专利名称：一种能产生模拟上行先导的弧形高压电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能产生模拟上行先导的弧形高压电极，属于雷电防护研究技术领域。
背景技术：
在科研人员研究雷击地面物体的过程中，常需要进行模拟实验，实验中高压电极会被施加极高的电压来模拟雷电，场强极大。但传统实验采用的高压电极却因为电极几何形状的原因，在低压侧物体上感应的表面场强非常弱，达不到产生模拟上行先导的目的；而经改良的平板高压电极(一种能产生模拟上行先导的高压电扱，申请号201110304013. 4)，虽然能使在低压侧物体上感应的表面场强达到研究要求，但随着高压侧和低压侧距离的增大，所需使用的平板电极自身尺寸也要相对增大，难以使用均压环消除高压电极自身的”边沿效应”，令放电常发生在平板电极的边沿。另外，由于放电路径在板电极上位置的不确定性，以致于不利于观测，所以必须在中间安装棒电极，使放电路径固定在棒电极的头部，但 这种做法会使负极性流注较易发展起来，不利于上行先导的发展。因此需要一种高压电极，能够拥有平板高压电极的优点，同时又能解决平板高压电极的缺点，用以模拟雷电下上行先导的发展。传统的绕击模拟实验领域，一般采用棒电极作为高压电极。这种棒电极的几何形状使这种电极具有以下几个缺点。I、棒电极棒身是裸露的，在施加负极性高压时，放电路径很可能从棒身起始，使放电路径的起始位置不确定，难以观测；2、由于棒电极自身的几何形状，纵使在电极施加极高的电压，但空间的强电场区域仍基本集中在高压棒电极的头部周围，低压侧物体的表面场强却非常小，使上行先导的起始条件难以满足；3、传统棒电极直径一般均在Im以下，难以模拟自然雷半径达4m的电晕鞘。随后为了解决棒电极自身的缺点，平板高压电极(申请号201110304013. 4)被作为高压电极使用，这种电极的几何形状虽然轻便以及能在低压侧物体表面产生较大的场強，但这种电极具有以下几个技术缺点。I、该专利在高压侧与低压侧的距离较大时，所需使用的板电极尺寸较大，使用传统的均压方式(如均压环、抛光等)难以消除其自身的边沿效应，使放电常发生在板的边沿。2、该专利较大的板电极虽使用蛛网形结构较为轻便和方便悬挂，但在长期使用后，板结构仍容易变形弯曲，而巨大的平板在加工时也较为困难。3、平板电极放电位置的不确定性，使得观测较为困难，虽然该专利在平板电极上安装棒电极来解决这ー问题，但棒电极的存在，使负极性流注的发展条件变得充分，从而使空间场强发生畸变，不利于上行先导的发展。综上所述，现有的高压电极形状虽能满足绕击模拟实验在某些方面的需求，但仍有着较大的改良空间。在雷电防护领域，迫切需要一种可以模拟雷电情况下上行先导起始及其发展特性的电极装置。
发明内容
本发明的目的是提出一种能产生模拟上行先导的弧形高压电扱，该电极结合传统棒电极以及板电极的优点，并对板高压电极(申请号201110304013. 4)的缺点进行改进，使之能够模拟雷电下行先导对低压侧物体的影响，用于模拟雷电实验中，在低压侧物体感应足够强的电场，从而产生上行先导。
本发明提出的能产生模拟上行先导的弧形高压电极，包括均压环、平面均压网、弧形均压网、多个径向支撑杆、多个径向弧形支撑杆、支撑环、中心支撑棒、中心固定板和球电极；所述的中心固定板固定在中心支撑棒的一端，中心支撑棒垂直于中心固定板，所述的球电极固定在中心支撑棒的另一端；所述的多个径向支撑杆的一端分别固定在中心固定板上，多个径向支撑杆之间通过多个成同心圆设置的支撑环相对固定，多个径向支撑杆和多个成同心圆设置的支撑环组成平板状支撑架；所述的多个径向弧形支撐杆的一端与成同心圆设置的支撑环中直径最大的支撑环相对固定；所述的均压环由多个均压管和多个均压环支撑板组成，多个均压管通过所述的均压环支撑板固定成一个圆环状的均压环，均压环通过均压环支撑板固定在所述的多个弧形支撐杆的另一端；所述的平面均压网平铺在平板状支撑架的下表面；所述的弧形均压网平铺在径向弧形支撐杆的下表面。本发明提出的能产生模拟上行先导的弧形高压电极，可以满足模拟自然雷中，下行先导对低压侧物体的影响，相对于已有技术，具有以下特点和优点I、本发明的弧形高压电极中板部分的边沿采用了圆弧设计，并安装均压环，相对已有技术，在避免高压电极边沿对导线放电时更具有优势，使放电路径不能从均压网的边沿起始，从而解决技术缺点I。均压环由中空的钢管弯曲而成，因此减轻了整体设备的重量。2、本发明的弧形高压电极头部舍弃了原来的棒电极，采用球电极，避免了在电极施加高压时，在棒电极头部产生负极性流注，使得上行先导的起始和发展更为有利，并解决了已有技术的平板电极放电位置的不确定性引起的观测较为困难的问题。3、本发明的弧形高压电极中，板电极部分采用了仿蜘蛛网设计，骨架的整体为放射状，节省骨架的重量和材料的用量，同时具有较好的抗变形能力，因而降低了设备的成本。4、本发明优化设计的高压电极，能够在冲击电压下在低压侧导体表面产生类似自然雷击情况下的电场，从而产生有效的上行先导。5、本发明的弧形高压电极中的支撑棒用绝缘胶带包裹，避免了放电时，放电路径从棒身起始而造成的观测上的困难。6、本发明的弧形高压电极，因为板电极部分采用圆弧状支撑架与均压网组合的网格结构，整个高压电极的总重量轻，方便悬挂，加工方便，同时避免自重令电极板部分自身弯曲，从而延长了设备的所用寿命。7、本发明的弧形高压电极可以采用不锈钢制成，以保证长期户外使用而不被锈蚀。
图I是本发明提出的能产生模拟上行先导的弧形高压电极的立体图(其中未示出均压网)。图2是本发明高压电极中的橢球状支撑架的结构示意图。图3是图2的B — B示意图。图4是图2的A — A示意图。图5是使用本发明的高压电极进行绕击模拟试验的设备安置示意图。图6是使用本发明的高压电极对低压侧导线表面场强影响的效果比较图。图7是使用不同半径球电极的本发明的高压电极时的空间场强分布比较图。图I 图7中，I是均压管，2是均压环支撑板，3是径向支撑杆，4是支撑环，5是中心支撐棒，6是中心固定板，7是平面均压网，8是弧形均压网，9是径向弧形支撐杆，10是球电极，11是导线，12是冲击发生器，型号为HRHG-SGSC-7200kV，13是同轴分流器，14是地表，15是光电传输装置，16是终端。图2、图3和图4中，Cl1是本发明高压电极板状部分的直径，d2是均压管的直径，d3是均压环的直径，R是90度圆弧的半径，R1是球电极的半径。
具体实施例方式本发明提出的能产生模拟上行先导的弧形高压电极，其结构如图I和图2中所示，包括均压环、平面均压网7、弧形均压网8、多个径向支撑杆3、多个径向弧形支撐杆9、支撑环4、中心支撑棒5、中心固定板6和球电极10。中心固定板6固定在中心支撑棒5的一端，中心支撑棒5垂直于中心固定板6。球电极10固定在中心支撑棒5的另一端。多个径向支撑杆3的一端分别固定在中心固定板6上，多个径向支撑杆之间通过多个成同心圆设置的支撑环4相对固定，多个径向支撑杆3和多个成同心圆设置的支撑环4组成平板状支撑架。 多个径向弧形支撐杆9的一端与成同心圆设置的支撑环中直径最大的支撑环4相对固定。均压环由多个均压管I和多个均压环支撑板2组成，多个均压管I通过所述的均压环支撑板2固定成一个圆环状的均压环，均压环通过均压环支撑板2固定在所述的多个弧形支撐杆9的另一端，如图3和图4所示。平面均压网7平铺在平板状支撑架的下表面。弧形均压网8平铺在多个径向弧形支撐杆9的下表面。本发明的弧形高压电极，如图2、图3和图4所示，设Cl1是本发明高压电极的板状部分的直径，d2是均压管的直径，d3是均压环的直径，R是90度圆弧的半径，R1是球电极的半径，则其比例可以为もd2 : d3 : R= (300 500) (5 30) : I (80 200)(I 5)。本发明提出的能产生模拟上行先导的弧形高压电极，其中的平面均压网7外面接有弧形均压网8，弧形均压网8和径向弧形支撑杆9往电极下方弯曲使电极成椭球状，从而避免板电极边沿对地表物放电。弧形均压网8的边沿采用不锈钢管弯曲，即均压管1，组成板边沿的均压环。整体骨架采用与蜘蛛网相仿的放射状结构，骨架形成后，在骨架下方铺上平面均压网7和弧形均压网8，形成电极的板部分；蜘蛛网形骨架的中间有ー洞，洞内侧有螺纹，以便在不同エ况下更换不同长度的中心支撐棒5。中心支撐棒5的根部带有螺杆，以此将中心支撑棒5安装至中心固定板6上，中心支撑棒整体包有绝缘胶带，中心支撑棒部分采用DN50 (直径60mm)的镀锌管加工制作，两端焊接安装螺栓，长度为0. 5_5m，中心支撑棒另ー侧安装球电极10，使负极性流注不容易起始，球电极10的大小可根据间隙的长度调节。
本发明提出的产生模拟上行先导的高压电极，可以满足模拟自然雷中，下行先导对低压侧物体的影响。图5所示是使用本发明的弧形高压电极进行绕击模拟试验的设备安置示意图。其中冲击发生器12 (本发明的一个实施例中使用的冲击发生器的型号为HRHG-SGSC-7200kV)所产生的电压由高压引线(连接中心支撑棒5和冲击发生器12的金属线)施加至本发明的弧形高压电极上，弧形高压电极与导线11之间组成间隙，导线11末端经同轴分流器13接地。其中同轴分流器13用以测量导线11上产生的上行先导的电流，测得的信号经由光电传输装置15传回终端16 ;导线11末端接地则为上行先导提供一个电荷供给通道。图6是使用本发明的高压电极对低压侧导线表面场强影响的效果比较图，从图中，可以看见当本文发明的圆弧状电极的外径为8m时，产生的场强是棒电极所产生的场强的9倍，从而达到实验所需求的电场强度。图7是使用不同半径球电极的本发明的高压电极时的空间场强分布比较图。从图 中，可以看出当本文发明的电极中球电极部分半径増大至30_时，球电极表面的场强即能減少至原来电场的1/3，从而让实际使用时高压电极侧的场强不能达到负极性流注的起始场强，使得低压侧的上行先导发展条件更为充分。本发明的弧形高压电极能使空间的场强更为均匀。因冲击发生器12所能施加的电压是有限的，而高压电极(包括本发明和已有的棒电极)与低压侧物体的电压差是空间场强的线积分，本发明电极能使空间的场强相对已有的棒电极变得更为均匀，因此可以使低压侧物体的表面场强提高，从而低压侧物体的表面场强更容易达到先导起始的临界值，上行先导更易起始，仿真计算表明在相同空气间隙结构下，本发明电极能使低压侧导线11的表面场强较已有的棒电极増大9倍，见图6。中心固定板的中间设有支撐棒5，且裹上胶带，是为了使放电路径的起始位置集中在球电极10的头部，方便观测，也使得利用平面均压网7和圆弧均压网8来模拟电晕鞘这一功能得以实现；另外，这ー设计也能避免放电路径从球电极10以外的部分起始，见图7，球电极增大时，空间电场不会发生明显改变，但可有效减低球侧的场強。圆弧均压网8和圆弧支撑杆9的存在使圆弧狀骨架得以往下弯曲，该结构与均压环I部分共同用於减少圆弧均压网8的边沿效应所带来的影响，避免放电路径从圆弧均压网8边起始。为了仿真实际雷电通道的电晕鞘，所以圆弧均压网8的外径与电晕鞘的观测直径相约。通过仿真分析，支撐棒5太长时，平面均压网7和圆弧均压网8的作用会減少，而棒太短时，确定放电路径起始位置的这一作用会不明显。
权利要求
1.一种能产生模拟上行先导的弧形高压电极，其特征在于该弧形高压电极包括均压环、平面均压网、弧形均压网、多个径向支撑杆、多个径向弧形支撐杆、支撑环、中心支撑棒、中心固定板和球电极；所述的中心固定板固定在中心支撑棒的一端，中心支撑棒垂直于中心固定板，所述的球电极固定在中心支撑棒的另一端；所述的多个径向支撑杆的一端分别固定在中心固定板上，多个径向支撑杆之间通过多个成同心圆设置的支撑环相对固定，多个径向支撑杆和多个成同心圆设置的支撑环组成平板状支撑架；所述的多个径向弧形支撐杆的一端与成同心圆设置的支撑环中直径最大的支撑环相对固定；所述的均压环由多个均压管和多个均压环支撑板组成，多个均压管通过所述的均压环支撑板固定成一个圆环状的均压环，均压环通过均压环支撑板固定在所述的多个弧形支撐杆的另一端；所述的平面均压网平铺在平板状支撑架的下表面；所述的弧形均压网平铺在径向弧形支撐杆的下表面。
全文摘要
本发明涉及一种能产生模拟上行先导的弧形高压电极，属于雷电防护研究技术领域。本发明的弧形高压电极在已有技术的基础上增加了弧形均压网和球电极，其中球电极固定在中心支撑棒的一端；高压电极的平面均压网平铺在平板状支撑架的下表面，弧形均压网平铺在径向弧形支撐杆的下表面。本发明提出的能产生模拟上行先导的弧形高压电极，可以满足模拟自然雷中，下行先导对低压侧物体的影响。而且本发明的高压电极还具有整体设备的重量轻、成本低、使用寿命长等诸多优点。
文档编号H01T19/00GK102761062SQ20121020434
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者何金良, 余占清, 庄池杰, 廖永力, 曾嵘, 李志钊, 高超 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 清华大学