專利名稱：一種能產生模擬上行先導的高壓電極的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能產生模擬上行先導的高壓電極，屬于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。但傳統實驗采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。因此需要一種電極能夠模擬雷電情況下在低壓側物體表面的強電場，從而產生模擬上行先導。傳統的繞擊模擬實驗領域，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^!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。電壓通過沖擊發生器產生后，經高壓引線，施加到棒電極上。綜上所述，現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高壓電極，采用電磁場模擬技術進行參數優化設計，同時考慮自然雷電的物理特性參數，使之能夠模擬雷電下行先導對低壓側物體的影響，用于在模擬雷電實驗中，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高壓電極，包括均壓環、均壓網、平板狀支撐架和電極棒，所述的均壓網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、多個支撐環和多個均壓環支撐板組成，所述的均壓環位于均壓網的外圓周邊上，均壓環由多個均壓管組成，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；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支撐板相對固定；所述的支撐環固定在多個徑向支撐桿上。本發明提出的能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，具有以下特點和優點1、本發明優化設計的高壓電極，能夠在沖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。
2、本發明的高壓電極因為板電極部分采用均壓網的網格結構，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，從而延長了設備的所用壽命。3、本發明的高壓電極中板部分采用了仿蜘蛛網設計，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、本發明的高壓電極中板部分的邊沿采用均壓環，可以避免高壓電極對導線放電時，放電路徑從均壓網的邊沿起始。均壓環因為不屬骨架部分，不用支撐均壓網和中心骨架的重量，所以由中空的鋼管彎曲而成，因此減輕了整體設備的重量。5、本發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是本發明提出的能產生模擬上行先導的高壓電極的立體圖(其中未示出均壓網)。圖2是本發明高壓電極中的平板狀支撐架的結構示意圖。圖3是圖2的A-A示意圖。圖4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5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1 圖5中，1是均壓管，2是均壓環支撐板，3是徑向支撐桿，4是支撐環，5是電極棒，6是中心固定板，7是均壓網，8是導線，9是沖擊發生器，型號為HRHG-SGSC-7200kV，10 是同軸分流器，11是地表。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，其比例是=Cl1 d2 d3 = (300 500) (5 30) 1。
具體實施例方式本發明提出的能產生模擬上行先導的高壓電極，其結構如圖1、圖2和圖3所示， 包括均壓環、均壓網7、平板狀支撐架和電極棒5。均壓網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4和多個均壓環支撐板2組成。均壓環位于均壓網7的外圓周邊上，均壓環由多個均壓管1組成，多個均壓管1通過均壓環支撐板2固定成一個圓環狀的均壓環，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的另一端與均壓環支撐板2相對固定。 支撐環4固定在多個徑向支撐桿3上。本發明的高壓電極中，高壓電極板狀部分的直徑Cl1、均壓管的直徑(12、均壓環的直徑(13之間的比例是=Cl1 d2 d3 = (300 500) (5 30) 1。本發明的一個實施例中，高壓電極板狀部分的直徑Cl1是Sm、均壓管的直徑d2是30cm、均壓環的直徑d3是2cm。本發明提出的能產生模擬上行先導的高壓電極，其中的均壓網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1。整體骨架采用與蜘蛛網相仿的放射狀結構， 骨架形成后，在骨架下方鋪上均壓網7，形成電極的板部分；蜘蛛網形骨架的中間有一洞， 洞內側有螺紋，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。相對于已有的棒電極把空間強電場區域集中在電極自身周圍，本發明電極能使空間的場強更為均勻。因沖擊發生器9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7來模擬電暈鞘這一功能得以實現；另外，這一設計也能避免放電路徑從電極棒5以外的部分起始。均壓網7周圍設有均壓環1部分是減少均壓網7的邊沿效應所帶來的影響，避免放電路徑從均壓網7邊起始。為了仿真實際雷電通道的電暈鞘，所以均壓網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所示是使用本發明的高壓電極進行繞擊模擬試驗的設備安置示意圖。沖擊發生器9(本發明的一個實施例中使用的沖擊發生器的型號為HRHG-SGSC-7200kV)所產生的電壓由高壓引線(連接電極棒5和沖擊發生器9的金屬線)施加至本發明高壓電極上，高壓電極與導線8之間組成間隙，導線8末端經同軸分流器10接地。其中同軸分流器10用以測量導線8上產生的上行先導的電流，測得的信號經由光電傳輸裝置12傳回終端13 ’導線8末端接地則為上行先導提供一個電荷供給通道。
權利要求
1. 一種能產生模擬上行先導的高壓電極，其特征在于該高壓電極包括均壓環、均壓網、 平板狀支撐架和電極棒，所述的均壓網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、多個支撐環和多個均壓環支撐板組成，所述的均壓環位于均壓網的外圓周邊上，均壓環由多個均壓管組成，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；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支撐板相對固定；所述的支撐環固定在多個徑向支撐桿上。
全文摘要
本發明涉及一種能產生模擬上行先導的高壓電極，屬于雷電防護研究技術領域。本發明高壓電極中，均壓網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、多個支撐環和多個均壓環支撐板組成。多個均壓管通過均壓環支撐板固定成一個圓環狀的均壓環，并位于均壓網的外圓周邊上。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支撐板相對固定；支撐環固定在多個徑向支撐桿上。本發明的高壓電極，可以滿足模擬自然雷中，下行先導對低壓側物體的影響，而且結構合理、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 優先權日2011年9月30日
發明者何金良, 余占清, 莊池杰, 廖永力, 曾嶸, 李志釗, 高超 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 清華大學