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接闪器测试系列问题(9)——不同形状接闪器在静电场中的场强分布!

2020-09-10 09:00:48

在特殊功能接闪器试验中,我们需要模拟静电场,平板电极间置入一根接闪器或其他用于验的金属部件,如先导体、探棒等,场强均将随之变化,所以针对置入电场中的各种实验物体的摆放位置,需要进行模拟计算,以排除特殊针的扰动范围与辅助器件重合的现象。

一、接闪器置入模拟场中的场强分布变化。

当接闪器试品放入极板间,将会对电场分布造成改变,


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图1  接闪器电场分布

(电场方向+彩虹图)

从电场方向图来看,接闪器处于均匀垂直电场内。


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图2  接闪器电场强分布

(彩虹图)

按50kV高压在2.5m距离产生20kV/m的场强,从图9场强彩虹图来看,绿色区域为20kV/m,绿色范围越大越均匀越好,接闪器本体和尖峰均被绿色区域(20kV/m)包裹。

接闪器杆体和尖端外电场线处于均匀空间,接闪器自身产生的电场变化高于边缘效应,且没有电场变化的重合区域,可以确定为理想电场测试条件。从接闪器造成的电场变化来看,接闪器底部与0电位大地相连,基本没有变化,向上出现灯泡状电场彩虹图。


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图3  接闪杆顶端为尖针和圆头对静电场的扰动基本一致

(场强线图)

在静电场中,接闪器扰动电场线的效果不随针尖形状的变化而变化,针尖的曲率半径只在脉冲场中起到扰动作用,如图3所示。

二、接闪概率试验的双针布设



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图4  距离过近的双针间场强增加

(双针电场方向向上特写)

按照左侧场强色标读取双针间的场强约28kV/m,高于均匀场强20kV/m,如果进行概率实验,普通针一侧也将会获得特殊针扰动的电场效果,从而增加接闪概率。所以进行接闪概率试验时,双针距离是一个重要试验条件。



图5  等高双针置入电场后的场强变化

(场强线图)

从动图5对比可以看出,双针在拉远到一定距离,其上方的电场均匀度将会改善,从双针合一现象,到双针互不干扰,体现各自性能,所以按照我们大量距离推算,间距d应大于等于针高h。

三、接闪器与先导体的布设



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图6  接闪角度试验中的先导与接闪器的布置

(场强线图)

通过对先导体的模拟研究我们发现,无论延伸测试的金属体连接在高压端还是低压端,在静电场中扰动范围和效果是一致的,所以从图6中看到,先导端点与接闪器的尖端保持在d=h时,期间才会出现均匀电场区域。

四、小结

通过大量的模拟统计,我们可以得出以下结论,伸长出极板的金属物体(默认杆状),其扰动静电场的半径r满足r=0.5h,h为金属物体自身长度,所以在实验中如果要布设2只以上的被测金属物,无论是高压电极还是低压电极,其间距应保持d≥h。我们看到有些测试机构在高压电极吊起长长的先导棒,这显然是影响测试结果的方法。

至此,接闪器测试系列九个问题连载完成,感谢行业内外新老朋友的支持,雷闪中心本课题项目历时3年研究,经过近5000次实验样本,旨在详细论述接闪器的科学测试方法,补偏救弊,矫枉扶正,更好的开展接闪器的测试和认证工作,如有需求可联系我们。本课题为北京市科委重点实验项目,本实验室拥有著作权,论文引用请联系!


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