大学物理演示实验报告
学生：xx 学号：xx 专业班级：xx 实验名称：避雷针
演示内容：演示尖端放电原理的应用：避雷针。 仪器装置：高压电源、模拟避雷针装置。 【实验原理】 当避雷针演示仪接通静电高压电源后，绝缘支架上的两个金属板带电了。在极板间电压超过1万伏时，由于导体尖端处电荷密度大于金属球处，所以金属尖端附近形成了强电场，在强电场的作用下，空气分子被电离，致使极板和金属尖端之间处于连续的电晕放电状态，即尖端放电现象。而金属球与极板间的电场不能达到火花放电的数值，故金属球不放电。在实际应用中，尖端导体与大地相连接，云层中的电荷通过导体与大地中和，因而避免了人身
和物体遭到雷电等静电的伤害。如高层建筑物顶端都安有高于屋顶物体的金属避雷针。 【实验操作与现象】 1．将静电高压电源正、负极分别接在避雷针演示仪的上下金属板上，把带支架的金属球放在金属板两极之间。接通电压，金属球与上极板间形成火花放电，可听到劈啪声音，并看
到火花。若看不到火花，可将电源电压逐渐加大。演示完毕后，关闭电源。 2．用带绝缘柄的电工钳将带支架的顶端呈圆锥状（尖端）的金属物体也放在金属板两极之间，此时金属球和尖端的高度一致。接通静电高压电源，金属球火花放电现象停止了，但可听到丝丝的电晕放电声，看到尖端与上极板之间形成连续的一条放电火花细线。若看不到
放电火花细线，将电源电压提高。演示完毕后，关闭电源。 【注意事项】 1．由于电源电压较高，关闭电源后，不能完全充分放电，故每一步演示后都应取下电源
任一极与另一极接头相碰触人工进行放电，以确保仪器设备和操作者的安全。 2．晴天演示电源电压应降低些，阴天演示电源电压应提高些。 实验拓展：
1．尖端放电跟火花放电 孤立的导体处于静电平衡时，它的表面各处的面电荷密度与各处表面的曲率有关，曲率
越大的地方，面电荷密度也越大。 尖端上的面电荷密度很大的时候，尖端周围的电场就会很强。空气中离散的带电粒子（电子或者离子）在这强电场的作用下作加速运动时就可能获得足够大的能量，以致它们和空气分子碰撞时，能使后者离散成电子或离子。这些新的电子或离子与其他空气分子相碰，又能产生新的带电粒子。这样就会产生大量的带电粒子。与尖端上的电荷异号的带电粒子受尖端电荷的吸引，飞向尖端，使尖端上的电荷被中和掉；与尖端上电荷同号的带电粒子受到排斥而从尖端附近飞开。从外表看，就好像尖端上的电荷被“喷射”出来放掉一样，所以叫做尖端放电。
而电火花放电是电极间的气体被击穿，形成电流在气体中的通道中呈现明显的电火花，故叫做电火花放电。电晕放电属于尖端放电，电晕放电时，电极间的气体还没有被击穿，是电荷在高电压的作用下发生移动而进行的放电。并且，火花放电的电流都很大，而电晕放电的电流就比较小。 放电尖端与放电球的区别正是在此。放电尖端或者放电球与顶端的导体板形成一个电容器，由于放电尖端比较尖，即放电尖端形成的电容器的两极板的正对面积比较小，所以尖端形成的电容器的电容就要小于放电球形成的电容器的电容，前者所容纳的电荷就要小于后者，当两者聚集相同的电荷时，前者就更容易放电，释放电荷，形成导体通路。云层的电荷就可
以通过这个通路导入大地。所以避雷针要采用尖端装置。
2．避雷针 明白了上述尖端放电及火花放电的原理，也就知道了避雷的原理。其实所谓的“避雷”，并不是阻挡，相反是靠“吸引”来中和电荷，似乎叫“引雷针”更合适。所以避雷针一定要高于被保护的建筑物的突出部分，因为在突出部分能形成畸形的电场，在雷电形成的电路导向地面时就会受到畸形电路的影响，从而改变方向，转向避雷针，而避免了击中建筑物。这样，在避雷针的一定高度下也就形成了一定的安全保护区。保护区的范围跟避雷针的高度是有关的。
3．跟避雷针类似原理 跟避雷针原理相同的还有雷雨天一些参天大树容易被雷击倒。突出的大树受带大量电荷的云层的感应也带了大量的电荷，积累的电荷过多时就被击倒了。同样，雷雨天在空旷的地
面上行走是很危险的，也是容易成为云层跟地面的导体。篇二：避雷器试验报告 篇三：避雷器试验报告 篇四：四川大学 避雷器实验报告 避雷器试验 一．实验目的： 了解阀型避雷器的种类、型号、规格、工作原理及不同种类避雷器的结构和适用范围，
掌握阀型避雷器电气预防性试验的项目、具体内容、试验标准及试验方法。 二．实验项目：
1．fs-10型避雷器试验 （1）．绝缘电阻检查 （2）．工频放电电压测试 2．fz-15型避雷器试验 （1）．绝缘电阻检查 （2）．泄漏电流及非线性系数的测试 三．实验说明： 阀型避雷器分普通型和磁吹型两类，普通型又分fs型（配电型）和fz型（站用型）两种。它们的作用过程都是在雷电波入侵时击穿火花间隙，通过阀片（非线性电阻）泄导雷电流并限制残压值，在雷电过后又通过阀片减小工频续流并通过火花间隙的自然熄弧能力在工频续流第一次过零时切断之，避雷器实际工作时的通流时间≯10ms（半个工频周期）。fs型避雷器的结构最简单，如图4-1所示，由火花间隙和非线性电阻（阀片）串联组成。fz型避雷器的结构特点是在火花间隙上并联有均压电阻（也为非线性电阻），如图4-2所示，增设均压电阻是为了提高避雷器的保护性能，因为多个火花间隙串联后将引起间隙上工频电压分布不均，并随外瓷套电压分布而变化，从而引起避雷器间隙恢复电压的不均匀及不稳定，降低避雷器熄弧能力，同时其工频放电电压也将下降和不稳定。加上均压电阻后，工频电压将按电阻分布，从而大大改善间隙工频电压的分布均匀度，提高避雷器的保护性能。非线性电阻的伏安特性式为：u=ciα，其中c为材料系数，α即为非线性系数（普通型阀片的α≈0.2、磁吹型阀片的α≈0.24、fz型避雷器因均压电阻的影响，其整体α≈0.35～0.45），其伏安
特性曲线如图4-3所示。可见流过 非线性电阻的电流越大，其阻值越小，反之其阻值越大，这种特性对避雷器泄导雷电流并限制残压，减小并切断工频续流都很有利。另外，fs型避雷器的工作电压较低（≤10kv），而fz型避雷器工作电压可做到220kv。fz型避雷器中的非线性电阻（均压电阻和阀片）的热容量较fs型为大，因其工作时要长期流过工频漏电流（很小、微安级）。磁吹型避雷器有fcz型（电站用）和fcd型（旋转电机用）两种，其结构与fz型相似，间隙上都有均压电阻，只是磁吹型避雷器采用磁吹间隙，并配有磁场线圈和辅助间隙。由于以上结构上的不同，所以
对fs型和fz（fcz、fcd）型避雷器的预防性试验项目和标准都有很大的不同。 根据《电力设备预防性试验规程》，对fs型避雷器主要应做绝缘电阻检查和工频放电电压试验，对fz（及fcz、fcd）型避雷器则应做绝缘电阻检查和直流泄漏电流及非线性系数的测试。只有在其解体检修后才要求做工频放电电压试验（需要专门设备）。避雷器其它的预防
性试验还包括底座绝缘电阻的检查、放电计数器的检查及瓷套密封性检查等。 避雷器试验应在每年雷雨季节前及大修后或必要时进行。绝缘电阻的检查应采用电压≥2500v及量程≥2500mω的兆欧表。要求对于fs型避雷器绝缘电阻应不低于2500mω；fz（fcz、
fcd）型避雷器绝缘电阻与前次或同类型的测试值比较，不应有明显差别。 四．仪器设备： 50/5试验装置一套 水阻一只 高压硅堆一只 滤波电容一只 微安表一只 电压表一只
高压静电电压表一只 fs-10型避雷器一只
fz-15型避雷器一只 五．实验接线与fs-10型和fz-15型避雷器的结构原理图 图4-1 fs型避雷器结构及 图4-2 fz型避雷器 电路示意图 电路示意图 图4-4 绝缘电阻测试接线图 图4-5 fs型避雷器工频放电实验接线图 （a）微安表接在避雷器处 （b）微安表接在试验变压器尾端 图4-6 fz型避雷器工频放电实验接线图 六．实验步骤：
1．fs-10型避雷器试验 （1）．绝缘电阻检查 测试接线如图4-4所示，测试前应把避雷器表面清洁干净，检查有无外伤，两端头有无松动及锈蚀。测试时避雷器应竖放，先检查兆欧表的零位和最大偏转位，然后夹好接线，以120转/分的速度匀速摇转兆欧表，读取稳定的读数；为消除表面泄露的影响，可做一屏蔽环
并接于兆欧表的g端，使表面泄露不影响读数。 所测得的绝缘电阻如果小于2500mω，可能是避雷器瓷套密封不良引起内部受潮所至。 （2）．工频放电电压测试 测试接线如图4-5所示，试验电路中应设保护电阻r，用来限制击穿放电时的放电电流，要求将此电流幅值限制到0.7a以下，以避免放电烧坏火花间隙；控制电路应设电流速断保护，要求间隙放电后在0.5s内切断电源。电压测量可在低压侧进行，并通过变比折算出高压侧电压，试验步骤：
①检查接线正确后，接通电源； ②合上高压试验开关，匀速升压（≈2kv/s），直至避雷器击穿放电，并记录此时的电压
值，然后将调压器电压降至零，断开高压试验开关； ③重复步骤②三次，每次间隔时间不小于1min，取三次放电电压平均值为此避雷器的工频放电电压； ④切断电源。
2．fz-15型避雷器试验
（1）．绝缘电阻检查 测试方法与测fs型避雷器绝缘电阻时相同，所不同的是因fz型避雷器火花间隙上并联有均压电阻，故所测得的值比fs型要小得多。规程中没有规定具体数值，但必须做相对比较。如果与前次比较明显偏小，则可能是避雷器瓷套密封不良引起内部受潮；如果明显增大，则
可能是避雷器均压电阻接触不良或断裂所至。 （2）．泄漏电流及非线性系数的测试 测试接线如图4-6所示，注意高压硅堆的方向应使试验电压呈负极性，要求试验电压的脉动系数不大于±1.5%，一般是在回路上并接0.01～0.1μf的滤波电容c，保护电阻r应使避雷器放电时的放电电流不大于硅堆最大允许电流，应直接测量加在避雷器上的试验电压（一般用静电电压表测量），测量准确度应在3级或以上，电导电流可在图中a、b、c三处测量，以a处为优选，注意在c处测量时除避雷器外的其它试验设备的接地端应接于试验变压器的
x端，并空升一次以检查其它泄露情况。电流测量准确度应在0.5级或以上，试验步骤： ①检查接线正确后，接通电源； ②合上高压试验开关，匀速升压（≈2kv/s）至u1，记录此时的电导电流（i1），然后继续匀速升压至u2，并记录此时的电导电流（i2），完毕后将电压降至零，断开高压试验开关，切断电源；
③放电，对滤波电容。一般先通过电阻放电，然后再直接放电并挂上接地线。 七、现场实验接线图
fz-15避雷器泄漏电流及非线性系数的测试实验实物接线图如下两图所示 篇五：高电压避雷器实验报告 实验四．避雷器试验 一．实验目的： 1．了解阀型避雷器的种类、型号、规格、工作原理及不同种类避雷器的结构和适用范围，
2．掌握阀型避雷器电气预防性试验的项目、具体内容、试验标准及试验方法。 二．实验项目：
1．fs-10 型避雷器试验 （1）．绝缘电阻检查 （2）．工频放电电压测试 2．fz-15 型避雷器试验 （1）．绝缘电阻检查 （2）．泄漏电流及非线性系数的测试 三．仪器设备： 50/5 试验装置一套、水阻一只、高压硅堆一只、滤波电容一只、微安表一只、电压表一
只、高压静电电压表一只、fs-10 型避雷器一只、fz-15 型避雷器一只 四．实验说明： 阀型避雷器分普通型和磁吹型两类，普通型又分fs型（配电型）和fz型（站用型）两种。它们的作用过程都是在雷电波入侵时击穿火花间隙，通过阀片（非线性电阻）泄导雷电流并限制残压值，在雷电过后又通过阀片减小工频续流并通过火花间隙的自然熄弧能力在工频续流第一次过零时切断之，避雷器实际工作时的通流时间≯10ms（半个工频周期）。fs型避雷器的结构最简单，如图4-1所示，由火花间隙和非线性电阻（阀片）串联组成。fz型避雷器的结构特点是在火花间隙上并联有均压电阻（也为非线性电阻），如图4-2所示，增设均压电阻是为了提高避雷器的保护性能，因为多个火花间隙串联后将引起间隙上工频电压分布不均，并随外瓷套电压分布而变化，从而引起避雷器间隙恢复电压的不均匀及不稳定，降低避雷器熄弧能力，同时其工频放电电压也将下降和不稳定。加上均压电阻后，工频电压将按电阻分布，从而大大改善间隙工频电压的分布均匀度，提高避雷器的保护性能。非线性电阻的伏安特性式为：u=ciα，其中c为材料系数，α即为非线性系数（普通型阀片的α≈0.2、
磁吹型阀片的α≈0.24、fz型避雷器因均压电阻的影响，其整体α≈0.35～0.45），其伏安特性曲线如图4-3所示。可见流过非线性电阻的电流越大，其阻值越小，反之其阻值越大，这种特性对避雷器泄导雷电流并限制残压，减小并切断工频续流都很有利。另外，fs型避雷器的工作电压较低（≤10kv），而fz型避雷器工作电压可做到220kv。fz型避雷器中的非线性电阻（均压电阻和阀片）的热容量较fs型为大，因其工作时要长期流过工频漏电流（很小、微安级）。磁吹型避雷器有fcz型（电站用）和fcd型（旋转电机用）两种，其结构与fz型相似，间隙上都有均压电阻，只是磁吹型避雷器采用磁吹间隙，并配有磁场线圈和辅助间隙。由于以上结构上的不同，所以对fs型和fz（fcz、fcd）型避雷器的预防性试验项目和标准都有很大的不同。 根据《电力设备预防性试验规程》，对fs型避雷器主要应做绝缘电阻检查和工频放电电
压试 验，对fz（及fcz、fcd）型避雷器则应做绝缘电阻检查和直流泄漏电流及非线性系数的测试。只有在其解体检修后才要求做工频放电电压试验（需要专门设备）。避雷器其它的预防
性试验还包括底座绝缘电阻的检查、放电计数器的检查及瓷套密封性检查等。 避雷器试验应在每年雷雨季节前及大修后或必要时进行。绝缘电阻的检查应采用电压≥2500v及量程≥2500mω的兆欧表。要求对于fs型避雷器绝缘电阻应不低于2500mω；fz（fcz、fcd）型避雷器绝缘电阻与前次或同类型的测试值比较，不应有明显差别。fs型避雷器的工
频放电电压试验的合格值如表4-1所列。 表4-1 fs型避雷器的工频放电电压值： fz型避雷器的直流泄漏电流及非线性系数的测试的试验电压及电导电流值如表4-2所列，所测泄漏电流值还应与历年数据相比较，不应有显著变化，同相元件电导电流差值不应大于30%。
表4-2 fz型避雷器的直流泄漏试验电压及电导电流值： 电导电流差值按式4-1计算： imax?imin ?i?%???100% imax
非线性系数按式4-2计算： （式4-1） ?u2?
?log??u??1??? ?i2?
?log??i??1? （式4-2）
同相组合元件的非线性系数差值不应大于0.05。 图4-1 fs型避雷器结构及 图4-2 fz型避雷器 图4-3 非线性电阻的 电路示意图 电路示意图 伏安特性曲线 五．实验接线： 图 4-4 绝缘电阻测试接线图 图4-5 fs 型避雷器工频
放电实验接线图 （a）微安表接在避雷器处 （b）微安表接在试验变压器尾端
六．实验步骤：
1．fs-10 型避雷器试验