專利名稱：一種能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，屬于雷電防護(hù)研究技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在科研人員研究雷擊地面物體的過程中，常需要進(jìn)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(tǒng)實驗采用的高壓電極卻因為電極幾何形狀的原因，在低壓側(cè)物體上感應(yīng)的表面場強非常弱，達(dá)不到產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的目的。因此需要一種電極能夠模擬雷電情況下在低壓側(cè)物體表面的強電場，從而產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)。傳統(tǒng)的繞擊模擬實驗領(lǐng)域，一般采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。1、棒電極棒身是裸露的，在施加負(fù)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、由于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(qū)域仍基本集中在高壓棒電極的頭部周圍，低壓側(cè)物體的表面場強卻非常小，使上行先導(dǎo)的起始條件難以滿足；3、傳統(tǒng)棒電極直徑一般均在Im以下，難以模擬自然雷半徑達(dá)^!的電暈鞘。以前研究者常用的一種繞擊模擬實驗的高壓電極為棒電極。電壓通過沖擊發(fā)生器產(chǎn)生后，經(jīng)高壓引線，施加到棒電極上。綜上所述，現(xiàn)有的高壓電極形狀不能滿足繞擊模擬實驗的需求。在雷電防護(hù)領(lǐng)域， 迫切需要一種可以模擬雷電情況下上行先導(dǎo)起始及其發(fā)展特性的電極裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，采用電磁場模擬技術(shù)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，同時考慮自然雷電的物理特性參數(shù)，使之能夠模擬雷電下行先導(dǎo)對低壓側(cè)物體的影響，用于在模擬雷電實驗中，在低壓側(cè)物體感應(yīng)足夠強的電場，從而產(chǎn)生上行先導(dǎo)。本發(fā)明提出的能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，包括均壓環(huán)、均壓網(wǎng)、平板狀支撐架和電極棒，所述的均壓網(wǎng)平鋪在平板狀支撐架的下表面，電極棒位于所述的平板狀支撐架的上表面，并固定在平板狀支撐架的中心固定板上，電極棒垂直于平板狀支撐架；所述的平板狀支撐架由中心固定板、多個徑向支撐桿、多個支撐環(huán)和多個均壓環(huán)支撐板組成，所述的均壓環(huán)位于均壓網(wǎng)的外圓周邊上，均壓環(huán)由多個均壓管組成，多個均壓管通過所述的均壓環(huán)支撐板固定成一個圓環(huán)狀的均壓環(huán)；所述的徑向支撐桿的一端與中心固定板相對固定，徑向支撐桿的另一端與均壓環(huán)支撐板相對固定；所述的支撐環(huán)固定在多個徑向支撐桿上。本發(fā)明提出的能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，可以滿足模擬自然雷中，下行先導(dǎo)對低壓側(cè)物體的影響，具有以下特點和優(yōu)點1、本發(fā)明優(yōu)化設(shè)計的高壓電極，能夠在沖擊電壓下在低壓側(cè)導(dǎo)體表面產(chǎn)生類似自然雷擊情況下的電場，從而產(chǎn)生有效的上行先導(dǎo)。
2、本發(fā)明的高壓電極因為板電極部分采用均壓網(wǎng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，高壓電極的總重量輕，方便懸掛，同時避免自重令電極板部分自身彎曲，從而延長了設(shè)備的所用壽命。3、本發(fā)明的高壓電極中板部分采用了仿蜘蛛網(wǎng)設(shè)計，骨架的整體為放射狀，節(jié)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(shè)備的成本。4、本發(fā)明的高壓電極中板部分的邊沿采用均壓環(huán)，可以避免高壓電極對導(dǎo)線放電時，放電路徑從均壓網(wǎng)的邊沿起始。均壓環(huán)因為不屬骨架部分，不用支撐均壓網(wǎng)和中心骨架的重量，所以由中空的鋼管彎曲而成，因此減輕了整體設(shè)備的重量。5、本發(fā)明的高壓電極中的電極棒在實用時可以用絕緣膠帶包裹，只露出頭部，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(fā)明的高壓電極采用不銹鋼制成，以保證長期戶外使用而不被銹蝕。


圖1是本發(fā)明提出的能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極的立體圖(其中未示出均壓網(wǎng))。圖2是本發(fā)明高壓電極中的平板狀支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的A-A示意圖。圖4是使用本發(fā)明的高壓電極對低壓側(cè)導(dǎo)線表面場強影響的效果比較圖。圖5使用本發(fā)明的高壓電極進(jìn)行繞擊模擬試驗的設(shè)備安置示意圖。圖1 圖5中，1是均壓管，2是均壓環(huán)支撐板，3是徑向支撐桿，4是支撐環(huán)，5是電極棒，6是中心固定板，7是均壓網(wǎng)，8是導(dǎo)線，9是沖擊發(fā)生器，型號為HRHG-SGSC-7200kV，10 是同軸分流器，11是地表。Cl1是本發(fā)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(huán)的直徑，其比例是=Cl1 d2 d3 = (300 500) (5 30) 1。
具體實施例方式本發(fā)明提出的能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2和圖3所示， 包括均壓環(huán)、均壓網(wǎng)7、平板狀支撐架和電極棒5。均壓網(wǎng)7平鋪在平板狀支撐架的下表面， 電極棒5位于平板狀支撐架的上表面，并固定在平板狀支撐架的中心固定板6上，電極棒5 垂直于平板狀支撐架。平板狀支撐架由中心固定板6、多個徑向支撐桿3、多個支撐環(huán)4和多個均壓環(huán)支撐板2組成。均壓環(huán)位于均壓網(wǎng)7的外圓周邊上，均壓環(huán)由多個均壓管1組成，多個均壓管1通過均壓環(huán)支撐板2固定成一個圓環(huán)狀的均壓環(huán)，如圖3所示。徑向支撐桿3的一端與中心固定板6相對固定，徑向支撐桿3的另一端與均壓環(huán)支撐板2相對固定。 支撐環(huán)4固定在多個徑向支撐桿3上。本發(fā)明的高壓電極中，高壓電極板狀部分的直徑Cl1、均壓管的直徑(12、均壓環(huán)的直徑(13之間的比例是=Cl1 d2 d3 = (300 500) (5 30) 1。本發(fā)明的一個實施例中，高壓電極板狀部分的直徑Cl1是Sm、均壓管的直徑d2是30cm、均壓環(huán)的直徑d3是2cm。本發(fā)明提出的能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，其中的均壓網(wǎng)7的邊沿采用不銹鋼管彎曲，即均壓管1，組成板邊沿的均壓環(huán)1。整體骨架采用與蜘蛛網(wǎng)相仿的放射狀結(jié)構(gòu)， 骨架形成后，在骨架下方鋪上均壓網(wǎng)7，形成電極的板部分；蜘蛛網(wǎng)形骨架的中間有一洞， 洞內(nèi)側(cè)有螺紋，以便在不同工況下更換不同長度的電極棒5。電極棒的根部帶有螺桿，以此將電極棒安裝至中心固定板6上，電極棒整體包有絕緣膠帶，只有頭部外露，棒部分采用 DN50(直徑60mm)的鍍鋅管加工制作，一端加工半球頭，一端焊接安裝螺栓，長度為0. 5_5m。本發(fā)明提出的產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，可以滿足模擬自然雷中，下行先導(dǎo)對低壓側(cè)物體的影響。相對于已有的棒電極把空間強電場區(qū)域集中在電極自身周圍，本發(fā)明電極能使空間的場強更為均勻。因沖擊發(fā)生器9所能施加的電壓是有限的，而高壓電極(包括本發(fā)明和已有的棒電極)與低壓側(cè)物體的電壓差是空間場強的線積分，本發(fā)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(cè)物體的表面場強提高，從而低壓側(cè)物體的表面場強更容易達(dá)到先導(dǎo)起始的臨界值，上行先導(dǎo)更易起始，仿真計算表明在相同空氣間隙結(jié)構(gòu)下，本發(fā)明電極能使低壓側(cè)導(dǎo)線8的表面場強較已有的棒電極增大9倍，見圖 4。中心固定板的中間設(shè)有電極棒5，且裹上膠帶，是為了使放電路徑的起始位置集中在電極棒5的頭部，方便觀測，也使得利用均壓網(wǎng)7來模擬電暈鞘這一功能得以實現(xiàn)；另外，這一設(shè)計也能避免放電路徑從電極棒5以外的部分起始。均壓網(wǎng)7周圍設(shè)有均壓環(huán)1部分是減少均壓網(wǎng)7的邊沿效應(yīng)所帶來的影響，避免放電路徑從均壓網(wǎng)7邊起始。為了仿真實際雷電通道的電暈鞘，所以均壓網(wǎng)7的直徑與電暈鞘的觀測直徑相約。通過仿真分析，電極棒5太長時，均壓網(wǎng)7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。圖5所示是使用本發(fā)明的高壓電極進(jìn)行繞擊模擬試驗的設(shè)備安置示意圖。沖擊發(fā)生器9(本發(fā)明的一個實施例中使用的沖擊發(fā)生器的型號為HRHG-SGSC-7200kV)所產(chǎn)生的電壓由高壓引線(連接電極棒5和沖擊發(fā)生器9的金屬線)施加至本發(fā)明高壓電極上，高壓電極與導(dǎo)線8之間組成間隙，導(dǎo)線8末端經(jīng)同軸分流器10接地。其中同軸分流器10用以測量導(dǎo)線8上產(chǎn)生的上行先導(dǎo)的電流，測得的信號經(jīng)由光電傳輸裝置12傳回終端13 ’導(dǎo)線8末端接地則為上行先導(dǎo)提供一個電荷供給通道。
權(quán)利要求
1. 一種能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，其特征在于該高壓電極包括均壓環(huán)、均壓網(wǎng)、 平板狀支撐架和電極棒，所述的均壓網(wǎng)平鋪在平板狀支撐架的下表面，電極棒位于所述的平板狀支撐架的上表面，并固定在平板狀支撐架的中心固定板上，電極棒垂直于平板狀支撐架；所述的平板狀支撐架由中心固定板、多個徑向支撐桿、多個支撐環(huán)和多個均壓環(huán)支撐板組成，所述的均壓環(huán)位于均壓網(wǎng)的外圓周邊上，均壓環(huán)由多個均壓管組成，多個均壓管通過所述的均壓環(huán)支撐板固定成一個圓環(huán)狀的均壓環(huán)；所述的徑向支撐桿的一端與中心固定板相對固定，徑向支撐桿的另一端與均壓環(huán)支撐板相對固定；所述的支撐環(huán)固定在多個徑向支撐桿上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能產(chǎn)生模擬上行先導(dǎo)的高壓電極，屬于雷電防護(hù)研究技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明高壓電極中，均壓網(wǎng)平鋪在平板狀支撐架的下表面，電極棒位于平板狀支撐架的上表面，并固定在平板狀支撐架的中心固定板上，電極棒垂直于平板狀支撐架。平板狀支撐架由中心固定板、多個徑向支撐桿、多個支撐環(huán)和多個均壓環(huán)支撐板組成。多個均壓管通過均壓環(huán)支撐板固定成一個圓環(huán)狀的均壓環(huán)，并位于均壓網(wǎng)的外圓周邊上。徑向支撐桿的一端與中心固定板相對固定，徑向支撐桿的另一端與均壓環(huán)支撐板相對固定；支撐環(huán)固定在多個徑向支撐桿上。本發(fā)明的高壓電極，可以滿足模擬自然雷中，下行先導(dǎo)對低壓側(cè)物體的影響，而且結(jié)構(gòu)合理、重量輕、成本低、使用壽命長。
文檔編號H01T19/00GK102437514SQ20111030401
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者何金良, 余占清, 莊池杰, 廖永力, 曾嶸, 李志釗, 高超 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)