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我国在防雷技术领域的新突破

发布日期:2014-9-19来源:厦门市金华达职业培训学校作者:小施

随着社会经济的发展,雷电造成的危害也有所变化,涉及到建筑、通信、铁路、电力、新能源、航空航天等许多重要领域,特别是在当下的大数据时代,雷电灾害由点到面,影响更加广泛和深远,一系列雷击事故凸显出当前雷电防护技术的缺陷和落后。

人类对雷电进行科学的定量研究和防护已经有一百多年的历史,但对雷电物理特性还缺乏足够清晰和明确的认识。比如,雷电成因的多种学说均建立在一些先决条件和假说上,从而影响了雷电防护技术的发展,所以,目前广范应用的电涌保护器等防雷产品都是建立在单脉冲雷电认识基础之上,IEC(国际电工委员会)也将电涌保护器性能检测实验波形定义为8/20μs和10/350μs等波形。

最近十多年雷电监测和人工引雷的结果表明,90%自然界雷电是负闪击放电,是同时序多脉冲放电过程,在此基础上建立一套多脉冲闪击雷电发生装置,在实验室环境对雷电进行物理模拟,观测雷击产生的热效应、力效应、电磁效应等,探寻雷电传播和作用机理,为防雷产品研制、雷电防护标准的制订或修改提供可靠的数据,一直是国际上雷电防护研究领域的重要课题。

目前,全球雷电高压试验室均按照IEC61643-2011对SPD采用单一波形进行测试,而单一波形的冲击不符合自然雷电的物理特征。按照该标准进行测试合格的产品在线运行时容易起火燃烧。美国军标中虽然有20脉冲的指标要求,但并没有成熟的产品。中国于2012年成功研制出同时序多脉冲(10脉冲)测试系统,居于世界同行的前列。

我国自主研制的这套20脉冲多波形雷电电磁脉冲发生系统,能够输出20脉冲10kA2.6/30μs、双路20kV/10kA组合波、150kA8/20μs雷电冲击电流、25kA10/350μs雷电冲击电流波等四种波形,其中20个连续雷击脉冲间隔从1ms~999ms数字化可控,后续脉冲电流10kA正负极性可变。目前已经申报了两项国际发明专利。

从国家一级科技查新咨询单位——上海科学技术情报研究所了解到,20脉冲多波形雷电电磁脉冲发生系统是目前该领域的全球首创,其最大输出脉冲数量和幅值均处于国际国内的领先地位,这项具有前瞻性的科研成果,对于全球防雷技术的革新和各类尖端电子产品的电磁兼容性研究具有重要的现实意义和广泛的应用价值。

继2012年北京雷电防护装置测试中心成功研制出10脉冲多闪击冲击发生器以后,中国在雷电多脉冲技术上的研究引起了国际雷电防护权威机构的极大关注。今年四月,IEC-TC37主席AlainRousseau还专程到访黑龙江省防雷中心,考察了20脉冲项目的研制进展,对项目的创新技术予以充分肯定。

从事多年高电压教学和科研工作的西安交通大学教授张源斌分析,多脉冲时序控制是该项目的难点和重点。系统在强雷电放电过程中产生的电磁干扰强度在数十V/m。在较小的空间及极强电磁环境中实现电子控制信号的可靠传输和控制,是系统研制的关键。

中国气象学会雷电委员会副主任委员、我国著名防雷专家杨少杰指出,20脉冲项目的研制成功,不仅为人类认识雷电、防御雷电灾害提供了新的技术平台,而且,将促进多脉冲雷电高压试验到多脉冲多波形高压试验场的进一步升级,这对于大数据时代的所有现代化设备在多脉冲多波形高强度电磁场下的可靠性试验、电磁兼容性试验等,具有非常重要的现实意义。

哈尔滨理工大学电气与电子工程学院教授陈庆国认为,系统研制过程中采用了智能化设计,同步建立起基于能量计算和分布的专家分析系统,这为后续测试平台提供了强大的软环境支撑。

毫无疑问,雷电多脉冲现象的发现,对现行以单脉冲测试为基础的防雷技术形成了挑战。在全球防雷技术领域,20脉冲多波形雷电测试系统是一项极具前瞻性的领先项目,其试验技术更接近对自然雷电物理特征的模拟,为认识雷电、防御雷电提供了全新的高水平研究平台,便于有针对性地开发适应不同应用领域的防雷产品,为我国在线运行的数亿只SPD的整改提供技术支撑,也将推动全球SPD研发和生产的更新换代。依托这一系统建立的高科技雷电测试中心,不仅有助于提高中国防雷的整体水平和防灾减灾能力,而且,其进一步的技术升级,还将在尖端电子产品和军工领域发挥更大作用。

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