CN103048570B - 一种雷电流直接效应试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种雷电流直接效应试验装置，该试验装置由雷电流首次回击分量回路、雷电流中间电流分量回路、雷电流持续电流分量回路和雷电流继后回击分量回路，时序触发电路，直接效应放电架等组成，该装置能够同时产生模拟自然界中一次完整的雷电流过程，可以考核当雷电电弧附着时伴随产生的高温、高压冲击波和电磁力对被测试物体所造成的燃烧、溶蚀、爆炸、结构畸变和强度降低等效应，也可分别产生雷电流每个分量用于单独考核单一雷电流特性。该试验装置填补了我国关于类似装置的空白，为雷电流直接效应试验提供了优良的设备。

Description

一种雷电流直接效应试验装置

技术领域

本发明涉及一种直接效应试验装置，尤其是涉及一种雷电流直接效应试验装置。

背景技术

目前国内外关于雷电流波形的标准很多，大体上雷电流波形分为首次回击、中间电流、连续电流和后续回击四个分量。雷电损伤既与接闪物体特性有关，也与雷电流特性有关。雷电流四方面的特性通常被考虑：电流峰值、电流最大变化率、电流对时间积分、电流平方对时间积分。在雷电流电弧对金属接闪器烧蚀危害研究方面，国内外一个重要的难题在于如何较为有效地模拟雷电电弧和雷电放电全过程，目前国内外的冲击电流发生器都是模拟一次某一种特定波形的“雷电流”，缺乏连续完整模拟雷电的首次回击、中间电流、连续电流和后续回击的有效手段。雷电流对金属烧蚀研究不仅需要考虑雷电流通道波形相同，还需要考虑雷电流各分量作用效应，特别是中间电流和连续电流的作用。

雷电流直接效应试验装置的意义在于可以建立连续模拟雷电流放电过程直接效应试验系统。雷电流直接效应试验装置对于研究和完善雷电流电弧对金属烧蚀效应评估方法、设计开发轻型优质金属接闪器材料和结构、加强飞机、OPGW、浮空器、近空间飞行器、油气管线及罐体等重要设施雷电防护安全性有重要的意义。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种雷电流直接效应试验装置，其特征在于，包括雷电流首次回击分量回路、雷电流中间电流分量回路；雷电流持续电流分量回路；雷电流继后回击分量回路；同时与雷电流首次回击分量回路、雷电流中间电流分量回路、雷电流持续电流分量回路以及雷电流继后回击分量回路连接的时序触发电路；直接效应放电架；以及控制时序触发电路的PLC时间控制电路；所述时序触发电路与直接效应放电架连接。

在上述的一种雷电流直接效应试验装置，雷电流首次分量回路包括依次串联的调波电容C1、调波电阻R1、调波电感L1以及第一点火放电回路，所述第一点火放电回路与时序触发电路5连接，所述调波电容C1一端接地。

在上述的一种雷电流直接效应试验装置，雷电流中间电流分量回路包括三个并联的调波电容C21、调波电容C22以及调波电容C23；三个串联的调波电感L21、调波电感L22和调波电感L23；以及第二点火放电回路；所述调波电容C21、调波电容C22以及调波电容C23的一端分别连接调波电感L21、调波电感L22和调波电感L23的一端，另一端接地；所述调波电感L23的另一端第二点火放电回路连接。

在上述的一种雷电流直接效应试验装置，雷电流持续电流分量回路包括依次串联的电池组U、限流电阻R3、保护电感L3以及放电开关组；所述放电开关组与所述时序触发电路连接。

在上述的一种雷电流直接效应试验装置，雷电流继后回击分量回路包括三个依次串联的调波电容C4、调波电阻R4、调波电感L4以及第四点火放电回路；所述第四点火放电回路与时序触发电路连接，所述调波电容C4一端接地。

在上述的一种雷电流直接效应试验装置，所述直接效应放电架由可调耐电弧引弧电极和可调引弧间隙组成。

因此，本发明具有如下优点：1、可以模拟真实闪电的作用效果包括雷电流首次回击分量、雷电流中间电流分量、雷电流持续电流分量和雷电流继后回击分量。2、可以实现产生一定距离引弧电弧。用于模拟雷电电弧对被测试物体所造成的燃烧、溶蚀、爆炸、结构畸变和强度降低等效应。3、采用基于PLC控制的时序触发电路，控制过程简单可靠。

附图说明

图1是雷电流直接效应波形图。

图2是雷电流直接效应试验装置主电路图。

图3是雷电流直接效应试验装置控制时序图。

图4是PLC时间控制电路的电路结构图。

图5是时序触发电路的电路结构图。

图6是点火放电回路的电路结构图。

图7a是实施例中的首次回击分量波形。 图7b是实施例中的中间电流分量波形。 图7c是实施例中的持续电流分量波形。 图7d是实施例中的继后回击分量波形。 

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

图1为雷电流直接效应波形图，雷电流直接效应试验应该由雷电流A分量首次回击、雷电流中间电流分量、雷电流连续电流分量和雷电流后续回击分量四个分量共同作用试验。

图2是雷电流直接效应试验装置主电路图，雷电流直接效应试验装置由雷电流直接效应试验装置由雷电流首次回击分量回路1、雷电流中间电流分量回路2、雷电流持续电流分量回路3、雷电流继后回击分量回路4，时序触发回路5，直接效应接闪放电架6组成，该装置能够同时产生模拟自然界中一次完整的雷电流过程，可以考核当雷电电弧附着时伴随产生的高温、高压冲击波和电磁力对被测试物体所造成的燃烧、溶蚀、爆炸、结构畸变和强度降低等效应，也可分别产生雷电流每个分量用于单独考核单一雷电流特性。

雷电流首次分量回路1由调波电容、调波电感、调波电阻和点火放电回路组组成，用于模拟雷电流首次回击电流，可产生峰值为10-200kA,持续时间为100-900μs，作用积分为0.2-20×10⁶A².s首次回击雷电流波形。雷电流中间电流分量回路2由调波电容、调波电感、调波电阻和点火放电回路组组成，用于产生雷电流中间电流，幅值为0.5-2kA、持续时间1-10ms、电荷传递量为0.5-20C的雷电流波形。雷电流持续电流分量回路3由电池组、保护电感、限流电阻和放电开关组组成，用于产生幅值为100-400A,持续时间为0.25s～1s、传递的电荷量为25-400C的雷电流持续电流波形。雷电流继后回击分量回路4由调波电容、调波电感、调波电阻和点火放电回路组组成，用于产生峰值为5-100kA,持续时间为100-500μs，作用积分为0.1-0.5×10⁶A².s雷电流继后回击波形。

图3是雷电流直接效应试验装置控制时序图,图4是时序触发回路5原理图，当每个回路都充好点火，首先给雷电流首次分量回路点火开关点火放电，几百微秒后给雷电流中间电流分量回路点火开关点火放电, 几毫秒后给雷电流持续电流分量回路放电开关信号进行放电，几百毫秒后给雷电流继后回击分量回路点火开关点火放电。完成整个放电过程。

雷电流直接效应放电通过直接效应接闪放电架6输出，它由由可调耐电弧含石墨、钨棒，铜钨合金等引弧电极和可调引弧间隙组成，可以实现产生1 cm -15cm引弧电弧。用于模拟雷电电弧对被测试物体所造成的燃烧、溶蚀、爆炸、结构畸变和强度降低等效应。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种雷电流直接效应试验装置，其特征在于，包括雷电流首次回击分量回路（1）、雷电流中间电流分量回路（2）；雷电流持续电流分量回路（3）；雷电流继后回击分量回路（4）；同时与雷电流首次回击分量回路（1）、雷电流中间电流分量回路（2）、雷电流持续电流分量回路（3）以及雷电流继后回击分量回路（4）连接的时序触发电路（5）；直接效应放电架（6）；以及控制时序触发电路（5）的PLC时间控制电路；所述时序触发电路（5）与直接效应放电架（6）连接；

雷电流首次回击分量回路（1）包括依次串联的调波电容C1、调波电阻R1、调波电感L1以及第一点火放电回路，所述第一点火放电回路与时序触发电路（5）连接，所述调波电容C1不与调波电阻R1连接的一端接地；

雷电流中间电流分量回路（2）包括三个并联的调波电容C21、调波电容C22以及调波电容C23；三个串联的调波电感L21、调波电感L22和调波电感L23；以及第二点火放电回路；所述调波电容C21、调波电容C22以及调波电容C23的一端分别连接调波电感L21、调波电感L22和调波电感L23的前端，另一端接地；所述调波电感L23的后端与第二点火放电回路连接；所述第二点火放电回路与时序触发电路（5）连接；

雷电流持续电流分量回路（3）包括依次串联的电池组U、限流电阻R3、保护电感L3以及放电开关组；所述放电开关组与所述时序触发电路（5）连接；

雷电流继后回击分量回路（4）包括依次串联的调波电容C4、调波电阻R4、调波电感L4以及第四点火放电回路；所述第四点火放电回路与时序触发电路（5）连接，所述调波电容C4不与调波电阻R4连接的一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种雷电流直接效应试验装置，其特征在于，所述直接效应放电架（6）由可调耐电弧引弧电极和可调引弧间隙组成。