表面电荷测量系统：揭示固-气界面电荷消散机理，助力高压绝缘技术发展

在高压直流气体绝缘设备中，固体绝缘介质表面电荷的积聚是影响系统绝缘性能的关键因素之一。电荷的堆积会导致固-气界面局部电场畸变，进而降低设备的绝缘强度与运行可靠性。为深入研究电荷在固-气界面的消散行为，北京华测试验仪器有限公司推出了一套精度高、全自动的表面电荷测量系统，为高压直流绝缘材料的研发与评估提供了强有力的实验工具与理论支撑。

系统研究意义

直流电场下，固体绝缘表面电荷的动态行为直接影响气体绝缘设备的长期稳定性和安全性。通过模拟实际工况下的电荷注入与消散过程，本系统可为绝缘材料选型、结构优化及绝缘性能评估提供关键数据，推动高压直流气体绝缘装置的技术进步与工程应用。

核心技术原理

该系统采用电晕充电法在试样表面形成初始电荷分布：针电极施加±30kV直流高压，板电极接地，通过软件有效调节针-样间距，实现可控的电荷注入。随后，系统利用静电探头扫描技术，结合精度高的二维运动平台，实现对试样表面电位分布的自动扫描与采集。探头信号经电荷放大器处理后，由12bit高分辨率示波器实时采集，并通过上位机进行数据处理与电荷密度反演，最终构建电荷消散的数学模型。

系统组成与技术优势

 • 高压真空试验腔：支持SF₆等多种绝缘气体环境，真空度达4×10⁴ Pa，最高承压1 MPa，腔内置二维扫描平台，实现全自动电荷分布测绘。

 • 双极性高压直流电源：输出电压高达±30kV，纹波电压低于0.1%，具备过压、短路等多重保护，支持本地与远程控制。

 • 精度高的测量单元：电荷测量仪带宽500MHz，采样率2.5GS/s，结合1TΩ高阻抗输入，确保信号采集的有效性与灵敏度。

 • 智能控制系统：内置工控机与步进电机控制器，集成电荷前置放大与运动控制于一体，实现从充电、扫描到数据分析的全流程自动化。

典型应用场景

 • 高压直流电缆附件、GIS/GIL设备中绝缘材料的表面电荷特性研究；

 • 新型绝缘材料的开发与性能评估；

 • 气体绝缘设备中固-气界面电荷积聚与消散机制的学术研究；

 • 绝缘结构在多种气压、气体环境下的电荷行为模拟。