基于实验室模拟高压放电冲击力的研究

柴健; 刘学良; 王学良; 李鑫; 邳莹; 朱传林

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2021.032

基于实验室模拟高压放电冲击力的研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.032

湖北省防雷中心，湖北武汉 430074

基金项目:

湖北省气象局科技发展基金 2020Q12P

详细信息

通讯作者:
邳莹, 女, 吉林省人, 工程师, 主要从事雷电防护研究。E-mail: haimencj@126.com

中图分类号: P427.3
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出版历程
- 收稿日期: 2020-12-30
- 修回日期: 2021-04-06
- 网络出版日期: 2021-09-27
- 刊出日期: 2021-06-01

RESEARCH ON IMPACT FORCE OF HIGH-VOLTAGE DISCHARGE BASED ON LABORATORY SIMULATION

Hubei Lightning Protection Center, Wuhan 430074, China

摘要

摘要: 为了研究高压放电冲击波的特性, 通过对冲击波的理论分析, 基于自主设计的一套实验装置对实验室条件下模拟高压放电产生的冲击力大小进行了量化试验。利用2.6/50 μs冲击电流发生器模拟产生放电冲击波, 依次改变冲击电流的幅值及离放电球中心位置的距离, 测定水平方向的冲击力大小。实验结果表明: 在25~100 kA冲击电流下, 离放电球中心位置50 mm处水平方向的冲击力大小为1.6~3.3 N; 随着冲击电流的增加以及离放电球中心位置距离的减小, 水平方向的冲击力呈逐渐增加趋势。当离放电球中心位置的距离超过60 mm时, 冲击力的大小受距离的影响较小。所得结论为研究自然界闪电冲击波的特性提供了一定参考依据。
- 冲击波 /
- 高压放电 /
- 超压 /
- 冲击电流
Abstract: To study the characteristic of the high-voltage discharge shock wave, the present research conducted theoretical analysis on the shock wave. One test device was set up to simulate and measure the high-voltage discharge impact force under laboratory conditions. The present research used the 2.6/50 impulse current generator to make the discharge shock wave. The impulse current and the distance to the center position of the discharge sphere were changed to measure the impact force in the horizontal direction. The conclusions are drawn as follows: When the impulse current is 25~100 kA, and the distance to the center of the discharge sphere is the 50 mm, the impact force in the horizontal direction is about 1.6~3.3 N. When the impulse current increases and the distance to the center of the discharge sphere decreases, the impact force in the horizontal direction tends to increase. When the distance to the center of the discharge sphere exceeds 60 mm, impact force change caused by distance becomes small. The conclusion may provide reference for the study of the characteristics of natural lightning shock wave.
- shock wave /
- high-voltage discharge /
- overpressure /
- impulse current

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图 1 冲击电流发生器结构

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图 2 冲击力测量装置

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图 3 玻璃球在冲击电流作用下滚动距离以及初速度的关系

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图 4 玻璃球受力分析

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图 5 表面等离子体冲击波变化趋势

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图 6 冲击力与冲击电流幅值的关系

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图 7 离两放电球中心位置不同距离下冲击力与冲击电流幅值的关系

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表 1 玻璃球在玻璃管中的滚动距离(mm)

序号	冲击电流幅值
序号	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
1	53	102	146	210	266	308	322	313	336	352	370	420	496	563	587	617
2	66	113	139	199	241	278	290	330	317	346	370	466	507	522	568	578
3	62	108	152	205	246	289	304	311	330	338	335	482	487	534	607	649
平均值	60.3	107.7	145.7	204.7	251.0	291.7	305.3	318.0	327.7	345.3	358.3	456.0	496.7	539.7	587.3	614.7

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表 2 玻璃球在玻璃管中的初速度(m/s)

序号	冲击电流幅值
序号	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
1	0.08	0.095	0.087	0.084	0.098	0.093	0.103	0.106	0.119	0.131	0.141	0.132	0.143	0.155	0.146	0.145
2	0.091	0.105	0.081	0.098	0.103	0.116	0.091	0.116	0.112	0.136	0.146	0.145	0.147	0.142	0.149	0.178
3	0.077	0.097	0.093	0.101	0.112	0.100	0.098	0.128	0.122	0.126	0.123	0.144	0.137	0.145	0.155	0.164
平均值	0.082	0.099	0.087	0.095	0.105	0.103	0.097	0.117	0.118	0.131	0.137	0.140	0.142	0.147	0.150	0.162

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表 3 玻璃球在玻璃管中的移动时间(s)

序号	冲击电流幅值
序号	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
1	1.33	2.14	3.35	4.98	5.43	6.6	6.28	5.89	5.63	5.38	5.24	6.37	6.94	7.28	8.04	8.5
2	1.45	2.16	3.43	4.07	4.67	4.8	6.37	5.67	5.68	5.09	5.08	6.43	6.92	7.34	7.64	6.5
3	1.62	2.22	3.28	4.04	4.38	5.8	6.23	4.86	5.40	5.37	5.44	6.70	7.13	7.38	7.82	7.9

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表 4 冲击力的数值大小/N

序号	冲击电流幅值
序号	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
1	1.626	1.945	1.778	1.72	1.999	1.904	2.092	2.168	2.435	2.669	2.881	2.69	2.916	3.155	2.979	2.962
2	1.857	2.134	1.653	1.995	2.106	2.363	1.857	2.375	2.277	2.773	2.972	2.957	2.989	2.902	3.033	3.628
3	1.561	1.985	1.891	2.07	2.292	2.033	1.991	2.611	2.493	2.568	2.513	2.935	2.787	2.952	3.167	3.352
平均值	1.681	2.021	1.774	1.929	2.132	2.100	1.980	2.385	2.402	2.670	2.788	2.861	2.897	3.003	3.060	3.314

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