[发明专利]长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法

摘要

本发明公开一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法，涉及电力系统技术领域，用于获得精度较高的流注、先导及末跃转换过程的电子密度，提高长空气间隙雷电冲击下的放电物理机理研究的深入程度，最终提高电力系统的防雷能力。所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统包括：冲击电压发生器、电容分压器、测量电阻、板电极和位于所述板电极上方的棒电极、光谱仪、ICCD相机以及示波器。所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法应用上述技术方案所提的测量系统。本发明提供的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法用于电力系统的雷电防御的研究。

主权项

1.一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法，其特征在于，采用一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统，所述测量系统包括：冲击电压发生器，其具有输入端和输出端，用于产生模拟雷击放电的输出电压，其中，所述输入端接地；电容分压器，其与所述冲击电压发生器并联，用于测量所述冲击电压发生器的输出电压值；测量电阻，其与所述冲击电压发生器的输出端连接，用于测量所述冲击电压发生器的输出电流值；板电极和位于所述板电极上方的棒电极，所述棒电极与所述板电极相距为3m，所述棒电极与所述测量电阻连接，所述板电极接地；光谱仪，其镜头指向所述棒电极和所述板电极之间，用于采集所述棒电极和所述板电极之间的放电现象的光谱，所述光谱仪能够通过升降移动改变所述镜头指向所述棒电极和所述板电极之间的位置；ICCD相机，其装设在所述光谱仪上，用于每隔一定时间拍摄并记录所述光谱仪采集到的光谱；以及示波器，其分别与所述电容分压器和所述测量电阻连接，用于根据所述输出电压值和所述输出电流值，生成并显示所述冲击电压发生器输出的电压波形和电流波形；所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法包括：步骤S10，计算长空气间隙雷击放电的50％击穿放电电压U_50％；步骤S20，在棒电极和板电极之间施加脉冲电压，所述脉冲电压的波形为1.2/50μs，所述脉冲电压的幅值为kU_50％，其中，k的取值为1、1.05、1.10、1.15或1.20；步骤S30，对于每个所述k的取值，保持光谱仪与板电极之间的高度差不变，通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱，在所述脉冲电压的一个周期内，使用ICCD相机每隔20ns拍摄所述光谱，获得时间序列光谱，根据所述时间序列光谱，获得H_α谱线的时间分布；步骤S40，对于每个k值，从光谱仪与板电极的高度差x为0开始，逐次对光谱仪的高度进行调节，使该高度差每次增加0.5m，并通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱；对应每个高度差，在所述脉冲电压的每个周期内的同一时间点，使ICCD拍摄所述光谱，获得空间序列光谱，根据所述空间序列光谱获得H_α谱线的空间分布；步骤S50，根据所述H_α谱线的时间分布及所述H_α谱线的空间分布，获得H_α谱线的总展宽；以及步骤S60，根据所述H_α谱线的总展宽，计算得到电子密度N_e。