屏蔽电极圆盘、
导线管与保护电阻接线处等尖端的方式,使装置更加稳定运行,并大大提升了安全性,本发
明装置在750KV/m强度的电场环境中仍能够稳定、安全运行。通过设置的高压电极、均压环、
甘油水溶液、恒温加热垫、气流风扇等装置,可以精确模拟高压电场环境下关键导体金属的
腐蚀,且保证腐蚀试验安全稳定运行。在方法方面,采用局部区域精确滴加腐蚀液的方法,
而不采用盐雾试验的方式,以在精确控制外部条件下,实现干湿交替高压电场腐蚀,可以保
证整体装置长期稳定安全运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明:

图1是本发明实施例整体结构立体示意图;

图2是本发明实施例整体结构侧视示意图;

图3是本发明实施例保护电阻设置方式示意图;

图4是本发明实施例甘油-水溶液浓度与相对湿度关系曲线示意图;

图5中a、b、c分别是0KV/m、200KV/m和400KV/m条件下腐蚀30天的扫描电镜拍摄结果图;

图中:1-上极板;2-下极板;3-均压环(用于上下极板);4-无尘石棉扭绳;5-钢管;6-保
护电阻;61-均压环(用于保护电阻);7-导线;10-外部框架;11-气流风扇;12-网状支撑板;
13-溶液槽;14-恒温加热垫。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图,作详细说
明如下:

如图1、图2所示,本实施例装置包括:由绝缘板材亚克力板构成的外部框架10、设置在
外部框架10内的:形状尺寸相同的圆盘状的上极板1和下极板2;上极板1通过多根(至少需
要呈三角对称的三根,本实施例中采用四根)无尘石棉扭绳4悬挂在外部框架10内的上部;
外部框架10内的中部水平设置有网状支撑板12,下极板2设置在网状支撑板12上;网状支撑
板12的下部设置有溶液槽13,溶液槽13的下方设置有恒温加热垫14;网状支撑板12上设置
有气流风扇11。

其中,上极板1和下极板2的盘底为圆形平面,盘底的边沿以倒圆角过渡到盘(侧)
壁;上极板1和下极板2的材质为不锈钢。上极板1和下极板2的盘沿上各设置有一个均压环
3,均压环3为表面由铜箔或锡箔覆盖的圆环管;上极板1和下极板2的盘底平行且相对设置。
其中,上极板1通过多根(至少需要呈三角对称的三根,本实施例中采用四根)无尘石棉扭绳
4悬挂在外部框架10内的上部,且盘底朝下,通过高精度水准泡调平;下极板2放置在水平板
上,以保持水平状态,且底盘朝上。

如图1、图3所示,上极板1通过钢管5接保护电阻6,保护电阻6通过导线7(也可以通
过钢管5)连接高压试验变压器(高压发生器),保护电阻6的两端也设置有均压环61,下极板
2接地。

在高压条件下的试验,实验装置的安全设计尤为重要,高压处存在细微的泄漏电
流都会使控制系统出现10-20A以上的电流,长期运行过程中极易引起安全事故。在本实施
例提供的设计当中,由于不锈钢圆盘的盘口、锈钢盘与导线接线处以及保护电阻6与导线接
线处在缺乏精细加工的情况下不可避免地存在尖端等情况,而尖端容易产生泄漏电流。而
本实施例创造性地通过在不锈钢盘口增加均压环3,屏蔽尖端处,可以保证实验安全运行。
均压环3使实验装置中的尖端被屏蔽,提高了装置的安全性。

在本实施例中,悬挂上极板1的绝缘绳可以采用无尘石棉扭绳4。通过无尘石棉扭
绳4将上极板1悬挂于上方支架上,由于上下极板之间空气的相对介电常数为1.000585,采
用悬挂设计使电场不易被击穿。此时上极板1可以增加更高的电压,而不会被击穿。且通过
绝缘绳调节上极板1的高度,可以在不改变电压情况下调节电场强度,既方便又快捷。

保护电阻6采用高阻值水电阻,电阻中溶液为去离子水。阻值约为80KΩ。

每一组上极板1通过外裹有均圧管的粗导线连接,也能减少尖端的存在。更为直接
地,本实施例采用钢管5替换导线作为连接材料,由于导线很细,本身的直径就很小,就算是
一种尖端,故采用钢管5更具有安全性。

通过调节上下极板距离,改变外接变压器,就可以获得不同的高压。

在此基础上,通过改变极板上实验材料表面的液体,就可以模拟不同的腐蚀环境。
同时还可以将上极板1和下极板2有两组,两个上极板1串联并连接高压试验变压器,以取得
相同的高压输入,并使上极板1和下极板2的间距不同以获得不同的电势分布,互为对照组,
可以进行对应的对照试验。

此外,本实施例中,气流风扇11通过调节转速可以实现风速的变化,可以模拟高压
输变电环境的气流速率。

溶液槽13内可以装盛甘油-水溶液,甘油-水溶液通过甘油相对含量调节相对湿
度,其甘油含量与提供的相对湿度的关系如图4所示。

恒温加热垫14通过温度传感器实现恒温的功能,可以保证装置内部温度稳定。可
以模拟不同温度条件下的高压电场腐蚀情况。

由此构建的基本的试验方法主要包括以下步骤:

步骤S1:在溶液槽13中注入甘油-水溶液;将高压电场腐蚀试样经AB胶封装处理后放置
于下极板2的盘底上;

步骤S2:在高压电场腐蚀试样的待测区域以预设的规则滴加腐蚀液;

步骤S3:对上极板1通电,观察高压电场腐蚀试样的待测区域的腐蚀状况。

其中,通过调节高压试验变压器的输出电压,以及上极板1和下极板2的间距,控制
电场的强度;

通过甘油-水溶液中甘油相对含量调节相对湿度;

通过调节气流风扇11的转速控制气流速率;

通过恒温加热垫14控制温度并保持恒温。

通过本实施例装置及方法,进行具体试验的情况如下:

实例1:采用规格为20mm×20mm×2mm的5052铝合金作为腐蚀试样,将试样封装起来,只
有20mm×20mm表面裸露出来作为腐蚀区域。轻型变压器电压调至20KV,上下极板间距调节
至100mm和50mm。此时两电场强弱分别为200KV/m和400KV/m。将2×8个试样分别放置于两样
品台进行腐蚀。通过100μL移液枪精确滴加腐蚀液,并使腐蚀液均匀覆盖。12小时为一个周
期循环。腐蚀30天后,进行扫描电子显微镜测试。

如图5所示,在图a中,0KV/m电场强度下,铝合金表面出现有少数腐蚀氧化产物,基
体表面未出现裂痕。在图b中,200KV/m电场强度下,表面出现更加细密的腐蚀氧化产物,表
面出现许多裂痕。在图c中,400KV/m电场强度下,铝合金表面已经出现凹坑,部分区域呈现
出多孔状。可见电场条件对铝合金的腐蚀具有促进作用。

实例2:采用规格为30mm×30mm×2mm的碳钢作为腐蚀试样,将试样封装起来,只有
30mm×30mm表面裸露出来作为腐蚀区域。轻型变压器电压调至40KV,上下极板间距调节至
100mm和50mm。此时两电场强弱分别为400KV/m和800KV/m。将2×4个试样分别放置于两样品
台进行腐蚀。通过100μL移液枪精确滴加腐蚀...

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图1
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