1、1毕业设计开题报告通信工程人工温湿度环境模拟室构建研究一、选题的背景与意义由于社会经济的发展及人民生活水平的提高，我国对电力的需求也成飞速发展，这导致了大规模的电网建设和长线路的高压线铺架。而由此产生了电力设备的电晕放电的危害。电晕放电现象是指当导线或者电极表面的电场强度超过一定阈值后周围气体发生局部电离而产生的一种自持放电现象。在我国电力系统事故方面，每年电晕放电所带来的事故危害仅次于雷害事故。另外，电晕放电还会带来功率损耗、无线通信干扰以及噪声干扰等问题15。因而对电晕放电的检测和预防具有重要意义。目前国内对于电晕放电的检测技术主要有红外热成像检测、超声探测、脉冲电流法及紫外探测等。上述有
2、些方法虽然在对于电力设备的保障性检测中起到了一定的作用，但还存在诸如抗干扰能力差、故障前检测不灵敏及受目标与探测器之间的环境和距离影响等问题。由于紫外探测技术具有不停电、远距离等优点13，能够及时检测到电晕放电现象和故障。因此，国内外对于紫外探测技术在电晕放电检测的应用均进行了广泛的研究。然而国内与西方国家在此方面的差距很大且存在技术上的封锁，再加上国内在紫外非成像探测技术方面的成果极少、单元探测仪在电晕源定位方面又存在不足及没有考虑电晕紫外辐射传输消光系数的影响611，所以对于这些方面的研究显得紧迫和重要。电晕放电强度无论是漏电流强度还是紫外强度均受温湿度的影响45。但是在开放式的大气环境中
3、，对电晕放电现象的研究存在不易找到测试点、实验周期长、代价高等问题。而构建人工温湿度模拟室可以提高实验的可重复性和便捷性1216。因此对本课题的研究可以极大地便利和推动有关电晕放电现象的研究。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题不同于普通的温湿度控制箱，本课题关于人工温湿度环境模拟室的构建需要考虑波段辐射测量模块、光谱辐射测量模块等的开发和位置放置。其主要的构成2分为1构建一个适当体积的温湿度控制箱考虑温湿度控制箱的体积大小需要结合电晕放电被测对象、加热器和加湿器、波段辐射测量模块和光谱辐射测量模块等的位置放置及大小这些因素。2加热器及加湿器的选择控制加热器和加湿器的选择控制，需要考虑采用何种
4、方式进行控制。另外，还要选择温湿度控制用的传感器模块，即采用何种传感器对温度或湿度进行采集。为了实时地控制模块，还要加入显示装置以保证数据的测量和监控。另外，对于电晕放电被测对象，为了保证测试数据的质量和有效性，温湿度的控制要保证在被测对象周围的一定范围内的温度和湿度的均匀性。3光谱辐射测量的设计光谱辐射测量应该考虑采用何种方式从辐射的光波里滤波筛选出所要测的波长并检测该波段的辐射强度。光谱辐射测量是针对不同的波长进行辐射强度的测量，从而可以为研究温湿度变化对电晕放电现象所产生的光波中不同波长影响的程度提供实验平台。故而这对所接收的光波的滤波和强度测量有较高的要求。4气候箱温湿度控制的评估气候
5、箱温湿度的控制，首先需要根据试验的要求，进行温湿度控制的指标设定；其次根据该指标，进行对温湿度的控制的试验，评估数据是否达到预设指标的要求。三、研究的方法与技术路线人工温室度环境模拟室根据其所要求的功能，其大致的构建框图如下图1所示335CM温湿度控制模块人工温湿度控制箱加热器加热器单色仪PMT加湿器模块加湿器模块电晕放电装置图1人工温室度环境模拟室的大致构建框图针对各个模块，本课题拟采用的技术路线如下所示1温湿度控制模块、继电器及外围电路的购买对于温湿度控制，可以购买市场上已现有的技术发展比较成熟的温度、湿度控制模块、继电器等。其中的继电器是用于对湿度进行控制。2对光路进行设计，调整好光谱辐
6、射测量位置光谱辐射测量部分如图1所示，可采用单色仪进行滤波筛选，然后利用光电倍增管（PMT）对所得的波进行强度测量。单色仪一般是采用光栅将具有一定带宽的光源分离成波长范围极窄单色光的仪器。对PMT输出的电信号，可采用示波器进行测量。另外，为了保证测量得到的数据的质量，需要考虑如何放置光谱辐射测量。3气候箱温湿度控制的评估气候箱需要保证对电晕放电被测对象的周围一定范围内环境的温湿度保持均匀性。根据所查阅的文献及相关的估计，预设规定该范围在被测对象周围半径约为35CM内。对于温度的控制可从35C以上进行步进为5C的逐步测量，温度控制模块的精度在C1范围内。对于相对湿度的控制，可选定在9010范围，
7、精度为3。四、研究的总体安排与进度1、2010113020101211查阅相关文献，确立研究方向；2、2010121220101225完成开题报告，准备开题答辩；3、2010122620110131构建温湿度箱，对温湿度模块、继电器等的4购买，编程实现温湿度的控制，并完成文献综述；4、2011021520110301购买单色仪及光电倍增管，完成光谱辐射测量装置，翻译英文文献；5、2011030220110410对温湿度箱的温湿度控制效果进行评估，调试程序以达到预测指标，并对光谱辐射测量装置进行数据的测试及评估；6、2011041120110425撰写毕业论文，准备答辩。五、主要参考文献1张海峰
8、,庞其昌,李洪,张工力基于UV光谱技术的高压电晕放电检测J光子学报,2006,358116211662匡红刚,张占龙基于紫外光功率法的电力设备电晕放电检测仪J现代科学仪器,2009,436393陈磊紫外检测技术在云南电网的应用J云南电力技术,2009,37329304CFGALLO,JEGERMANOS,ANDJECOURTNEYTHEEFFECTOFHUMIDITYANDTEMPERATUREVARIATIONSONTHEBEHAVIOROFWIRETOPLANECORONASJAPPLIEDOPTICS,1969,811111195沙峰,王子俨,安冰温度、湿度对电晕笼中直流导线电晕电流的影
9、响J东北电力大学学报,2009,29660636周兵,马英庆,王文华智能温湿度调节仪J研究与开发,2002,1153547薛玲,孙曼,张志会,夏莉丽,魏希文基于单片机AT89S51的温湿度控制仪J化工自动化及仪表,2010,37766698王勇,毛帅,高雅亭基于ARM的机房温湿度智能控制系统设计J重庆理工大学学报自然科学,2010,24796999傅晨钊,周建国,肖嵘,李颖紫外电晕检测仪检测线路绝缘子的模拟试验J华东电力,2005,336505310章明朝,宋慧营,周跃,高松涛,闫丰,隋永新,杨怀江“日盲”紫外电晕探测系统定标J光电工程,2010,37413514011惠建峰,关志成,王黎明,
10、麻敏华,李秋玮正直流电晕特性随气压和湿度变化的5研究J中国电机工程学报,2007,2733535812王清亮,张璐,李舟,范建斌,殷禹,谷深,张乔根空气湿度对导线电晕起始电压的影响J电力建设,2009,308384113LAZHARHEROUS,MOHAMEDNEMAMCHA,MOKDADREMADNIA,LUCIANDASCALESCUFACTORSTHATINFLUENCETHESURFACEPOTENTIALDECAYONATHINFILMOFPOLYETHYLENETEREPHTHALATEPETJJOURNALOFELECTROSTATICS,2009,6719820214彭敏文,李
11、伟科,崔华特高压直流试验基地电晕笼结构设计J电力建设,2008,2914515唐剑,杨迎建,何金良,陈维江,邬雄,谷山强1000KV级特高压交流电晕笼设计关键问题探讨J高电压技术,2007,3341516YUKIONAKANO,YOSHITAKASUNAGAAVAILABILITYOFCORONACAGEFORPREDICTINGAUDIBLENOISEGENERATEDFROMHDVCTRANSMISSIONLINEJIEEETRANSACTIONSONPOWERDELIVERY,1989,42142214316毕业设计文献综述通信工程人工温湿度环境模拟室构建研究摘要我国加快经济建设的步伐的
12、同时也促进了电力网的建设，这使得电线的电晕放电现象成为一个不可忽视的问题。本问针对在户外研究电晕放电现象带来的不便，介绍了构建一温湿度环境模拟室的可行性及其构建。由于气体放电现象会产生漏电流和辐射光谱，故在模拟室构建中还需考虑各个测量模块（例如光谱辐射测量和温湿度测量）及其布局。关键词电晕放电；温湿度控制；光谱辐射；模拟室0引言我国在大力发展生产力的同时也提高了对电力的需求，这促使了电力网的大规模建设，而由此产生了电力设备的电晕放电的危害。电晕放电现象是指当导线或电极表面的电场强度不断积累并超过一定阈值后其周围气体发生局部电离而产生的一种自持放电现象。电晕放电会带来各类问题如能量损耗、无线干扰
13、以及噪音干扰等等。因此，对检测电晕放电现象的研究具有迫切性。对于电晕放电的检测技术，目前国内外有超声探测、红外热成像检测、紫外探测等。虽然其中有些方法在对于电力设备的保障性检测中起到了一定的作用，但还存在诸如抗干扰能力差、故障前检测不灵敏及受目标与探测器之间的环境和距离影响等问题1,2。而紫外探测技术因其远距离、不停电等优点13在近几年受到广泛关注。然而，电晕放电强度无论是漏电流强度还是紫外强度均受温湿度的影响4,5。但是对于在户外环境中的电晕放电现象的研究存在实验周期长、不易找到测试点、代价高等问题。如果构建人工温湿度环境模拟室，就可以提高实验的可重复性和便捷性。所以，有必要对该方面进行相关
14、的研究。针对电晕放电现象，人工温湿度环境模拟室除了需构建温湿度控制箱、选择控制加热器及加湿器外，还需要进行光谱辐射测量。1模拟室的构建目前对于电晕、电弧等放电现象的模拟室的构建，国内的研究比较少。不同于普通的温湿度控制箱，人工温湿度环境模拟室的构建需要考虑为不同各种测量模块的空间分布。这要求对模拟室的构建有总体上的布局和把握。沙峰等5采用的测量系统试验接线如图1所示。先由变压器输出高压，再经过硅堆进行半波整流，形成直流。其导线采用4MM2、半径为0113CM的光滑铜线。电晕笼直径300MM，7长为LM，分为三段；中间的一段长为50CM，作为测量段；两端分别长为25CM，作为保护段。对电晕电流的
15、测量是通过一万用表串接在电晕笼壁和地之间进行的。电容绝缘子变压器保护电阻硅堆电流表电晕笼气候室/气候罐图1试验连线惠建峰等6提出的实验装置如图2所示。采用不锈钢制成的棒板电极，棒电极和平板电极的直径分别为1MM和25CM，两者之间的距离为4CM。平板电极通过阻值为50的无感的电阻来测量电晕脉冲，另外通过一接地的微安表来测量电晕电流。对棒电极施加正极性的直流电压。在图2中所示的气压罐（直径为08M，高为1M）内放置棒板电极。一真空泵置于气压罐下方以调整罐内气压。湿度的升降分别依赖加湿器及干空气，且升降的切换由一个三通阀门完成。电阻微安表三通阀门加湿器干空气真空泵气压罐UA高压直流电源示波器图2实
16、验装置示意图王清亮等7采用的试验电路如图3所示，采用一直径为50CM，长为80CM的有机玻璃制成的密闭筒型容器作为模拟室。同轴式的线筒电极分别采用09MM直径的光洁铜导线作为高压线电极及125CM直径的铝网制成筒电极。该筒电极与地相连，且在其两边设均压环，这是为了避免边界的电场发生畸变从而影响电晕特性。为了使加湿器的湿气效果成细雾状，该试验电路对其采用了超声技术。空间湿度需在加湿后静置四小时以上才能达到所要的均匀性。湿度的测量可以事先在其内放置一电子湿度计以记录数据。该试验的过程中，在保持室内温度在16士15左右及室内湿度稳定之后的条件下，逐渐提高线电极的电压以产生电晕放电。电晕电流的测量是通
17、过利用毫伏表对10K的无感电阻测量所得。电晕脉冲的测量则是采用了频谱带宽较宽的罗哥夫斯基线圈。对该试验电路进8行测量，可以基本满足测量，其中测试频率范围在0396MHZ到120MHZ之间。V1TR1BSCROV2AHEDR2LMC图3电晕试验电路2温湿度控制国内在温湿度控制方面的技术还是比较成熟的。此类控制系统一般包括检测和控制两大部分。其总体原理框图如图4所示。温度检测温度控制输出湿度控制输出湿度检测控制系统图4温湿度控制的总体原理框图周兵等8以AT89C51单片机为控制核心，采用热敏电阻传感器及高分子电容湿敏元件分别作为温度检测和湿度检测的传感器，通过A/D转换器实现温度和湿度的指示和调节
18、，可实现的湿度的精度在25之间，而温度的精度在05或1左右。薛玲等9以AT89S51单片机为核心，采用SHT11型智能化温度/湿度传感器，通过A/D转换器以数字量的形式存储和显示数据，经过简单的运算，发出各种控制命令，并能动态地显示当前温湿度值，设定目标控制温湿度值，其最终的温度误差可控制在CO10左右。王勇等10以LPC2114芯片为控制单元，对温度和湿度的检测分别采用数字温度传感器DS18B20及HS1101电容传感器，利用温控设备和湿度控制设备对室内温湿度进行相应的调节，其中固有的温度的测量分辨率是05CO。3紫外光谱辐射测量因电晕放电的波长范围为230405NM，其中在240280NM
19、的光谱段（属于UVC波段）内太阳辐射几乎被地球的臭氧层所吸收，因此UVC波段的紫外探测为电晕放电提供了一种有效的手段1。傅晨钊等11采用的紫外探测仪先将进入的光线通过一分光镜分成两路一路用于产生可9见的图像，而另一路通过一紫外光滤镜以滤去除紫外线以外的部分，放大后在CCD上可以得到所要的紫外图像。章明朝等12人的“日盲”紫外电晕探测系统的设计是首先利用一个物镜系统对目标进行电晕成像；再通过紫外滤光片滤除所要区域以外的辐射；最后利用ICCD对形成的电晕图像进行光电转换。其次级标准光源采用NIST标定的氘灯，实现对辐射亮度的定标。该最终实现的定标结果表明对于辐射亮度，其最大的理论值与测量值的相对误
20、差约为611；而该定标方法的不确定性约为91。4结语在开放式的大气环境中，检测电晕放电现象的特性会带来许多不便。因此有必要构建一个人工温湿度模拟室以提高实验的可重复性及便捷性。模拟室的构建需要考虑温湿度控制模块、光谱辐射测量模块等各个模块的布置。其中，温湿度控制模块一般选用嵌入式控制器来完成数据的检测和温湿度的调节；而对于光谱辐射测量模块，需将输入的光线进行紫外滤光的处理，再对其强度进行测量。此外，温湿度模拟室的构建需要综合考虑整体上的布局以保证各个模块测量数据的有效性。参考文献1张海峰,庞其昌,李洪,张工力基于UV光谱技术的高压电晕放电检测J光子学报,2006,358116211662匡红刚
21、,张占龙基于紫外光功率法的电力设备电晕放电检测仪J现代科学仪器,2009,436393陈磊紫外检测技术在云南电网的应用J云南电力技术,2009,37329304CFGALLO,JEGERMANOS,ANDJECOURTNEYTHEEFFECTOFHUMIDITYANDTEMPERATUREVARIATIONSONTHEBEHAVIOROFWIRETOPLANECORONASJAPPLIEDOPTICS,1969,811111195沙峰,王子俨,安冰温度、湿度对电晕笼中直流导线电晕电流的影响J东北电力大学学报,2009,29660636惠建峰,关志成,王黎明,麻敏华,李秋玮正直流电晕特性随气压和
22、湿度变化的研究J中国电机工程学报,2007,273353587王清亮,张璐,李舟,范建斌,殷禹,谷深,张乔根空气湿度对导线电晕起始电压的影响J电力建设,2009,30838418周兵,马英庆,王文华智能温湿度调节仪J研究与开发,2002,1153549薛玲,孙曼,张志会,夏莉丽,魏希文基于单片机AT89S51的温湿度控制仪J化工自动化及仪表,2010,377666910王勇,毛帅,高雅亭基于ARM的机房温湿度智能控制系统设计J重庆理工大学学报自然科学,2010,24796991011傅晨钊,周建国,肖嵘,李颖紫外电晕检测仪检测线路绝缘子的模拟试验J华东电力,2005,336505312章明朝,
23、宋慧营,周跃,高松涛,闫丰,隋永新,杨怀江“日盲”紫外电晕探测系统定标J光电工程,2010,37413514013LAZHARHEROUS,MOHAMEDNEMAMCHA,MOKDADREMADNIA,LUCIANDASCALESCUFACTORSTHATINFLUENCETHESURFACEPOTENTIALDECAYONATHINFILMOFPOLYETHYLENETEREPHTHALATEPETJJOURNALOFELECTROSTATICS,2009,6719820214彭敏文,李伟科,崔华特高压直流试验基地电晕笼结构设计J电力建设,2008,2914515唐剑,杨迎建,何金良,陈维江
24、,邬雄,谷山强1000KV级特高压交流电晕笼设计关键问题探讨J高电压技术,2007,3341516YUKIONAKANO,YOSHITAKASUNAGAAVAILABILITYOFCORONACAGEFORPREDICTINGAUDIBLENOISEGENERATEDFROMHDVCTRANSMISSIONLINEJIEEETRANSACTIONSONPOWERDELIVERY,1989,421422143111本科毕业设计（20届）人工温湿度环境模拟室构建研究12摘要【摘要】我国在发展经济的同时也加快了电力工程的建设，由此带来了电力设备电晕放电的危害。然而，在户外对电晕放电现象的研究会带来不
25、易找到测试点、实验周期长、代价高等问题。针对这些问题，本设计提出了温湿度环境模拟室的方案。本设计从温湿度控制的实现、模块的布局以及零件装配等方面出发来完成模拟室的构建，通过传热学、绝对湿度和相对湿度等一些基本原理及概念，对加热器的功率以及加湿器的加湿量进行计算从而指导如何选择加热器和加湿器；经过各种传感器之间的性能比较，选购了型号为THC70的温湿度控制模块及相应的温湿度传感器。经过测试，本设计基本满足温湿度控制的要求，为电晕放电现象的研究带来了方便。【关键词】电晕放电；模拟室；导热；温湿度均匀性。13ABSTRACT【ABSTRACT】WITHTHEDEVELOPMENTOFTHECOUNT
26、RYSECONOMY,THECONSTRUCTIONOFELECTRICPOWERENGINEERINGHASBEENSPEDUP,BRINGINGTHEHARMOFCORONADISCHARGEOFPOWEREQUIPMENTHOWEVER,THEOUTDOORRESEARCHESONCORONADISCHARGEHAVEPROBLEMSSUCHASTHEDIFFICULTYINFINDINGTESTPOINTS,LONGEXPERIMENTALPERIODANDHIGHCOSTINORDERTOSOLVETHESEPROBLEMS,THISDESIGNPROPOSESASCHEMEOFTH
27、ECONSTRUCTIONOFANARTIFICIALTEMPERATUREANDHUMIDITYSIMULATIONCHAMBERTHISDESIGNWASFINISHEDINTHEASPECTSOFTHEIMPLEMENTATIONOFTEMPERATUREANDHUMIDITYCONTROL,MODULELAYOUTANDPARTASSEMBLYWITHTHEFUNDAMENTALPRINCIPLESANDCONCEPTSOFHEATTRANSFERTHEORY,ABSOLUTEHUMIDITYANDRELATIVEHUMIDITY,THEHEATERPOWERANDTHEHUMIDIF
28、ICATIONOFHUMIDIFIERWERECOMPUTED,THUSLEADINGTOHOWTOCHOOSEHEATERANDHUMIDIFIERCOMPARINGWITHDIFFERENTSENSORS,WESELECTEDTHEMODULETHC70OFTEMPERATUREANDHUMIDITYCONTROLANDTHECORRESPONDINGTEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORSAFTERTESTING,THISDESIGNFUNDAMENTALLYSATISFIEDTHEREQUIREMENTSOFTEMPERATUREANDHUMIDITYCONTROL,
29、MAKINGTHERESEARCHESONCORONADISCHARGEPROCEEDMORECONVENIENTLY【KEYWORDS】CORONADISCHARGESIMULATIONCHAMBERHEATCONDUCTINGTHEUNIFORMITYOFTEMPERATUREANDHUMIDITY14目录1引言162模拟室的整体构建基础1721模拟室的构建前提及依据1722模拟室的体积设计1723模拟室的材料选择1824模拟室的整体构造实现183温湿度控制原理及设计2131关于湿度的基本概念和公式21311绝对湿度21312相对湿度21313饱和湿度2232湿度控制设计22321湿度传感
30、器的选择22322湿度控制的相关计算24323加湿器的选择2533传热学基本原理26331导热26332对流27333热辐射2834温度控制设计29341温度传感器的选择29342模拟室的热传递方式30343加热器的选择304温湿度控制实现3841温湿度控制模块介绍38411温湿度控制器技术规格38412温湿度控制器参数设置说明3842固态继电器SSR选择4043外围电路的设计415零件装配及外壳接地4351零件装配4352外壳接地446数据测试及分析4561温湿度控制测试及分析45611加热数据测试及分析45612加湿数据测试及分析4762温湿度均匀性测试487总结50参考文献51致谢错误未
31、定义书签。15附录52161引言随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国的电力需求增速飞快，这也促成了电网建设的大规模发展及长线路的高压线投资建设。据国家能源局发布的数据，我国在2009年对电网的投资达38471亿元，同比增长3289，占全国电力工程总投资的509。此外，全国用电量也成快速增长，2010年我国全社会的用电量达到419万亿度电，较上年增长1456。电力网的大规模建设及供电要求的不断增加使得电力设备存在诸多隐患如老化问题、过负荷问题、电晕放电问题等，其中电晕放电是主要的危害之一。据估测，每年的电晕放电所带来的危害仅次于雷电事故所带来的危害。电晕放电是指当导线或者电极表面
32、的电场强度超过一定阈值后其周围气体发生局部电离而产生的一种气体自持放电现象。电晕放电带来的危害主要包括电能损耗、无线通信干扰以及噪声干扰，其中电晕放电所造成的电能损耗每年可达205亿度电1。减少电晕放电危害的一种方法就是尽早避免电晕放电，这要求及时对电晕放电现象进行检测。如何对电晕放电进行有效快速地检测是解决该问题的关键。对于电晕放电的检测技术，目前国内外主要有红外热成像检测、脉冲电流法、目视观察法及紫外探测等技术1,2。电晕放电过程中除了产生漏电流之外，还会产生NO、OH等自由基活性物质，并会放出声波及辐射光谱3,4。通过分析，辐射光谱包括可见光、红外光及紫外光三个光谱谱段。上述的各个检测方
33、法就是通过电晕放电过程中所伴随的各种现象所进行的。目视观察法的缺点在于观察目标往往较小且其强度弱，用肉眼观察存在很大的困难。对于脉冲电流法，需在实地环境中对电力设备进行检测，该方法往往会受到电磁场的干扰，即使采取措施抑制电磁干扰，也无法避免随机脉冲的影响4。红外热成像是一种将检测到的红外图像转换成可视化图像的波长转换技术。虽然其避免了电磁场的干扰，但是日光的干扰、大气环境及与被检测对象的探测距离会影响到目标对象的红外辐射能量的检测，例如大气中的二氧化碳、水汽等气体分子会降低传输的红外辐射。而对于紫外探测技术，由于辐射到地球表面的太阳光中紫外线波长只在300400NM之间，其中紫外光波长定义在范
34、围为100400NM之间。而我们所要研究的电晕放电现象所产生的紫外辐射光谱范围为230450NM。因此在230300NM这段不受到太阳光的影响，其中我们将240280NM的光谱范围称为太阳盲区。由上可知，我们可以利用这段太阳盲区对电晕放电现象进行检测，这克服了红外热成像所带来的不足。紫外探测技术还可以在不改变电力设备的运行状态的前提之下对电力设备的电晕状况进行检测即具有不停电的优点1113。目前紫外探测技术在国外发展较快，例如在军事应用中，美国、欧洲等国家和地区所开发的紫外摄像设备已经具有了较高的灵敏度和适当的波长范围；而采用紫外探测技术用于检测电晕放电现象这一方法只在以色列有所报道1。在国内
35、，对于紫外探测技术的研究还在起步阶段。因此，加紧对紫外探测技术的研究显得迫切和重要。由上述可知，电晕放电现象常伴有漏电流和辐射光谱的产生，但是其漏电流强度和紫外辐射光谱强度均受周围环境因素的影响，例如温度和湿度等5,6。然而，倘若在开放式的大气环境中对电晕放电现象进行研究，由于大气环境因素的复杂性和不稳定性便会给研究工作带来难以找到测试点、实验周期长、代价高等诸多问题。如果能够在一个适当大小的可模拟温湿度环境的密闭空间里进行研究工作，那么这无疑会提高实验的可操作性及可重复性，为研究工作的顺利进行带来极大的方便。此外，对于本课题的研究还可以极大地推动其他有关电晕放电现象的研究。172模拟室的整体
36、构建基础21模拟室的构建前提及依据如果在户外环境中对导线或其他电力设备进行电晕放电的测试，则会存在难以找到测试点、实验周期长、投资大等问题。减少投资成本、提高实验的可控性也是构建模拟室的前提和基础。模拟室的构建还需要考虑的一个前提是在一个密闭空间里能否真实模拟实地环境中的电晕放电现象。根据文献6及文献7，导线以及其他电力设备的电晕性质主要由电力设备周围的电场强度决定的，而对于导线而言，需要建立一个假设条件不管周围导线的电极安排如何，导线的电晕现象所产生的漏电流强度是由导线的“真实”最大表面梯度决定的。根据这一假设条件，可以在电晕笼中对单一导线进行测试，而不用去考虑其他导线如何安排；该假设也可以
37、同样应用于其他的电力设备，如绝缘子、变压器等。根据文献6，在一个不大的电晕笼中对尺寸较小的导线施加比较低的电压也可以得到与特高压试验中导线周围的电场强度相近的电场，因此电晕笼具有模拟实地环境的可行性。然而，构建一个专门针对导线的电晕笼不能够反映所有电力设备的电晕特性。为了使电晕笼的设计以及在该电晕笼进行的试验能够具有普遍性，则需要考虑进行何种放电形式。根据电晕放电现象的定义，在导线或者电极表面的电场强度超过一定阈值后，周围气体发生局部电离；在曲率很大即曲率半径小的导线或电极的的附近电场强度容易积聚从而更易发生电晕放电现象。鉴于该情况，在构建模拟室时可以考虑采用尖板电极方式进行放电，即在理论上研
38、究曲率达到几乎最大的情况下电晕放电的特性。这样做的理由是一方面尖板电极放电不像导线放电需要加特高电压即更容易产生电晕放电现象，这不仅可以降低实验因为加大电压所带来的各种开销，还可以进一步保证实验人员的安全性；另一方面，尖板电极这一放电方式提取了各种设备放电的共同特性即曲率很大的情况下往往容易产生电晕放电现象，这使得这种放电方式具有研究的普遍性。通过对尖板电极方式电晕放电的研究，虽然我们无法得到关于导线或绝缘子等电力设备的具有针对性的结论，但是我们可以得到电晕放电现象本身的一些特性。22模拟室的体积设计由于模拟室构建本身是为了更好地为下一步电晕放电现象的研究服务。因此，在设计模拟室的一开始就要考
39、虑到后期可能会用到的各个模块所占的大小和位置把放。模拟室的体积设计需要考虑到的模块有尖板电极放电模块、加热加湿器模块、温湿度传感器模块、温湿度控制模块、波段辐射测量模块、漏电流测量、光谱辐射测量模块等。为了使其更方便地进行试验，可以将部分模块放于模拟室外部，另一部分则放于模拟室内部。这需要对模块本身在实验中起到的作用进行分析。可以这样分类将与模拟室的环境因素或实验研究的对象直接性决定关系的模块放于模拟室内部；将与模拟室的环境因素或实验研究的对象间接关联的模块可以放于模拟室外部，但是如果由于本身模块的性质要求如测量距离不能太远、测量的是环境因素等，也可以放于模拟室内部；将与模拟室环境因素或实验研
40、究的对象关联较小且需要有实验人员参与（控制、观察等）或会受模拟室内部环境影响或者是会影响模拟室内部研究对象特性的模块放于模拟室外部。根据这一分类，第一种情况的模块包括尖板电极放电模块、加热加湿器模块，将这两种模块放于模拟室内部，不过也可以为加热器和加湿器添置通道进行加热或加湿；第二种情况包括温湿度传感器模块、波段辐射测量模块、漏电流测量模块和光谱辐射测量模块，由于18温湿度传感器模块是要对模拟室内部的环境因素进行直接地数据采集，故可将温湿度传感器模块放于模拟室内部；第三种情况包括温湿度控制模块，该模块一方面与模拟室环境因素或研究对象的关联较小，另一方面又需要实验人员进行操作，故这两点决定了该模
41、块必须放在模拟室的外部。根据上面的分析，放于实验室内部的有尖板电极放电模块、加热器加湿器模块和温湿度传感器模块。在不考虑各个模块的形状条件下，只考虑各个模块最大的长宽高所构成的体积以及各个模块之间预留的空间距离。考虑尖板电极放电模块的规格为CM505050；考虑加热器的规格为CM252525，共2个；考虑加湿器的规格为CM101010，共2个；考虑温湿度传感器的规格为CM888，共1个。保留尖板电极放电模块放电部分周围一定范围的空间以不受其他模块的干扰和保持温湿度参数的稳定性及均匀性。综合上面的因素，设定模拟室的体积为M111。根据这一体积设定，倘若将加热器、加湿器模块均放在模拟室的底部，则预
42、留的空间大致为841238105CM3，相当于规格为CM949494，足以保证尖板电极放电模块放电部分周围的空间要求。当然实际情况中，各个模块的大小形状各异，这里的计算只是为了说明设计一个M111大小的模拟室足以容纳放电模块及加热器等附加的模块。23模拟室的材料选择为了模拟室的整体构造的稳定性，选择可拆卸的钢架作为M111的模拟室框架。对于模拟室的六个面，考虑材料的保温性和绝缘性，选择参数较为合适的且易于裁剪的材料作为平面的材料。为此，我们选购了如下两种材料来作为模拟室的外壳，其特性及相关的应用介绍如下环氧树脂的特性环氧树脂是将聚醚液体通过一特殊的固化过程后转化成熔固体而制成的。在多数情况中，
43、树脂是表氯醇和双酚A之间的化学反应制成的。环氧树脂有许多不用的应用比如在工业工具应用中，可用来制造薄板、夹具和模子等；在电子产业中，可用来制造绝缘体、变压器、发电机和开关设备等。其材质通常比较坚固且耐用，其热导率为02W/MK。发泡聚苯乙烯（EPS）的特性发泡聚苯乙烯是一种坚硬的且闭孔的泡沫，通常为白色。熟悉的应用包括建筑保温的模压板、易碎物品的包装材料等。热电阻通常约为28MK/W，即热导率为00357W/MK。其密度范围约为16640KG/M3。选购的环氧树脂板的厚度为4MM，而发泡聚苯乙烯泡沫的厚度为20MM。在制作外壳的过程中，先将发泡聚苯乙烯泡沫作为里面的一层起到保温绝缘的作用，再利
44、用703硅橡胶将环氧树脂板与泡沫粘合作为模拟室的外壳，起到保护里面一层泡沫的作用。24模拟室的整体构造实现模拟室的整体构造实现需要考虑模块的布局。模块的布局安排最大的原则就是要让最终得到的实验数据准确有效。对于温湿度控制模拟室而言，如何保证数据的有效性，考虑的因素有温湿度在模拟室各个点的数值相差不大即保持温湿度的均匀性、各个模块不受电晕放电影响或者模块对电晕放电现象影响最小。根据这两点，首先考虑尖板电极放电模块，为了温湿度的分布均匀，将其放在模拟室的中央；对于两个加热器，为了加热更加均匀，将它们以对角的方式置于模拟室底部，同理加湿器也这样放置；对于温湿度检测模块，一方面不能将传感器放于电晕的放
45、电范围内，但另一方面又需要保证测得的温湿度更能代表放电范围的数据，因此将温湿度传感器固定于放电范围等高的内壁上。对于波段辐射测量模块、光谱辐射测量模块和火焰探测模块而言，两者均需要对放电时的光谱进行强度的探测。因此两者的观察应对准放电范围，因此需要在放电范围等高的模拟室壁的中央处开三个孔（因为放电模块是置于模拟室中央）。另外可在剩下的一面也相应地19开一个孔，用于观察电晕放电是否起晕（可用紫外成像仪）。在钢架搭建成模拟室框架的同时，将发泡聚苯乙烯材料制成的板固定于框架之内。通过螺丝的固定可基本使M111的模拟室的构造稳定。整个外形构造及模块的大致安排如图21的A和B所示。35CM温湿度控制模块
46、人工温湿度控制箱加热/加湿器加湿/加热器光谱辐射测量模块电晕放电装置波段辐射测量模块漏电流测量模块1M1MA模拟室布局侧视图35CM温湿度控制模块加热器加湿器光谱辐射测量模块波段辐射测量模块温湿度传感器漏电流测量模块加热器加湿器人工温湿度控制箱1M1MB模拟室布局俯视图图21模拟室外形构造及模块布局示意图图21的A和B所示的是模拟室构造时的大致布局，将波段辐射测量模块、光谱辐射测量模块、漏电流测量模块及温湿度控制模块放置于模拟室外部；将两对加湿器和加热器、电晕放电装置、温湿度传感器放入模拟室内部。从图21的A所示，加热器和加湿器均放于模拟室底部；也可观察到电晕放电装置的放置及预留的空间范围及高
47、度；漏电流的测量模块是连接于放电模块的板电极和地之间。从图21的B所示，加热器和加湿器以对角方式分别放置于模拟室的底部；可观察到电晕放电预留空间的范围；光谱辐射测量模块及波段辐射测量模块的观察视角均对准放电区域中心。对于温湿度传感器的布局，不能从图1A中观察到的原因是温湿度传感器可固定于模拟室的内壁上，对图21A与B所示的示意图进行比较，温湿度传感器可放置于电晕放电装置的正后方即被电晕放电装置所遮住，这也是为了使图更方便地显示各个模块以不至于电晕放电模块和温湿度传感器模块之间互相重叠。20模拟室的搭建最终实现如图22所示图22模拟室的构造实现图从图22中可以看到，由可拆卸的钢架构成的框架及由发
48、泡聚苯乙烯制成的面板。由发泡聚苯乙烯制成的模拟室底部能够承受电晕放电装置、加热器加湿器等重量，能够保证试验得以有效进行。213温湿度控制原理及设计31关于湿度的基本概念和公式湿度是一种用来表示大气中水蒸汽的数量的术语，可以指代任何一种湿度的术语，比如绝对湿度、相对湿度等。按规定，湿空气不是“潮湿的空气”而是空气和水蒸汽的混合物。如果湿度定义为该混合物中含水量的多少，则称为绝对湿度。在日常使用中，湿度通常指代为相对湿度，在天气预报及家用湿度计中用百分比表示；如此称呼它的原因还在于相对湿度为相对于最大值的当前的绝对湿度。比湿度是空气混合物中水蒸汽的含量与干空气含量的比值。对于混合物中的水蒸汽的含量
49、的测量，既可以用每体积的质量也可以用分压来表示，关键是看用在何处。在气象学中，湿度可表明降雨量、露水或雾气的可能性。高相对湿度会减少皮肤的水分蒸发率，从而减少出汗来降低身体温度。在夏天里，这种影响往往会用热指数表来描述。311绝对湿度以体积为基础计算的绝对湿度表示为每一体积的空气里水的质量。尽管任何质量单位以及任何体积单位都可以用，但是最常用的单位是G/M3。如果在一体积空气里的所有水蒸汽浓缩至一个容器里，容器中的水质量可以用天平来确定其绝对湿度。在该体积空气里水蒸汽的数量就是该体积空气里的绝对湿度。更专业地说，在一体积的绝对湿度就是每立方米湿空气的所分解的水蒸汽的质量，公式如下NETWAVMH（31）式中，MW为水蒸汽的质量，VNET为湿空气的体积。绝对湿度的范围为0G/M3（干空气）到30G/M3（在30OC温度下，水蒸汽最大可达的绝对湿度即饱和湿度）。绝对湿度随着气压的变化而变化。这对化学工程计算是极为不方便的，比如对烘衣机而言，温度的变化相当大。因此，在化学工程中绝对湿度常被定义为每质量干空气中水蒸汽的质量，也被称为是质量混合比率，这比在热量和质量平衡计算中更为严格。如今，有许多的绝对湿度表用的单位是G/KG或KG/KG。312相对湿度相对湿度定义为在给定的温度下，水蒸汽的分压（或绝对湿度）和水蒸汽的饱和压
