不同类型避雷针雷击接闪效能差异的实验评价方法

探讨一种直观、易于理解且反映雷击放电机理的实验方法,以评价不同类型避雷针的雷击接闪效能差异,对雷电防护领域形成共识显得尤为重要.为此,论文首先分析了雷电环境下地面目标物上避雷针的雷击接闪过程,指出不同类型避雷针接闪效能的差异主要体现在对迎面放电过程的影响上;接着,提出了如下实验评价方法:采用针-板间隙的放电实验布置,对4m及以上间隙施加1.2/50μs标准雷电波模拟迎面流注放电过程,对6m及以上间隙施加250/2500μs标准操作波模拟迎面先导放电过程;然后,通过比较非传统避雷针与传统避雷针的放电起始时刻与平均发展速度2个指标,以评价不同类型针的接闪效能差异;最后,利用所提方法对典型提前放电(early streamer emission,ESE)非传统避雷针与传统避雷针开展了接闪效能差异的评价实验.实验结果表明:ESE针与传统避雷针的评价指标基本一致,不具备研发商所宣称的引雷增效作用.     

交流电压下变压器油中流注发展时空演化的光-电信号特征研究

流注放电多具有电离程度高、发展速度快及树状分叉等典型特征,是介质击穿前发生的各类放电起始、发展现象的统称。研究变压器油中流注现象对于加深液体介质放电机理的认识以及提升油纸绝缘性能具有重要意义。本文通过搭建流注光-电特性检测平台,获取了交流电压下针板电极结构中流注放电的光-电脉冲电流序列和光学图像。结果表明,负流注主要包括单个脉冲、幅值递增序列、幅值递减序列及幅值先增后减序列四种典型序列模式。负流注通道形状为球状,但较难向前发展,导致击穿电压较高;正流注电流脉冲序列为正脉冲簇形式,通道形状为细丝状且发展过程中伴随着随机分叉现象。结合流注发展电流序列和空间发展图像,对正、负流注起始与时空演化机理进行阐述,根据电容模型和流注通道压力平衡方程计算了正、负流注发展时的半径、速度特征参量,得到负流注通道半径约为80?m,正流注直径为60～80?m,平均速度约为3km/s,计算结果与实验现象相符。     

不同电极结构中SF_6/N_2混合气体正向流注电晕放电特性

宏观上假定气体放电过程中产生的正、负离子束和电子束为流体,采用二维流体动力学模型对SF6/N2混合气体正向流注电晕放电过程进行建模,利用通量校正传输法求解连续方程,通过求解耦合的泊松方程处理空间电荷畸变电场对放电的作用,仿真过程中假设带电粒子的输运参数是折算电场的函数,对比分析了平行板电极间隙、同轴电极间隙和棒-板电极间隙三种电极结构中正向流注电晕放电特性。结果表明:流注电晕的形成加强了流注头部与阳极间的场强,减弱了流注尾部与阴极的场强。只有流注头部所在位置的初始场强足够大时放电才能继续发展,否则放电转化为稳定的流注电晕放电。     

大气压下不同气体的流注放电特性

大气压下气体放电通常表现为丝状放电形式。流注或先导放电是其气体击穿的起始阶段,相对于低气压下暗放电或辉光放电具有更复杂的演化特性。为了研究不同气体的流注传播特性,采用流体模型对1 cm平板电极中大气压下氮气、氧气,以及氮气混合20%、1%和0.01%氧气的双向流注传播过程进行了仿真计算。光电离作为源项加在流体模型中,在数值仿真时采用解多组Helmholtz方程代替Zheleznyak积分计算。仿真结果表明:氧气含量较低时,流注会出现分叉现象;氧气中流注发展速度较快;氧气中正流注通道半径较大。     

厘米级短间隙不均匀场正流注数值仿真分析

为了克服二维不均匀场流注仿真求解中数值求解复杂及难收敛的问题,笔者提出了一个准一维流注发展等效模型,实现了不均匀场中流注发展仿真。基于该流注发展等效模型,对典型的厘米级棒—板间隙中正流注发展微观物理过程进行研究,获得了空间电场、电势、电荷密度分布及流注发展速度等重要微观物理量的变化特性。同时讨论了等效模型中流注通道外形对流注放电物理特性的影响,确定了合理选择流注通道外形的原则。     

放电参数对高频纳秒脉冲多流注点火的影响

在可视化定容燃烧弹中,采用高频纳秒脉冲驱动沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体发生系统,研究了不同放电脉冲间隔和脉冲数下多流注放电的形态与能量特性及其点火助燃效果．放电试验表明：所开发的等离子体发生系统单脉冲能量约为5 mJ,平均功率超过10 kW;脉冲间隔为50μs的40个脉冲能产生环绕中心电极分布的8个流注通道,流注长度超过12 mm;随着脉冲频率或脉冲数的减少,流注长度减小．点火试验表明：脉冲间隔为50μs的30个脉冲能产生环绕中心电极的8个火核,火核初始火焰半径超过4 mm;随着脉冲频率或脉冲数的减少,火核数量和火焰半径减小,燃烧相位也明显推迟．脉冲频率和脉冲数的改变对SDBD等离子体的能量和形态影响很大,改变放电参数可以实现对燃烧相位的调整．     

大气压氦等离子体jet的模拟计算

在大气压下利用ns级上升沿高压脉冲电源实验可产生氦等离子体jet,该jet在空气中可长达5 cm。应用高速摄影观测到该等离子体jet实际上类似于一个等离子体弹头,在低场强下其速度可达150 km/s。为了深入了解这一放电现象的物理机制,采用基于光致电离的物理模型研究了这一现象。计算结果表明,在外加电场仅为50V/m以及流注头部电荷数为7×109时,该流注可以160 km/s速度在空气中实现自持传播,这一计算结果与实验测量的值误差<10%。由此可以认为光致电离在这种等离子体jet的传播过程中起到至关重要的作用。     

正直流电晕流注脉冲特性随气压湿度变化的研究

电晕是输电线路设计和运行中面临的重要问题之一,通过实验测量和模拟计算,得到了不同气压湿度下的正直流电晕流注脉冲特性;流注放电存在的电压区间随着气压和湿度的升高而增大,实验测量和利用流体模型计算得到的流注脉冲幅值均随着气压降低、湿度升高而减小;利用流注通道中电子密度的变化对这一现象进行了分析。     

高压输电线路断线垂落故障引发典型植被燃烧特性

摘 要：为探究高压输电线路因意外断线垂落故障对森林地表植被放电击穿引发恶性山火行为的特性及其影响因素,通过自主设计模拟高压输电线路断线垂落（钢棒电极）引火实验平台,在不同距离间隙下,分别对肾蕨碎块、雪松松针碎块、杨木屑以及四种含水率桉树叶碎块进行垂落导线放电引火模拟实验。结果表明：垂落导线与地表植被间存在间隙时放电引火阶段可总结为“两期两点”（放电诱导期、间隙击穿点、电弧诱导期、故障切除点）,在相接触时则不存在故障切除点;不同植被被放电引燃可能性大小排序为：雪松松针＞桉树叶≈杨木屑＞肾蕨;随着桉树叶含水率不断增加,垂落导线放电仍可将其引燃且所需击穿电压逐渐降低;对于不同植被,在适宜距离和含水率条件下,一旦被引燃将会产生持续火焰,促进导线与植被间形成流注通道进而加剧放电,进一步促进植被燃烧,直至可能诱发一场山火。