專利名稱：測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣強(qiáng)度的測試裝置及測試方法，尤其涉及一種應(yīng)力條件下的電氣強(qiáng)度的測試裝置及測試方法。
背景技術(shù)：
由于絕緣技術(shù)的要求，絕緣材料不僅要作為功能材料使用，需要具有優(yōu)異的絕緣性能，而且還要作為結(jié)構(gòu)材料使用，需要承載一定的外部載荷。例如高壓電塔上使用的絕緣子，不僅要起到高壓絕緣的作用，同時(shí)還需要承載高壓電纜的重力及其弧垂產(chǎn)生的拉應(yīng)力；高速列車絕緣車頂蓋，不僅要起到絕緣耐壓的作用，還需要承載由于列車高速運(yùn)行中空氣動力學(xué)產(chǎn)生的負(fù)壓，以及列車會車或進(jìn)入隧道時(shí)產(chǎn)生的氣體沖擊作用。已有研究表明，應(yīng)力會對材料絕緣性能產(chǎn)生影響，但是應(yīng)力對絕緣材料電氣強(qiáng)度的研究還鮮有報(bào)道。另外，當(dāng)絕緣構(gòu)件發(fā)生電擊穿后，會在電擊穿處產(chǎn)生裂紋和孔洞，這種缺陷會引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致絕緣材料的承載能力急劇下降。而作為構(gòu)件使用的絕緣材料，往往需要承載較大的外部載荷，當(dāng)電擊穿裂紋和孔洞形成之后，由于應(yīng)力集中的影響，裂紋會迅速不斷地?cái)U(kuò)展，甚至最終導(dǎo)致構(gòu)件的斷裂，從而產(chǎn)生嚴(yán)重絕緣事故。因此，研究電擊穿前及電擊穿后應(yīng)力對材料電氣絕緣強(qiáng)度的影響規(guī)律，對絕緣構(gòu)件的制備和使用具有極其重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、組裝操作方便、制造和測試成本均較低的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，還相應(yīng)提供一種利用該裝置測試應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的方法和測試電擊穿后材料承載能力的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，所述裝置包括用于封裝測試試樣的絕緣油桶、測試電極、電氣強(qiáng)度測試裝置和應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，所述測試電極安裝于測試試樣兩側(cè)并通過電極引線與所述電氣強(qiáng)度測試裝置相連，所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)包括一用于裝夾測試試樣的夾持裝置。上述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置中，優(yōu)選的，所述絕緣油桶上端開口， 下端采用柔性絕緣材料包覆(當(dāng)作壓縮測試時(shí)，將下端的柔性絕緣材料替換成剛性絕緣材料即可)。上述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置中，所述絕緣油桶的高度優(yōu)選等于或大于所述測試試樣的標(biāo)距長度Ltl (尤其是指在拉伸測試時(shí)，壓縮測試時(shí)無限制)，所述絕緣油桶的內(nèi)徑優(yōu)選取值大于15cm，以保證絕緣油桶內(nèi)部有足夠的空間。作為對上述各裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)包括應(yīng)力控制裝置和與應(yīng)力控制裝置連接的應(yīng)力施加裝置；所述絕緣油桶設(shè)置在應(yīng)力施加裝置的內(nèi)腔中；所述夾持裝置設(shè)于所述絕緣油桶中；所述夾持裝置包括上夾具和下夾具，上夾具連接到應(yīng)力施加裝置的頂部，下夾具透過所述絕緣油桶底部的開口連接到所述應(yīng)力施加裝置的底部。
上述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置中，所述測試電極優(yōu)選通過一絕緣夾具安裝于測試試樣兩側(cè)，該絕緣夾具不僅可以保證兩測試電極的對稱性，還可以使測試電極有效固定在測試點(diǎn)處不輕易發(fā)生移動。所述測試電極優(yōu)選包括球形電極或針-板電極； 所述球形電極的直徑優(yōu)選為IOmm 20mm。上述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置中，所述電氣強(qiáng)度測試裝置優(yōu)選包括變壓器和升壓控制顯示裝置，所述電極引線與所述變壓器相連，所述變壓器與所述升壓控制顯示裝置相連。作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種用上述的裝置測試應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的方法，包括以下步驟
(1)試樣安裝將測試試樣封裝于所述裝置的絕緣油桶中，并于該測試試樣兩側(cè)對稱安裝測試電極；
(2)系統(tǒng)連接使所述測試試樣裝夾于所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)上，并通過電極引線將所述測試電極連接于所述電氣強(qiáng)度測試裝置上，再往所述絕緣油桶中注滿絕緣油；
(3)加載啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，為所述測試試樣提供一載荷；
(4)升壓在所述載荷下，啟動電氣強(qiáng)度測試裝置，并設(shè)定該電氣強(qiáng)度測試裝置的升壓速率，隨著輸出電壓的不斷上升，記錄所述測試試樣在被擊穿時(shí)的電壓值，據(jù)此得到該測試試樣在所述載荷下的電氣強(qiáng)度。作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的裝置測試電擊穿后材料承載能力的方法，包括以下步驟
(1)試樣安裝將測試試樣封裝于所述裝置的絕緣油桶中，并于該測試試樣兩側(cè)對稱安裝測試電極；
(2)系統(tǒng)連接使所述測試試樣裝夾于所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)上，并通過電極引線將所述測試電極連接于所述電氣強(qiáng)度測試裝置上，再往所述絕緣油桶中注滿絕緣油；
(3)加載啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，為所述測試試樣提供一穩(wěn)定載荷；
(4)升壓在所述穩(wěn)定載荷下，啟動電氣強(qiáng)度測試裝置，并設(shè)定該電氣強(qiáng)度測試裝置的升壓速率，使輸出電壓不斷升高，直至測試試樣在該應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生電擊穿；
(5)測定若上述被電擊穿后的測試試樣發(fā)生斷裂，則此時(shí)測試試樣上施加的應(yīng)力值即為電擊穿后材料的承載能力；若上述被電擊穿后的測試試樣未發(fā)生斷裂，則調(diào)整所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)提供的載荷大小，并重復(fù)前述步驟(1) (5)，直至記錄到測試試樣被電擊穿后發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力值大小。上述的方法中，所述測試試樣優(yōu)選為絕緣結(jié)構(gòu)材料制作，所述測試試樣的厚度優(yōu)選在1. 5mm 4. 5mm,測試試樣的寬度(或直徑)優(yōu)選在40mm 60mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供了一種應(yīng)力條件下測試材料電氣強(qiáng)度的裝置及方法，本發(fā)明的方法能夠測定拉、壓等應(yīng)力作用下電介質(zhì)材料的電氣強(qiáng)度， 尤其適用于絕緣結(jié)構(gòu)材料(如玻璃鋼等)，通過采用本發(fā)明的方法和裝置有助于發(fā)現(xiàn)應(yīng)力對材料電氣絕緣強(qiáng)度的影響規(guī)律，從而指導(dǎo)絕緣構(gòu)件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，設(shè)計(jì)出具有合理應(yīng)力布局的絕緣構(gòu)件，減小應(yīng)力作用對絕緣性能的負(fù)面影響，提高絕緣構(gòu)件的相對電氣強(qiáng)度。為探索應(yīng)力對電介質(zhì)材料電氣強(qiáng)度的影響規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中測試試樣的試樣形狀圖(主視)。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中測試試樣的試樣形狀圖(側(cè)視)。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中的測試試樣在拉應(yīng)力σ >3 σ t/10時(shí)的試樣斷裂處照片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中測試試樣的試樣形狀主視圖(圖中虛線方向表示纖維取向，試樣兩端上下面為2mm厚的薄鋁板)。圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中測試試樣的試樣形狀俯視圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中絕緣夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例2中的測試試樣在拉應(yīng)力條件下測試電氣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)所測得的應(yīng)力-電氣強(qiáng)度曲線圖。圖9為本發(fā)明實(shí)施例4中測試試樣的試樣形狀主視圖(圖中虛線方向表示纖維取向，試樣兩端上下面為2mm厚的薄鋁板)。圖10為本發(fā)明實(shí)施例4中測試試樣的試樣形狀俯視圖。圖例說明
1、絕緣油桶；2、測試試樣；3、測試電極；31、電極引線；32、絕緣夾具；33、絕緣環(huán)氧板；34、球電極對；35、絕緣螺栓；4、電氣強(qiáng)度測試裝置；41、變壓器；42、升壓控制顯示裝置；5、應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)；51、夾持裝置；511、上夾具；512、下夾具；52、應(yīng)力控制裝置；53、應(yīng)力施加裝置。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1
一種如圖1所示的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，該裝置可用于在拉伸條件下測試材料的電氣強(qiáng)度，該裝置包括用于封裝測試試樣2的絕緣油桶1、測試電極3、電氣強(qiáng)度測試裝置4和應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5，測試電極3安裝于測試試樣2兩側(cè)并通過電極引線31與電氣強(qiáng)度測試裝置4相連，應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5包括一用于裝夾測試試樣2的夾持裝置51。本實(shí)施例中，絕緣油桶1上端開口，下端采用柔性絕緣材料包覆，該柔性絕緣材料為不與絕緣油桶1內(nèi)的絕緣油發(fā)生反應(yīng)的塑料薄膜(注意勿使用易于被油類硫化的橡膠薄膜)。該柔性絕緣材料被裁剪成合適大小，其外緣與絕緣油桶1側(cè)壁底部通過密封材料密封連接，其中央開有小口，并可通過密封材料把待測試試樣密封連接于該開口處。絕緣油桶1 的側(cè)壁使用剛性絕緣材料制備，其高度與擬進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的測試試樣標(biāo)距長度相同，絕緣油桶1的內(nèi)徑取值應(yīng)大于15cm，本實(shí)施例中絕緣油桶的直徑為25cm，以保證絕緣油桶1內(nèi)部有足夠的空間，便于測試試樣2、測試電極3等構(gòu)件的安裝和布設(shè)。本實(shí)施例中，測試電極3安裝于絕緣夾具32上，如圖7所示，絕緣夾具32主要由兩塊平行的絕緣環(huán)氧板33組成，兩塊絕緣環(huán)氧板33通過兩側(cè)的絕緣螺栓35緊固，絕緣環(huán)氧板33之間通過球電極對34夾持住中間的測試試樣2。本實(shí)施例的絕緣夾具32不僅可以保證兩測試電極3的對稱性，還可以使測試電極3固定在測試點(diǎn)處不發(fā)生移動。本實(shí)施例中，絕緣耐壓測試采用球形電極，本實(shí)施例中球形電極的直徑為IOmm 20mm，本實(shí)施例中CN 102435925 A
說明書
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采用直徑為IOmm (IOmm 20mm均可)的球電極進(jìn)行測試。本實(shí)施例中，應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5主要是由一多傳感器電子萬能試驗(yàn)機(jī)(型號 WDW-100，長春試驗(yàn)機(jī)廠制造)充當(dāng)(但并不限于多傳感器電子萬能試驗(yàn)機(jī)，現(xiàn)有其他能提供拉壓載荷的裝置均可)，其包括應(yīng)力控制裝置52和與應(yīng)力控制裝置52連接的應(yīng)力施加裝置 53 ；絕緣油桶1設(shè)置在應(yīng)力施加裝置53的內(nèi)腔中，其中心線與夾持裝置51的中心線重合； 夾持裝置51設(shè)于絕緣油桶1中；夾持裝置51包括上夾具511和下夾具512，上夾具511連接到應(yīng)力施加裝置53的頂部，下夾具512透過絕緣油桶1底部的開口連接到應(yīng)力施加裝置 53的底部。本實(shí)施例中，電氣強(qiáng)度測試裝置4主要由一 HT-50電氣強(qiáng)度測試儀充當(dāng)，其包括變壓器41和升壓控制顯示裝置42，電極引線31與變壓器41相連，變壓器41與升壓控制顯示裝置42相連。實(shí)施例2
一種用實(shí)施例1的裝置測試應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的方法，包括以下步驟
(1)試樣安裝制備形狀如圖2、圖3所示的丙烯酸類不飽和聚酯樹脂9001澆鑄體拉伸測試試樣數(shù)個(gè)(試樣尺寸必須既需要滿足拉伸或壓縮測試的要求，又需要滿足絕緣耐壓測試的要求，其尺寸為:L=220mm ；L0=90 ^1=IOO ；L3= 140mm ；b=40 ^=60 ；厚度 d 為 2mm)；將測試試樣2封裝于上述裝置的絕緣油桶1中，并于該測試試樣2兩側(cè)對稱安裝測試電極3 ；絕緣油桶1則裝夾在應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5的夾持裝置51上；
(2)系統(tǒng)連接將測試試樣2裝夾于夾持裝置51上，用密封膠將夾持裝置51的下夾具 512與絕緣油桶1底部可靠的密封連接起來，夾持裝置51的上夾具511連接于上述應(yīng)力施加裝置53的頂部，使測試試樣2裝夾于應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5上；與此同時(shí)，測試電極3則通過絕緣夾具安裝在測試點(diǎn)處，測試電極3通過電極引線31將測試電極3連接于電氣強(qiáng)度測試裝置4的變壓器41的電壓輸出端上，再往絕緣油桶1中注滿變壓器油(或其他絕緣油)直至油液面高出測試電極3的5cm IOcm處；
(3)加載啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5，設(shè)定其控制方式為“負(fù)荷控制”，為測試試樣2提供一穩(wěn)定的拉力載荷σ t，確定應(yīng)力條件，分別選取σ t/10、2 σ t/10、3 σ t/10、4 σ t/10、5 σ t/10為電氣強(qiáng)度測試時(shí)測試試樣2所受的拉應(yīng)力大??；
(4)升壓在上述各個(gè)不同的穩(wěn)定載荷下，啟動電氣強(qiáng)度測試裝置4，并設(shè)定該電氣強(qiáng)度測試裝置4的升壓速率為200v/s，隨著輸出電壓的不斷上升，記錄各個(gè)測試試樣2在被擊穿時(shí)的電壓值，更換測試試樣，每個(gè)應(yīng)力點(diǎn)測試5次；測試完一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)后，重復(fù)上述步驟 (1) (4)，重新設(shè)定應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5的拉伸應(yīng)力參數(shù)，測試下一應(yīng)力點(diǎn)條件下材料的電氣強(qiáng)度；據(jù)此得到本實(shí)施例的測試試樣2在不同載荷下的電氣強(qiáng)度。將上述方法測得的測試試樣2在不同載荷下的電氣強(qiáng)度繪制成應(yīng)力-電氣強(qiáng)度曲線，如圖8所示，分析應(yīng)力對該測試試樣電氣強(qiáng)度的影響規(guī)律，并記錄該測試試樣電擊穿后產(chǎn)生斷裂時(shí)的應(yīng)力值，該應(yīng)力值即反映了 9001不飽和聚酯樹脂電擊穿后的承載能力(9001 不飽和聚酯樹脂澆鑄體應(yīng)力條件下電擊穿后產(chǎn)生斷裂，主要是因?yàn)樵趽舸c(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中所致，參見圖4)。通過上述的本實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉應(yīng)力σ >3ot/10時(shí)，測試試樣電擊穿后會產(chǎn)生斷裂，故本實(shí)施例測試的9001不飽和聚酯樹脂電擊穿后的承載能力僅為其電擊穿前的30%。
實(shí)施例3
一種用實(shí)施例1的裝置測試應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的方法，包括以下步驟
(1)試樣安裝制備形狀如圖5、圖6所示的單向玻璃纖維增強(qiáng)丙烯酸類不飽和聚酯樹脂9001復(fù)合材料縱向拉伸測試試樣數(shù)個(gè)(其尺寸如圖5、圖6所示L=400mm ；L0=240mm ； L2=280mm ；b=40mm ；d=3mm);將測試試樣2封裝于上述裝置的絕緣油桶1中，并于該測試試樣 2兩側(cè)對稱安裝測試電極3 ；絕緣油桶1則裝夾在應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5的夾持裝置51上；
(2)系統(tǒng)連接將測試試樣2裝夾于夾持裝置51上，用密封膠將夾持裝置51的下夾具 512與絕緣油桶1底部可靠的密封連接起來，夾持裝置51的上夾具511連接于上述應(yīng)力施加裝置53的頂部，使測試試樣2裝夾于應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5上；與此同時(shí)，測試電極3則通過絕緣夾具安裝在測試點(diǎn)處，測試電極3通過電極引線31將測試電極3連接于電氣強(qiáng)度測試裝置4的變壓器41的電壓輸出端上，再往絕緣油桶1中注滿變壓器油直至油液面高出測試電極3的5cm IOcm處；
(3)加載啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5，設(shè)定其控制方式為“負(fù)荷控制”，為測試試樣2提供一穩(wěn)定的的拉力及縱向拉伸強(qiáng)度Qt，并設(shè)定負(fù)荷目標(biāo)值并確定應(yīng)力條件，分別選取ot/10、 2 σ t/10、3 σ t/10、4 σ t/10、5 σ t/10、6 σ t/10為電氣強(qiáng)度測試時(shí)測試試樣2所受的拉應(yīng)力大?。?br> (4)升壓在上述各個(gè)不同的穩(wěn)定載荷下，啟動電氣強(qiáng)度測試裝置4，并設(shè)定該電氣強(qiáng)度測試裝置4的升壓速率為200v/s，隨著輸出電壓的不斷上升，記錄各個(gè)測試試樣2在被擊穿時(shí)的電壓值，更換測試試樣，每個(gè)應(yīng)力點(diǎn)測試5次；測試完一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)后，重復(fù)上述步驟 (1) (4)，重新設(shè)定應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5的拉伸應(yīng)力參數(shù)，測試下一應(yīng)力點(diǎn)條件下材料的電氣強(qiáng)度；據(jù)此得到本實(shí)施例的測試試樣2在不同載荷下的電氣強(qiáng)度。將上述方法測得的測試試樣2在不同載荷下的電氣強(qiáng)度繪制成應(yīng)力-電氣強(qiáng)度曲線，分析應(yīng)力對該測試試樣電氣強(qiáng)度的影響規(guī)律(通過本實(shí)施例后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)縱向拉應(yīng)力為 6 σ t/10時(shí)，測試試樣的電氣強(qiáng)度下降了 22. 6%)，并記錄該測試試樣電擊穿后產(chǎn)生斷裂時(shí)的應(yīng)力值，該應(yīng)力值即反映了單向玻璃纖維增強(qiáng)9001不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料在縱向拉應(yīng)力條件下電擊穿后的承載能力(應(yīng)力條件下電擊穿后產(chǎn)生斷裂，主要是因?yàn)樵趽舸c(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中所致)。通過上述的本實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉應(yīng)力σ >5ot/10時(shí)，測試試樣電擊穿后會產(chǎn)生斷裂，故本實(shí)施例測試的單向玻璃纖維增強(qiáng)9001不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料電擊穿后的縱向承載能力為其電擊穿前的50%。實(shí)施例4
一種用實(shí)施例1的裝置測試應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的方法，包括以下步驟
(1)試樣安裝制備形狀如圖9、圖10所示的單向玻璃纖維增強(qiáng)丙烯酸類不飽和聚酯樹脂9001復(fù)合材料橫向拉伸測試試樣數(shù)個(gè)(其尺寸如圖9、圖10所示L=400mm ；L0=240mm ； L2=280mm ；b=40mm ；d=3mm);將測試試樣2封裝于上述裝置的絕緣油桶1中，并于該測試試樣 2兩側(cè)對稱安裝測試電極3 ；絕緣油桶1則裝夾在應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5的夾持裝置51上；
(2)系統(tǒng)連接將測試試樣2裝夾于夾持裝置51上，用密封膠將夾持裝置51的下夾具 512與絕緣油桶1底部可靠的密封連接起來，夾持裝置51的上夾具511連接于上述應(yīng)力施加裝置53的頂部，使測試試樣2裝夾于應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5上；與此同時(shí)，測試電極3則通過絕緣夾具安裝在測試點(diǎn)處，測試電極3通過電極引線31將測試電極3連接于電氣強(qiáng)度測試裝置4的變壓器41的電壓輸出端上，再往絕緣油桶1中注滿變壓器油直至油液面高出測試電極3的5cm IOcm處；
(3)加載啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5，設(shè)定其控制方式為“負(fù)荷控制”，為測試試樣2提供一穩(wěn)定的的拉力及縱向拉伸強(qiáng)度Qt，并設(shè)定負(fù)荷目標(biāo)值并確定應(yīng)力條件，分別選取ot/10、 2 σ t/10、3 σ t/10、4 σ t/10、5 σ t/10、6 σ t/10為電氣強(qiáng)度測試時(shí)測試試樣2所受的拉應(yīng)力大
(4)升壓在上述各個(gè)不同的穩(wěn)定載荷下，啟動電氣強(qiáng)度測試裝置4，并設(shè)定該電氣強(qiáng)度測試裝置4的升壓速率為200v/s，隨著輸出電壓的不斷上升，記錄各個(gè)測試試樣2在被擊穿時(shí)的電壓值，更換測試試樣，每個(gè)應(yīng)力點(diǎn)測試5次；測試完一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)后，重復(fù)上述步驟 (1) (4)，重新設(shè)定應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)5的拉伸應(yīng)力參數(shù)，測試下一應(yīng)力點(diǎn)條件下材料的電氣強(qiáng)度；據(jù)此得到本實(shí)施例的測試試樣2在不同載荷下的電氣強(qiáng)度。 將上述方法測得的測試試樣2在不同載荷下的電氣強(qiáng)度繪制成應(yīng)力-電氣強(qiáng)度曲線，分析應(yīng)力對該測試試樣電氣強(qiáng)度的影響規(guī)律(通過本實(shí)施例后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)縱向拉應(yīng)力為 6 σ t/10時(shí)，測試試樣的電氣強(qiáng)度下降了 14. 6%)，并記錄該測試試樣電擊穿后產(chǎn)生斷裂時(shí)的應(yīng)力值，該應(yīng)力值即反映了單向玻璃纖維增強(qiáng)9001不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料在橫向拉應(yīng)力條件下電擊穿后的承載能力(應(yīng)力條件下電擊穿后產(chǎn)生斷裂，主要是因?yàn)樵趽舸c(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中所致)。通過上述的本實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉應(yīng)力σ < 6 σ t/10時(shí)試樣電擊穿都不會產(chǎn)生斷裂，故本實(shí)施例中測試的單向玻璃纖維增強(qiáng)9001不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料電擊穿后的橫向承載能力超過其電擊穿前的60%。
權(quán)利要求
1.一種測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，其特征在于所述裝置包括用于封裝測試試樣的絕緣油桶、測試電極、電氣強(qiáng)度測試裝置和應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，所述測試電極安裝于測試試樣兩側(cè)并通過電極引線與所述電氣強(qiáng)度測試裝置相連，所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)包括一用于裝夾測試試樣的夾持裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，其特征在于所述絕緣油桶上端開口，下端采用柔性絕緣材料包覆。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，其特征在于所述絕緣油桶的高度大于所述測試試樣的標(biāo)距長度，所述絕緣油桶的內(nèi)徑取值大于15cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，其特征在于 所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)包括應(yīng)力控制裝置和與應(yīng)力控制裝置連接的應(yīng)力施加裝置；所述絕緣油桶設(shè)置在應(yīng)力施加裝置的內(nèi)腔中；所述夾持裝置設(shè)于所述絕緣油桶中；所述夾持裝置包括上夾具和下夾具，上夾具連接到應(yīng)力施加裝置的頂部，下夾具透過所述絕緣油桶底部的開口連接到所述應(yīng)力施加裝置的底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，其特征在于 所述測試電極通過一絕緣夾具安裝于測試試樣兩側(cè)；絕緣夾具主要由兩塊平行的絕緣環(huán)氧板組成，兩塊絕緣環(huán)氧板通過兩側(cè)的絕緣螺栓緊固，絕緣環(huán)氧板內(nèi)側(cè)安裝固定有夾持住測試試樣的球形電極或針-板電極對；所述球形電極的直徑為IOmm 20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置，其特征在于所述電氣強(qiáng)度測試裝置包括變壓器和升壓控制顯示裝置，所述電極引線與所述變壓器相連，所述變壓器與所述升壓控制顯示裝置相連。
7.一種用權(quán)利要求1所述的裝置測試應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的方法，包括以下步驟(1)試樣安裝將測試試樣封裝于所述裝置的絕緣油桶中，并于該測試試樣兩側(cè)對稱安裝測試電極；(2 )系統(tǒng)連接使所述測試試樣裝夾于所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)上，并通過電極引線將所述測試電極連接于所述電氣強(qiáng)度測試裝置上，再往所述絕緣油桶中注滿絕緣油；(3)加載啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，為所述測試試樣提供一載荷；(4)升壓在所述載荷下，啟動電氣強(qiáng)度測試裝置，并設(shè)定該電氣強(qiáng)度測試裝置的升壓速率，隨著輸出電壓的不斷上升，記錄所述測試試樣在被擊穿時(shí)的電壓值，據(jù)此得到該測試試樣在所述載荷下的電氣強(qiáng)度。
8.一種用權(quán)利要求1所述的裝置測試電擊穿后材料承載能力的方法，包括以下步驟(1)試樣安裝將測試試樣封裝于所述裝置的絕緣油桶中，并于該測試試樣兩側(cè)對稱安裝測試電極；(2)系統(tǒng)連接使所述測試試樣裝夾于所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)上，并通過電極引線將所述測試電極連接于所述電氣強(qiáng)度測試裝置上，再往所述絕緣油桶中注滿絕緣油；(3)加載啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，為所述測試試樣提供一穩(wěn)定載荷；(4)升壓在所述穩(wěn)定載荷下，啟動電氣強(qiáng)度測試裝置，并設(shè)定該電氣強(qiáng)度測試裝置的升壓速率，使輸出電壓不斷升高，直至測試試樣在該應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生電擊穿；(5)測定若上述被電擊穿后的測試試樣發(fā)生斷裂，則此時(shí)測試試樣上施加的應(yīng)力值即為電擊穿后材料的承載能力；若上述被電擊穿后的測試試樣未發(fā)生斷裂，則調(diào)整所述應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)提供的載荷大小，并重復(fù)前述步驟(1) (5)，直至記錄到測試試樣被電擊穿后發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力值大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于所述測試試樣為絕緣結(jié)構(gòu)材料制作， 所述測試試樣的厚度在1. 5mm 4. 5mm，測試試樣的寬度在40mm 60mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定應(yīng)力條件下材料電氣強(qiáng)度的裝置及測試方法，該裝置包括用于封裝測試試樣的絕緣油桶、測試電極、電氣強(qiáng)度測試裝置和應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，測試電極安裝于測試試樣兩側(cè)并通過電極引線與所述電氣強(qiáng)度測試裝置相連，應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)包括一用于裝夾測試試樣的夾持裝置。本發(fā)明的測試方法包括以下步驟先將試樣封裝于絕緣油桶中，并安裝測試電極；然后使試樣裝夾于應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)上并連接電氣強(qiáng)度測試裝置，再注滿絕緣油；啟動應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)提供一載荷；再啟動電氣強(qiáng)度測試裝置，隨著輸出電壓的上升記錄測試試樣在被擊穿時(shí)的電壓值，得到試樣的電氣強(qiáng)度。本發(fā)明的測試裝置結(jié)構(gòu)簡單、組裝操作方便，測試方法簡便，測試成本均較低，測試結(jié)果準(zhǔn)確。
文檔編號G01R31/12GK102435925SQ20111037082
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者于濤, 劉鈞, 田芳, 羅贊才, 肖加余, 譚艷, 邢素麗, 鄔志華 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 株洲電力機(jī)車廣緣科技有限責(zé)任公司