本發明屬于脈沖功率技術領域，涉及一種用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯。

背景技術：

在常見的電容型脈沖功率驅動源中，同軸脈沖形成線是最常用的高壓儲能、脈沖整形單元部件。脈沖形成線廣泛使用變壓器油、甘油、去離子水、電容器油、蓖麻油、乙二醇等絕緣油填充來進行絕緣、儲能或脈沖整形。在脈沖形成線的設計過程中，需要根據絕緣油的油隙擊穿數據獲得絕緣油的擊穿場強，從而進行冗余安全設計。

一般采用標準油杯對絕緣油進行耐壓測試。參照圖1，目前市場上常用的絕緣油標準油杯采用陶瓷杯體1，杯體壁對應兩端安裝有銅電極3，銅電極3的導桿為光桿，需要用緊定螺釘4來對銅電極3進行固定。銅電極的直徑為25mm，電極間間距為2.5mm。通常耐壓測試油杯主要用于高壓、電力電氣等行業，在實驗時采用交流50/60Hz或者直流電壓對油杯電極間隙進行慢充電，從而獲得試驗油耐壓值。實驗一般在常壓環境下進行，且最高電壓一般不超過80～100kV。

與以上測試條件不同的是，目前脈沖形成線的充電時間一般為10～100us量級，電壓為幾百kV～MV，絕緣距離也遠大于2.5mm。

對于液體絕緣介質，擊穿電場強度的公式近似表示為：其中，E_br為擊穿場強，MV/cm；A為其電場與電極上最大電場的偏離不大于10％的那部分電極面積，cm²；t是有效時間，μs，定義為達到最大電場63％的時間，k為常數。由公式可以推知，絕緣油的油隙擊穿電壓與樣品的大小、電極間隙及充電方式(脈沖充電耐壓值更高)相關。當設計尺寸比測試樣品大好幾個量級時，其耐壓數據的偏差較大。現有耐壓測試油杯的電極盤直徑和油隙間距過小，測試獲得的擊穿電壓值過低，與形成線的實際尺寸或實際耐壓環境縮比太大，因此，現有耐壓測試油杯不能為大型高壓脈沖形成線的設計提供有效可靠的數據支持。

技術實現要素：

本發明解決的問題在于提供一種用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，該油杯可直接應用形成線提供的微秒級脈沖電壓進行試驗，電壓可達幾百kV。

本發明的技術解決方案是提供一種用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，包括陰極、陽極和腔體，其特別之處在于：

上述陰極和陽極的端面外徑均大于100mm；為了減弱電極端面外圓的電場增強，上述陰極端面和陽極端面均具有場強勻化環。

上述腔體為密封腔體，包括透明筒狀絕緣外罩、通過可拆卸方式設置在透明筒狀絕緣外罩兩端的陰極蓋板和陽極蓋板，上述陰極設置在陰極蓋板上；上述陽極設置在陽極蓋板上；上述油杯腔體上設有閥門。

優選的，上述陰極和陽極端面外徑與陰極和陽極之間的距離之比為10～20。

為了實現陰極和陽極良好的同軸，上述陰極具有陰極配合面和垂直定位環，上述陽極具有陽極配合面，上述陰極蓋板具有第一配合面和第二配合面，上述陽極蓋板具有第三配合面和第四配合面，上述透明筒狀絕緣外罩兩端的螺紋分別具有外罩配合面一和外罩配合面二；

上述陰極配合面和陰極蓋板的第一配合面同軸配合；上述陽極配合面和陽極蓋板的第三配合面同軸配合；上述外罩配合面一和外罩配合面二分別與陰極蓋板的第二配合面和陽極蓋板的第四配合面同軸配合。

為了調節兩個電極之間的距離，上述陽極蓋板和陽極之間還設置有可供陽極軸向移動的環形凹槽。

為了本發明油杯直接與驅動源的開關段電極連接，上述陽極與外界開關陽極的連接端設有電接觸銅極。

上述的電接觸銅極采用0.2～0.5mm厚的紫銅制成，端部為圓頂結構。

上述的陰極蓋板和陽極蓋板的材料為不銹鋼或其他導電材料。

為了便于組裝，上述陰極和陰極蓋板通過螺紋連接；所述陽極和陽極蓋板通過螺紋連接；所述陰極蓋板、陽極蓋板均通過螺紋與透明筒狀絕緣外罩連接；所述透明筒狀絕緣外罩的材料為有機玻璃。

本發明的有益效果是：

(1)本發明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，采用長間隙大面積電極，耐壓能力可高達600kV，從而可減小絕緣油的測試電壓與實際工作電壓的縮比，使耐壓測試數據更加可靠有效。

(2)本發明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，可以安裝到電容型脈沖功率驅動源的開關段進行實驗，由于其直接應用形成線充電的微秒級脈沖電壓進行實驗，因此得到的實驗結果對于驅動源的絕緣設計參考價值更高。

(3)本發明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，油杯為密封結構，油罩內外可承受壓差，可以對油杯抽真空再注入絕緣油，也可注入高壓氮氣等絕緣氣體，進行高壓氣體下的絕緣油耐壓測試。

(4)本發明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，陰極蓋板和陽極蓋板均采用金屬制作，其與驅動源的開關段電極相連接，可直接將脈沖電壓引入，省去了電壓引入的電線連接等環節。

(5)本發明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，陰極和陽極之間的距離易于調節，可進行不同尺寸的長間隙絕緣性能測試，將不同間隙下的實驗數據進行相互對比修正，以獲得更加準確的絕緣油耐壓值，該油杯電極間隙調節范圍為7～15mm。

(6)本發明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，在透明筒狀絕緣外罩兩端設計有外罩配合面，是為了實現陰極蓋板和陽極蓋板的高精度同軸，陰極通過陰極配合面與陰極蓋板實現同軸，陽極通過陽極配合面與陽極蓋板實現同軸，從而最終實現陰極與陽極的良好同軸，以避免陰極和陽極不同軸對電場分布的影響，確保耐壓測試結果的準確性。

(7)本發明提供的用于百千伏脈沖電壓的絕緣油試驗油杯，陽極與開關陽極板采用接觸式軟連接的方式，裝拆方便。

附圖說明

圖1為現有技術中常用標準油杯的結構示意圖；

圖2為本發明的結構示意圖；

圖3為本發明安裝到驅動源中開關段的結構示意圖；

圖4為本發明陰極與陰極蓋板配合面處的局部圖；

圖5為本發明陽極與陽極蓋板配合面處的局部圖；

圖6為本發明陰極蓋板與有機玻璃外罩配合面處的局部圖。

其中，1-陶瓷杯體，2-電極座，3-銅電極，4-緊定螺釘；5-陰極密封圈，6-陰極蓋板，7-外罩密封圈一，8-陰極，9-陽極，10-透明筒狀絕緣外罩，11-外罩密封圈二，12-陽極蓋板，13-下閥門，14-電接觸銅極，15-陽極密封圈，16-上閥門，17-形成線外筒，18-絕緣支撐板，19-開關段外筒，20-支撐板，21-傳輸線外筒，22-開關陰極，23-開關陽極；601-第一配合面，602-第二配合面；801-陰極配合面，802-垂直定位環，803-陰極端面，804-場強勻化環一；901-陽極配合面，902-陽極螺紋，903-陽極端面，904-場強勻化環二；1001-外罩配合面一，1002-外罩配合面二；1201-第三配合面，1202-環形凹槽，1203-第四配合面。

具體實施方式

下面結合附圖及具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明。

參見圖2，本發明油杯，包括陰極8、陽極9、透明筒狀絕緣外罩10、陰極蓋板6、陰極密封圈5、外罩密封圈一7、外罩密封圈二11、陽極蓋板12、陽極密封圈15、電接觸銅極14、上閥門16、下閥門13。透明筒狀絕緣外罩10為圓筒形，陰極蓋板6、有機玻璃外罩10和陽極蓋板12組成一個封閉油杯腔體，陰極蓋板6和陽極蓋板12通過螺紋固定在透明筒狀絕緣外罩10兩端，并在透明筒狀絕緣外罩10兩端分別通過外罩密封圈一7和外罩密封圈二11進行密封。陰極8與陰極蓋板6為螺紋連接，陽極9與陽極蓋板12為螺紋連接。陽極蓋板12上設有上閥門16和下閥門13，這兩個閥門的作用有兩點：一是可以用于絕緣油的注入和排出，二是可以對油杯進行抽真空或注入高壓氣體。

參照圖2，陽極9右端連接有電接觸銅極14，電接觸銅極14采用0.2～0.5mm厚的紫銅或其他良好導電材料制成，端部為圓頂結構，具有一定的彈性。

參照圖3，所述的油杯作為整體通過陰極蓋板6上的螺紋固定在外界開關陰極上，將形成線電壓引入。當脈沖功率驅動源的開關段外筒拆開時，油杯安裝在開關陰極上，陽極9為懸空；當開關段外筒與傳輸線部分閉合連接時，陽極9與開關陽極通過電接觸銅極14進行電連接，電接觸銅極14端部可被壓縮，與開關陽極為接觸式軟連接，從而方便開關段外筒的連接，并保證了陽極與開關陽極的良好電接觸。

具體地，參照圖2和圖4，陰極8與陰極蓋板6采用螺紋連接，而螺紋連接無法實現較高的同軸度，因此，陰極8上有陰極配合面801，其與陰極蓋板6上的第一配合面601通過高精度配合關系進行同軸配合，以實現陰極8與陰極蓋板6的良好同軸；兩配合面處用陰極密封圈5進行密封；陰極8為固定安裝，前后不可移動；陰極8上還設有垂直定位環802，其作用是為了確保陰極引桿與陰極蓋板6保持良好的垂直度，垂直定位環802與陰極蓋板6接觸的端面要平齊。

參照圖2和圖5，陽極9與陽極蓋板12亦采用螺紋連接，無法實現較高的同軸度。因此，陽極9上也設計有陽極配合面901，其與陽極蓋板12上的第三配合面1201通過高精度配合關系進行同軸配合，以實現陽極9與陽極蓋板12的良好同軸；兩配合面處用陽極密封圈15進行密封；陽極9可通過陽極螺紋902進行前后移動，調節兩電極間間距，該油杯中兩電極間距范圍為7～15mm；陽極蓋板12上有環形凹槽1202，以便給陽極9前后調節時留出移動空間。

陰極8和陽極9均為大面積電極，陰極端面803和陽極端面903外徑在100mm以上，屬于大面積電極。電極外徑與電極間距之比為10～20。陰極端面803上有場強勻化環一804，陽極端面903上有場強勻化環二904，以減弱電極端面的電場增強。

參照圖2和圖6，所述的陰極蓋板6和陽極蓋板12均通過螺紋固定在透明筒狀絕緣外罩10上，為了實現陰極蓋板6和陽極蓋板12的高精度同軸，透明筒狀絕緣外罩10兩端的螺紋分別帶有外罩配合面一1001和外罩配合面二1002，外罩配合面一1001與陰極蓋板6上的第二配合面602進行配合連接，外罩配合面二1002與陽極蓋板12上的第四配合面1203進行配合連接；此外，陰極8通過陰極配合面801與陰極蓋板6實現同軸，陽極9通過陽極配合面901與陽極蓋板12實現同軸，從而最終實現陰極8與陽極9的良好同軸；通過垂直定位環802確保陰極8的垂直度，通過較長的配合面來確保陽極9的垂直度，從而最終實現陰極端面803與陽極端面903的平行度。通過各級高精度配合面和垂直定位環，實現陰極端面和陽極端面的良好同軸和平行，以避免不同軸或不平行對電場分布的影響。

陰極蓋板6和陽極蓋板12的材料為不銹鋼或其他導電材料，即作為結構件與驅動源的開關段電極相連接，也作為電壓引入線直接將脈沖電壓引入，省去了電壓引入的電線連接等環節。