第73期——接闪器测试系列问题(5)——接闪器针头形状与截波时间
本期带来一组针对普通接闪器针头曲率与截波时间的实验研究,试验历时两周,数据样本总数约500次,旨在说明参考接闪器针头不统一或不确定时,对测试结果的直接影响。
1.实验针头介绍
表 实验用针头参数一览表
针头编号  | A  | B  | C  | D  | 
针头形状  | 0.056mm曲率半径  | 1mm曲率半径  | 4.7mm曲率半径  | 14.5mm曲率半径  | 
以下为雷闪检测中心使用影像测量仪和曲率尺对针对进行的核查。
图 样品A
图 样品B
图 样品C
图 样品D
2.截波时间统计
试验布局条件:板间距2.17m,针高1.12米,直流电场E=20.5-21.0kV/m,冲击电压波形250/2500μs,上升沿0-峰值:275μs,转化矫正系数:2.63。
实验室一般环境:温度:23-24.5℃,气压:1008-1012mbar,湿度:38-42%,风速25km/h(空调循环风)。
表 不同针头曲率半径试品的截波时间统计表
(250波头下)
针头编号  | A  | B  | C  | D  | 
针头形状  | 0.037mm曲率半径  | 1mm曲率半径 (标准参考针)  | 4.7mm曲率半径  | 14.5mm曲率半径  | 
样本数量  | 107个  | 101个  | 102  | 100个  | 
标准差  | 10.58  | 17.5  | 14.6  | 12.84  | 
变异系数CV  | 2.31%  | 3.85%  | 2.95%  | 2.69%  | 
筛除数据  | 2个  | 2个  | 2个  | 2个  | 
有效数据  | 105个  | 99个  | 100个  | 98个  | 
平均截波时间TC1  | 175.3μs  | 191.5μs  | 195.2μs  | 201.9μs  | 
最大截波时间TC1  | 212μs  | 224μs  | 246μs  | 254μs  | 
最小截波时间TC1  | 154μs  | 160μs  | 167μs  | 171μs  | 
平均放电完成TC2  | 188.4μs  | 207.3μs  | 211μs  | 212μs  | 
泄放速度  | 13.1μs  | 15.8μs  | 15.8μs  | 20.2μs  | 
图 不同针头曲率半径试品的截波时间趋势
由实验结果可以看出:
(1)针头曲率半径越小截波的时间越提前。
(2)实验使用的D组针头14.5mm曲率半径,比B组标准参考针平均截波时间延迟了约10.4μs,通过校准系数计算,系数=2.36,ΔT=24.544μs(650)。
(3)实验使用的D组针头14.5mm曲率半径,比B组标准参考针最大延迟30μs,ΔT=70.8μs(650)。
(4)针头曲率半径越小,截波后完成泄放的速度越快。
3.标准针统一的重要性
从结论(2)可以看出,如果不严格统一规定标准参考针,甚至乱用参考针,普通接闪钢针只要顶端磨得够尖锐,就能得到20μs(650)以上的提前时间;不做数据统计筛选工作不到位这个结果会更高。参考结论(3)极大值提前时间ΔT=70.8μs(650),可见如果用错用E组试品做参考针,会带来怎样的错误。其他机构测试报告使用了10-15mm曲率半径的参考针,或无法对参考针进行标准核查,所以测试结论严重错误。
读者可能会提出一个疑问,既然针头足够尖就可以提前接闪,为什么针头还要取圆弧状?我们下一起将针头雷击点分布将会讲解。

