一種能產生模擬上行先導的弧形高壓電極的製作方法

2023-04-23 11:40:01 1

專利名稱：一種能產生模擬上行先導的弧形高壓電極的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，屬於雷電防護研究技術領域。
背景技術：
在科研人員研究雷擊地面物體的過程中，常需要進行模擬實驗，實驗中高壓電極會被施加極高的電壓來模擬雷電，場強極大。但傳統實驗採用的高壓電極卻因為電極幾何形狀的原因，在低壓側物體上感應的表面場強非常弱，達不到產生模擬上行先導的目的；而經改良的平板高壓電極(一種能產生模擬上行先導的高壓電扱，申請號201110304013. 4)，雖然能使在低壓側物體上感應的表面場強達到研究要求，但隨著高壓側和低壓側距離的增大，所需使用的平板電極自身尺寸也要相對增大，難以使用均壓環消除高壓電極自身的」邊沿效應」，令放電常發生在平板電極的邊沿。另外，由於放電路徑在板電極上位置的不確定性，以致於不利於觀測，所以必須在中間安裝棒電極，使放電路徑固定在棒電極的頭部，但 這種做法會使負極性流注較易發展起來，不利於上行先導的發展。因此需要一種高壓電極，能夠擁有平板高壓電極的優點，同時又能解決平板高壓電極的缺點，用以模擬雷電下上行先導的發展。傳統的繞擊模擬實驗領域，一般採用棒電極作為高壓電極。這種棒電極的幾何形狀使這種電極具有以下幾個缺點。I、棒電極棒身是裸露的，在施加負極性高壓時，放電路徑很可能從棒身起始，使放電路徑的起始位置不確定，難以觀測；2、由於棒電極自身的幾何形狀，縱使在電極施加極高的電壓，但空間的強電場區域仍基本集中在高壓棒電極的頭部周圍，低壓側物體的表面場強卻非常小，使上行先導的起始條件難以滿足；3、傳統棒電極直徑一般均在Im以下，難以模擬自然雷半徑達4m的電暈鞘。隨後為了解決棒電極自身的缺點，平板高壓電極(申請號201110304013. 4)被作為高壓電極使用，這種電極的幾何形狀雖然輕便以及能在低壓側物體表面產生較大的場強，但這種電極具有以下幾個技術缺點。I、該專利在高壓側與低壓側的距離較大時，所需使用的板電極尺寸較大，使用傳統的均壓方式(如均壓環、拋光等)難以消除其自身的邊沿效應，使放電常發生在板的邊沿。2、該專利較大的板電極雖使用蛛網形結構較為輕便和方便懸掛，但在長期使用後，板結構仍容易變形彎曲，而巨大的平板在加工時也較為困難。3、平板電極放電位置的不確定性，使得觀測較為困難，雖然該專利在平板電極上安裝棒電極來解決這ー問題，但棒電極的存在，使負極性流注的發展條件變得充分，從而使空間場強發生畸變，不利於上行先導的發展。綜上所述，現有的高壓電極形狀雖能滿足繞擊模擬實驗在某些方面的需求，但仍有著較大的改良空間。在雷電防護領域，迫切需要一種可以模擬雷電情況下上行先導起始及其發展特性的電極裝置。

發明內容
本發明的目的是提出一種能產生模擬上行先導的弧形高壓電扱，該電極結合傳統棒電極以及板電極的優點，並對板高壓電極(申請號201110304013. 4)的缺點進行改進，使之能夠模擬雷電下行先導對低壓側物體的影響，用於模擬雷電實驗中，在低壓側物體感應足夠強的電場，從而產生上行先導。
本發明提出的能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，包括均壓環、平面均壓網、弧形均壓網、多個徑向支撐杆、多個徑向弧形支撐杆、支撐環、中心支撐棒、中心固定板和球電極；所述的中心固定板固定在中心支撐棒的一端，中心支撐棒垂直於中心固定板，所述的球電極固定在中心支撐棒的另一端；所述的多個徑向支撐杆的一端分別固定在中心固定板上，多個徑向支撐杆之間通過多個成同心圓設置的支撐環相對固定，多個徑向支撐杆和多個成同心圓設置的支撐環組成平板狀支撐架；所述的多個徑向弧形支撐杆的一端與成同心圓設置的支撐環中直徑最大的支撐環相對固定；所述的均壓環由多個均壓管和多個均壓環支撐板組成，多個均壓管通過所述的均壓環支撐板固定成一個圓環狀的均壓環，均壓環通過均壓環支撐板固定在所述的多個弧形支撐杆的另一端；所述的平面均壓網平鋪在平板狀支撐架的下表面；所述的弧形均壓網平鋪在徑向弧形支撐杆的下表面。本發明提出的能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，可以滿足模擬自然雷中，下行先導對低壓側物體的影響，相對於已有技術，具有以下特點和優點I、本發明的弧形高壓電極中板部分的邊沿採用了圓弧設計，並安裝均壓環，相對已有技術，在避免高壓電極邊沿對導線放電時更具有優勢，使放電路徑不能從均壓網的邊沿起始，從而解決技術缺點I。均壓環由中空的鋼管彎曲而成，因此減輕了整體設備的重量。2、本發明的弧形高壓電極頭部捨棄了原來的棒電極，採用球電極，避免了在電極施加高壓時，在棒電極頭部產生負極性流注，使得上行先導的起始和發展更為有利，並解決了已有技術的平板電極放電位置的不確定性引起的觀測較為困難的問題。3、本發明的弧形高壓電極中，板電極部分採用了仿蜘蛛網設計，骨架的整體為放射狀，節省骨架的重量和材料的用量，同時具有較好的抗變形能力，因而降低了設備的成本。4、本發明優化設計的高壓電極，能夠在衝擊電壓下在低壓側導體表面產生類似自然雷擊情況下的電場，從而產生有效的上行先導。5、本發明的弧形高壓電極中的支撐棒用絕緣膠帶包裹，避免了放電時，放電路徑從棒身起始而造成的觀測上的困難。6、本發明的弧形高壓電極，因為板電極部分採用圓弧狀支撐架與均壓網組合的網格結構，整個高壓電極的總重量輕，方便懸掛，加工方便，同時避免自重令電極板部分自身彎曲，從而延長了設備的所用壽命。7、本發明的弧形高壓電極可以採用不鏽鋼製成，以保證長期戶外使用而不被鏽蝕。


圖I是本發明提出的能產生模擬上行先導的弧形高壓電極的立體圖(其中未示出均壓網)。圖2是本發明高壓電極中的橢球狀支撐架的結構示意圖。圖3是圖2的B — B示意圖。圖4是圖2的A — A示意圖。圖5是使用本發明的高壓電極進行繞擊模擬試驗的設備安置示意圖。圖6是使用本發明的高壓電極對低壓側導線表面場強影響的效果比較圖。圖7是使用不同半徑球電極的本發明的高壓電極時的空間場強分布比較圖。圖I 圖7中，I是均壓管，2是均壓環支撐板，3是徑向支撐杆，4是支撐環，5是中心支撐棒，6是中心固定板，7是平面均壓網，8是弧形均壓網，9是徑向弧形支撐杆，10是球電極，11是導線，12是衝擊發生器，型號為HRHG-SGSC-7200kV，13是同軸分流器，14是地表，15是光電傳輸裝置，16是終端。圖2、圖3和圖4中，Cl1是本發明高壓電極板狀部分的直徑，d2是均壓管的直徑，d3是均壓環的直徑，R是90度圓弧的半徑，R1是球電極的半徑。
具體實施例方式本發明提出的能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，其結構如圖I和圖2中所示，包括均壓環、平面均壓網7、弧形均壓網8、多個徑向支撐杆3、多個徑向弧形支撐杆9、支撐環4、中心支撐棒5、中心固定板6和球電極10。中心固定板6固定在中心支撐棒5的一端，中心支撐棒5垂直於中心固定板6。球電極10固定在中心支撐棒5的另一端。多個徑向支撐杆3的一端分別固定在中心固定板6上，多個徑向支撐杆之間通過多個成同心圓設置的支撐環4相對固定，多個徑向支撐杆3和多個成同心圓設置的支撐環4組成平板狀支撐架。 多個徑向弧形支撐杆9的一端與成同心圓設置的支撐環中直徑最大的支撐環4相對固定。均壓環由多個均壓管I和多個均壓環支撐板2組成，多個均壓管I通過所述的均壓環支撐板2固定成一個圓環狀的均壓環，均壓環通過均壓環支撐板2固定在所述的多個弧形支撐杆9的另一端，如圖3和圖4所示。平面均壓網7平鋪在平板狀支撐架的下表面。弧形均壓網8平鋪在多個徑向弧形支撐杆9的下表面。本發明的弧形高壓電極，如圖2、圖3和圖4所示，設Cl1是本發明高壓電極的板狀部分的直徑，d2是均壓管的直徑，d3是均壓環的直徑，R是90度圓弧的半徑，R1是球電極的半徑，則其比例可以為もd2 : d3 : R= (300 500) (5 30) : I (80 200)(I 5)。本發明提出的能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，其中的平面均壓網7外面接有弧形均壓網8，弧形均壓網8和徑向弧形支撐杆9往電極下方彎曲使電極成橢球狀，從而避免板電極邊沿對地表物放電。弧形均壓網8的邊沿採用不鏽鋼管彎曲，即均壓管1，組成板邊沿的均壓環。整體骨架採用與蜘蛛網相仿的放射狀結構，骨架形成後，在骨架下方鋪上平面均壓網7和弧形均壓網8，形成電極的板部分；蜘蛛網形骨架的中間有ー洞，洞內側有螺紋，以便在不同エ況下更換不同長度的中心支撐棒5。中心支撐棒5的根部帶有螺杆，以此將中心支撐棒5安裝至中心固定板6上，中心支撐棒整體包有絕緣膠帶，中心支撐棒部分採用DN50 (直徑60mm)的鍍鋅管加工製作，兩端焊接安裝螺栓，長度為0. 5_5m，中心支撐棒另ー側安裝球電極10，使負極性流注不容易起始，球電極10的大小可根據間隙的長度調節。
本發明提出的產生模擬上行先導的高壓電極，可以滿足模擬自然雷中，下行先導對低壓側物體的影響。圖5所示是使用本發明的弧形高壓電極進行繞擊模擬試驗的設備安置示意圖。其中衝擊發生器12 (本發明的一個實施例中使用的衝擊發生器的型號為HRHG-SGSC-7200kV)所產生的電壓由高壓引線(連接中心支撐棒5和衝擊發生器12的金屬線)施加至本發明的弧形高壓電極上，弧形高壓電極與導線11之間組成間隙，導線11末端經同軸分流器13接地。其中同軸分流器13用以測量導線11上產生的上行先導的電流，測得的信號經由光電傳輸裝置15傳回終端16 ;導線11末端接地則為上行先導提供一個電荷供給通道。圖6是使用本發明的高壓電極對低壓側導線表面場強影響的效果比較圖，從圖中，可以看見當本文發明的圓弧狀電極的外徑為8m時，產生的場強是棒電極所產生的場強的9倍，從而達到實驗所需求的電場強度。圖7是使用不同半徑球電極的本發明的高壓電極時的空間場強分布比較圖。從圖 中，可以看出當本文發明的電極中球電極部分半徑増大至30_時，球電極表面的場強即能減少至原來電場的1/3，從而讓實際使用時高壓電極側的場強不能達到負極性流注的起始場強，使得低壓側的上行先導發展條件更為充分。本發明的弧形高壓電極能使空間的場強更為均勻。因衝擊發生器12所能施加的電壓是有限的，而高壓電極(包括本發明和已有的棒電極)與低壓側物體的電壓差是空間場強的線積分，本發明電極能使空間的場強相對已有的棒電極變得更為均勻，因此可以使低壓側物體的表面場強提高，從而低壓側物體的表面場強更容易達到先導起始的臨界值，上行先導更易起始，仿真計算表明在相同空氣間隙結構下，本發明電極能使低壓側導線11的表面場強較已有的棒電極増大9倍，見圖6。中心固定板的中間設有支撐棒5，且裹上膠帶，是為了使放電路徑的起始位置集中在球電極10的頭部，方便觀測，也使得利用平面均壓網7和圓弧均壓網8來模擬電暈鞘這一功能得以實現；另外，這ー設計也能避免放電路徑從球電極10以外的部分起始，見圖7，球電極增大時，空間電場不會發生明顯改變，但可有效減低球側的場強。圓弧均壓網8和圓弧支撐杆9的存在使圓弧狀骨架得以往下彎曲，該結構與均壓環I部分共同用於減少圓弧均壓網8的邊沿效應所帶來的影響，避免放電路徑從圓弧均壓網8邊起始。為了仿真實際雷電通道的電暈鞘，所以圓弧均壓網8的外徑與電暈鞘的觀測直徑相約。通過仿真分析，支撐棒5太長時，平面均壓網7和圓弧均壓網8的作用會減少，而棒太短時，確定放電路徑起始位置的這一作用會不明顯。
權利要求
1.一種能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，其特徵在於該弧形高壓電極包括均壓環、平面均壓網、弧形均壓網、多個徑向支撐杆、多個徑向弧形支撐杆、支撐環、中心支撐棒、中心固定板和球電極；所述的中心固定板固定在中心支撐棒的一端，中心支撐棒垂直於中心固定板，所述的球電極固定在中心支撐棒的另一端；所述的多個徑向支撐杆的一端分別固定在中心固定板上，多個徑向支撐杆之間通過多個成同心圓設置的支撐環相對固定，多個徑向支撐杆和多個成同心圓設置的支撐環組成平板狀支撐架；所述的多個徑向弧形支撐杆的一端與成同心圓設置的支撐環中直徑最大的支撐環相對固定；所述的均壓環由多個均壓管和多個均壓環支撐板組成，多個均壓管通過所述的均壓環支撐板固定成一個圓環狀的均壓環，均壓環通過均壓環支撐板固定在所述的多個弧形支撐杆的另一端；所述的平面均壓網平鋪在平板狀支撐架的下表面；所述的弧形均壓網平鋪在徑向弧形支撐杆的下表面。
全文摘要
本發明涉及一種能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，屬於雷電防護研究技術領域。本發明的弧形高壓電極在已有技術的基礎上增加了弧形均壓網和球電極，其中球電極固定在中心支撐棒的一端；高壓電極的平面均壓網平鋪在平板狀支撐架的下表面，弧形均壓網平鋪在徑向弧形支撐杆的下表面。本發明提出的能產生模擬上行先導的弧形高壓電極，可以滿足模擬自然雷中，下行先導對低壓側物體的影響。而且本發明的高壓電極還具有整體設備的重量輕、成本低、使用壽命長等諸多優點。
文檔編號H01T19/00GK102761062SQ20121020434
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者何金良, 餘佔清, 莊池傑, 廖永力, 曾嶸, 李志釗, 高超 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 清華大學