一種絕緣液體中電子遷移率的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于液體電介質(zhì)參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種絕緣液體中電子迀移率 的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣液體的電子迀移率是反映絕緣液體基本物理屬性的一個重要參數(shù)，該參數(shù)對 研究液體電介質(zhì)中電子的傳輸過程和擊穿機理都有著重要意義。
[0003] 目前針對液體電介質(zhì)中電子迀移率的測量方法，主要有兩種，一種是脈沖功率法， 即通過不同脈寬的脈沖電壓，施加在含有被測液體的小電極間隙，觀察臨界擊穿電壓，根據(jù) 施加電壓脈寬-臨界擊穿電壓曲線，得到電子渡越時間，由此計算電子迀移率。該方法對脈 寬要求嚴格，要求脈沖輸出低至o.iys，脈沖功率裝置復雜昂貴，且難以觀測小間隙 (0.05mm)下的擊穿現(xiàn)象。另一種是激發(fā)電流法，即利用光、射線、微波等方式激發(fā)被測液體， 產(chǎn)生過剩電子，通過過剩電子傳輸產(chǎn)生的瞬時電流信號得到電子渡越時間，計算電子迀移 率。該方法對液體的純凈程度要求高，如對于正己烷，要求其在300V/cm場強下，電阻率達 10 16-1017Ω · cm，微量的雜質(zhì)即可影響電流信號，甚至導致表征電子迀移的電流信號消失。 綜上可知，現(xiàn)有電子迀移率測試方法存在裝置復雜、難以觀察和對測試液體純凈程度要求 高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種絕緣液體中電子迀移率的測量方法，具體技術(shù)方案如下：
[0005] -種絕緣液體中電子迀移率的測量方法，采用多級雷電沖擊發(fā)生器，調(diào)整出輸出 電壓幅值在2.5kV~10kV的近似階躍電壓，施加不同幅值的階躍電壓，測量待測絕緣液體在 電極間的擊穿電壓和擊穿時延，通過分析擊穿電壓-擊穿時延曲線，計算出電子迀移率。
[0006] 具體為：
[0007] (1)采用基于Marx回路的多級雷電沖擊發(fā)生器，通過調(diào)整擊穿球隙有效間距和波 頭、波尾電阻阻值，獲得近似階躍電壓；
[0008] (2)將不同幅值的階躍電壓施加到電極之間，測量待測絕緣液體的擊穿電壓和擊 穿時延，每一絕緣液體取三組平行試樣分別測試;然后，以擊穿時延為橫坐標、擊穿電壓為 縱坐標作圖，得到三組擊穿電壓-擊穿時延曲線;對曲線結(jié)果進行匯總、擬合，計算得出集合 參數(shù)，推導出電子渡越時間，最后計算得到電子迀移率。
[0009] 更進一步地，具體步驟為：
[0010] (a)采用基于Marx回路的多級雷電沖擊發(fā)生器，調(diào)整隔離間隙、波頭電阻阻值和波 尾電阻阻值，使得空載條件下，三次重復輸出電壓幅值的波動不超過±10%;具體參數(shù)為： 輸出電壓幅值2.5kV~1 OkV，波前時間0.6ys，波尾時間大于1 OOys;
[0011] (b)將第一份待測絕緣液體試樣添加到測試腔體中，一端電極接地，另一端與高壓 輸出相接，調(diào)整黃銅電極間距為〇. 05 ± 0.01mm;
[0012] (c)施加電壓至出現(xiàn)截斷波形，記錄擊穿電壓仏、擊穿時延tf數(shù)值，每個電壓下重復 三次實驗，記錄Um、tf數(shù)值，數(shù)值最低的記為Us ;
[0013] (d)逐級提高施加電壓，得到不同的Um、tf數(shù)值，直到tKUis;
[0014] (e)步驟(c)和步驟(d)中獲得的全部Um、tf數(shù)值，記為待測絕緣液體的第一組數(shù)據(jù)；
[0015] (f)更換測試腔體中的黃銅電極和待測絕緣液體試樣，重復上述步驟(b)_步驟 (e)，直至得到待測絕緣液體試樣的三組平行數(shù)據(jù)；
[0016] (g)匯總得到的三組數(shù)據(jù)，以tf為橫坐標，Um為縱坐標繪制散點圖，采用公式（1)進 行數(shù)據(jù)相會.
[0017] ⑴
[0018] 其中，A、c為與待測液體屬性相關(guān)的常數(shù)；
[0019] (h)將擬合結(jié)果得到的A、c代入公式⑴中，進行固定A、c的約束條件下的擬合，獲 得步驟(f)所述三組平行數(shù)據(jù)中的to,對其求均值和標準差，得到渡越時間To,并記U C = A/ (Toc)；
[0020] (i)按照公式（2)計算待測絕緣液體中的電子迀移率μ，其中，d為電極間距，取為 0.05mm，
[0021] y = d2/UcgTo (2)。
[0022] 其中，所述絕緣液體包括正己烷、正庚烷或環(huán)己烷等純絕緣液體和各類絕緣設備 中采用的絕緣液體。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明方法所采用的電壓輸入裝置簡單，易于操作，發(fā)生擊 穿時可以呈現(xiàn)顯著的電壓截斷波形;且對測量液體的純凈度無特殊要求，可以廣泛適用于 工程絕緣液體的測試。
【附圖說明】
[0024] 圖1為多級雷電沖擊發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2為測試腔體示意圖；
[0026] 圖3為實施例1，施加電壓過程中出現(xiàn)的截斷波形圖；
[0027] 圖4為實施例1，步驟(g)中獲得的散點圖和擬合曲線；
[0028] 圖5為實施例1，第一組數(shù)據(jù)的散點圖和步驟(h)得到的擬合曲線；
[0029] 圖6為實施例1，第二組數(shù)據(jù)的散點圖和步驟(h)得到的擬合曲線；
[0030] 圖7為實施例1，第三組數(shù)據(jù)的散點圖和步驟(h)得到的擬合曲線。
【具體實施方式】
[0031] 本發(fā)明提供了一種絕緣液體電子迀移率的測量方法，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的 技術(shù)方案做進一步說明。
[0032] 實施例1
[0033] 測試絕緣液體正己烷(P.R.A Grade，CAS: 110-54-3)中的電子迀移率，其水分含量 為12 ± 2ppm。具體測試步驟：
[0034] (a)按照圖1中雷電沖擊發(fā)生器示意圖，調(diào)整隔離間隙、波頭電阻與波尾電阻，使得 空載條件下，三次重復輸出電壓幅值為2.5 ± 0.25kV;具體參數(shù)為:輸出電壓幅值2.5kV~ 1〇1^，波前時間0.6以8，波尾時間大于10(^8。
[0035] (b)以正己烷為測試對象，將測試絕緣液體添加到圖2測試腔體中，一端電極接地， 另一端與高壓輸出相接，調(diào)整電極間距為0.05±0.01mm。
[0036] (c)施加電壓至出現(xiàn)圖3中截斷波形，記錄擊穿電壓仏、擊穿時延tf數(shù)值，每個電壓 下重復三次擊穿實驗，記錄Um、tf數(shù)值，數(shù)值最低的記為Us。
[0037] (d)逐級提高施加電壓，得到不同的Um、tf數(shù)值，直到tKUis。
[0038] (e)步驟(