直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置及方法制造方法及图纸

直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置及方法，涉及过电压测量技术领域，解决现有直击雷产生感应过电压过程中，无法采用合适的测量装置进行测试和评估，以及无法实现对雷电流感应过电压测试设备中的关键电子设备进行耐受测试等问题，该装置包括触发弹、钢丝、引流杆、光纤、示波器、感应过电压测量仪、大增益Pearson线圈、小增益Pearson线圈以及金属屏蔽房；本发明专利技术不仅可以利用不同增益的Pearson线圈对雷电电流进行定量测量，利用感应过电压测量雷电产生感应过电压的大小，为科学防雷和设计专业防雷设备提供技术支持，而且利用一定距离的测试方案对雷电感应过电压进行定性测试，直观感受雷电感应过电压的直接危害。害。害。

【技术实现步骤摘要】
直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及过电压测量
，具体涉及气象灾害领域中的一种直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置及方法。

技术介绍

[0002]通常所说的过电压，一般指的是超过用电设备额定电压的高电压。它的破坏性主要体现在损坏用电设备、烧毁线路设备以及间接造成人民生命财产损失等。因此，一般比较重要的用电设备都装有过电压保护器以防止过电压出现。比如，一旦过电压出现，保护立即动作，切断设备或者防止过电压继续升高。过电压的类型种类繁多，与气象灾害相关的主要是雷电放电过程产生的过电压，因其主要是由雷暴云直接对地面高建筑物、尖端和电气设备放电而引起的超过额定电压的雷电感应过电压。
[0003]雷电放电引起的过电压亦可细分为直击雷过电压、感应雷过电压和侵入波过电压。这三种不同的雷电感应过电压具有不同的特点：首先，直击雷过电压是雷暴云对建筑物或电气设备直接放电而产生的过电压，直击雷电流是在短时间内以脉冲的形式通过的，其峰值可达几十千安到上百千安；其次，所谓的感应雷过电压是指雷电没有直接击中目标物，但是雷电击中其它目标物时，由于自身放电产生的大电流间接效应产生对周围其它邻近物体感应电压。根据产生方式的不同，该感应雷过电压又可细分为静电感应和电磁感应。静电感应是当供电线路或电气设备附近发生雷暴云放电时，虽然雷电没有直接击中线路和设备，但在强电场作用下，导线上的感应电荷就会失去雷暴云电荷的束缚而形成自由电荷，这些电荷会迅速向导线两端急速涌去而出现过电压；而电磁感应是雷电流具有极大的峰值和陡度，在其周围有强大的交变电磁场，处在次电磁场中的导体会感应出极高的电动势，使导体发生气隙间的放电；最后，雷电浸入波过电压是供电线路、金属管道等遭受直击雷或感应雷而产生的雷电波，沿着线路、金属管道等浸入建筑物或电气设备而产生的过电压。
[0004]本专利技术的目标主要是针对上述第二种类型雷电产生的感应过电压进行测量和测试。首先，利用人工引发雷电技术和平台，设计针对性的实验方案；然后，对雷电流及其感应过电压的相关特征参数进行定性测试和定量测量。
[0005]众所周知，常规电压测量的方法一般分为直接测量法和间接测量法两种：直接测量法是指在测量过程中，能从仪器、仪表上直接读出被测参量的波形或数值；间接测量是通过中间变量，先对各间接参量进行直接测量，再将测得的数值代入公式，通过计算得到待测参量。雷电感应过电压的测量虽然也可以参考常规电压的测量方法，但是由于雷电感应过电压的出现几率不可控，且大小不可预测。因此，很难针对性的开展测量工作，尤其是量程大小很难界定，目前尚没有很好的测量方法。另外，雷电是一种大电流、瞬时性、随机性及危险性的大气长间隙放电现象，要对雷电产生的感应过电压进行测量，面临诸多的难点：比如，首先是如何设置测量设备的量程问题，量程过小雷电产生的感应过电压容易饱和，得不到准确的测量值，量程过大往往测量不到雷电感应过电压；其次，雷电具有随机性，要对一个随机的雷电放电事件进行跟踪测量，在理论上很难实现；然后是雷电的瞬时性，通常雷电
放电事件以亚微秒计算，一次完整的雷电放电过程持续时间在一秒左右，如何在如此短的时间内完成雷电感应过电压的测量，对测量设备和技术的要求极高。因此，涉及到雷电感应过电压的测量，至今仍没有很好的解决方法。
[0006]本专利技术针对雷电不同的放电特点，设计了专门的测试方案和装置：首先依托成熟的人工引雷实验平台，在雷暴过境期间，且电场环境满足发射条件下，通过向雷暴云发射引雷弹，有目的将雷电直接引到特定的目标物上，使雷电由随机变成可控；其次，通过对雷击的电流波形样本进行大量统计分析，评估雷电流感应过电压的最大量程和最小量程，设计专门的雷电感应过电压测量设备，实现对雷电感应过电压的直接测量。由于成功引雷的机会非常宝贵，为最大限度利用雷击事件，同时，为了与雷电流和雷电感应过电压的定量测量比较，所以专门设计其它针对性的测试和实验方案，检验直击雷所产生的感应过电压对邻近关键电子设备耐受性的破坏效应，为今后关键电子设备的防雷参数设计和改进提供重要的理论基础及技术支持。

技术实现思路

[0007]本专利技术为解决现有直击雷产生感应过电压过程中，无法采用合适的测量装置进行测试和评估，以及无法实现对雷电流感应过电压测试设备中的关键电子设备进行耐受测试等问题，提供一种直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置。
[0008]直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置，该装置包括触发弹、钢丝、引流杆、光纤、示波器、感应过电压测量仪、大增益Pearson线圈、小增益Pearson线圈以及金属屏蔽房。通过所述测试装置实现对被测感应弹设备、被测电子元器件以及被测带负载回路的雷击感应过电压测试。
[0009]所述触发弹通过所述钢丝与所述引流杆连接；所述大增益Pearson线圈和小增益Pearson线圈为空心环状，所述引流杆经大增益Pearson线圈和小增益Pearson线圈中心穿过并接地；所述大增益Pearson线圈和小增益Pearson线圈分别通过所述光纤将雷电流信号传输至所述示波器和感应过电压测量仪。
[0010]本专利技术还提供一种直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试方法，该方法的具体测试过程如下：
[0011]首先，搭建所述测试装置，当强雷暴系统过境时，通过远程控制点火方式发射所述触发弹，假如能成功引发雷电且雷电通道沿着所述钢丝并击中所述引流杆，电流沿着所述引流杆入地的过程中，通过所述大增益Pearson线圈和小增益Pearson线圈对雷电电流进行测量，获取雷电流数据，然后将所述雷电流数据通过所述光纤，传输至所述示波器和所述感应过电压测量仪；同时，观察用于对比测试的所述被测电子元器件(所述金属屏蔽盒内的所述上电笔记本A和所述塑料防水盒内的上电笔记本B)是否被雷电感应过电压的瞬间高压击穿。另外，比较两台正在上电工作的笔记本的毁坏程度；
[0012]其次，观察被测感应弹设备中(即处于待发状态的感应弹、点火装置和激光发射器)是否受到感应过电压的影响随后自动点火发射；
[0013]然后，再观察雷电感应过电压对具有完整带负载回路的影响。判别方法是，如果雷电感应过电压很大，会使邻近的光电转换器被击穿，即使光电控制盒没有执行闭合指令，但由于雷电感应过电压的作用使整个电路击穿形成正常回路，其结果是三种不同颜色的指示
灯瞬间被点亮。另外，由于雷电的危险性，人为的近距离观测不太现实。因此，利用超高速摄像机进行远距离的拍摄并记录雷电击中所述引流杆瞬间，整个实验场地画面的变化，比如感应弹是否随后伴随自动开启点火、上电笔记本是否被击穿冒烟以及三种不同颜色指示灯是否被点亮等。
[0014]本专利技术的有益效果：
[0015]本专利技术提供的直击雷感应过电压测量及关键电子设备耐受性能测试装置及方法。通过在固定点开展人工引雷作业，在雷暴条件适宜时，发射一枚引雷弹，诱发雷暴云产生对地放电，并有目的将雷电引到指定地点(引流杆)。作业实施前，通过在固定点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置，其特征是：该装置包括触发弹(1)、钢丝(2)、引流杆(3)、大增益Pearson线圈(4)、小增益Pearson线圈(5)、金属屏蔽房(6)、光纤(7)、示波器(8)以及感应过电压测量仪(9)；通过所述测试装置实现对被测感应弹设备、被测电子元器件以及被测带负载回路的雷击感应过电压测试；所述触发弹(1)通过钢丝(2)与引流杆(3)连接；所述大增益Pearson线圈(4)和小增益Pearson线圈(5)为空心环状，所述引流杆(3)经大增益Pearson线圈(4)和小增益Pearson线圈(5)中心穿过并接地；所述大增益Pearson线圈(4)和小增益Pearson线圈(5)分别通过所述光纤(7)传输至所述示波器(8)和感应过电压测量仪(9)。2.根据权利要求1所述的直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置，其特征在于：所述被测感应弹设备与所述测试装置的距离为1米；所述被测引雷设备包括感应弹(10)、点火控制盒(11)和激光发射器(12)；所述感应弹(10)通过导线与点火控制盒(11)连接，所述点火控制盒(11)的输入端通过光纤与所述激光发射器(12)输出端连接。3.根据权利要求1所述的直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置及方法，其特征在于：所述被测电子元器件与所述测试装置的距离为5米；所述被测电子元器件包括金属屏蔽盒(13)、上电笔记本A(14)、塑料防水盒(15)和上电笔记本B(16)；所述上电笔记本A(14)放置于所述金属屏蔽盒(13)内，两者绝缘，所述金属屏蔽盒(13)外盒接地；所述上电笔记本B(16)内置于所述塑料防水盒(15)内。4.根据权利要求3所述的直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置，其特征在于：所述上电笔记本A(14)和所述上单笔记本B(16)均采用电池供电，且在测试期间处于正常工作状态。5.根据权利要求1所述的直击雷感应过电压测量及电子设备耐受性能测试装置，其特征在于：所述被测带负载回路与所述测试装置的距离为2米；所述被测带负载回路包括三种颜色指示灯(17)、光电转换器(18)、直流电源(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东方，郄秀书，蒋如斌，袁善锋，张鸿波，孙竹玲，刘明远，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：