BG66327B1 - Мълниеприемник с изпреварващо действие - Google Patents

Abstract

Изобретението се отнася до мълниеприемник с изпреварващо действие, състоящ се от токоотвеждащ прът, връх, електрически проводник за ефективно заземяване и система за заземяване, характеризиращ се с ? сферичен връх, феромагнитен носител, чиито характеристики определят размерите на защитаваната от мълниеприемника зона. Феромагнитният носител е вграден във високоелектропроводящ корпус (алуминиев, меден или друг подобен метал), който с ? сферичния връх представлява едно електрически свързано тяло. ? сферичният връх е прорязан с вертикални шлицове, осигуряващи по-голяма емитираща повърхност. Предимствата на изобретението са, че благодарение на действието на нехомогенните магнитно и електрично поле в активната зона на мълниеприемника движението на йонизираните компоненти на въздуха - йони и електрони, се концентрира по оста на мълниеприемника вертикално нагоре, запазвайки и увеличавайки първоначалната си плътност. Моментът на иницииране на критичната плътност на зарядите, необходима за формирането (образуването) на стримери, а впоследствие и обратния лидер, настъпва по-рано.

Description

(54) МЪЛНИЕПРИЕМНИК C ИЗПРЕВАРВАЩО ДЕЙСТВИЕ

Област на техниката

Изобретението се отнася до мълниеприемник с изпреварващо действие. Приложението е за мълниезащита на широкоплощни сгради и съоръжения (молове, летища, стадиони, хотелски комплекси), както и прилежащите към тях пространства (паркинги, училищни дворове, спортни площадки, плажове и др.).

Предшестващо състояние на техниката

Пътят, по който токът на мълния протича, се образува чрез следните фази от процеси. През първата фаза предшественик/лидер със заряди, в повечето случаи електрони, се формира и насочва към земята. Посоката на неговото движение най-общо е свързана с разпределението на локалното електрично поле. С приближаването на предшественика/лидера към земята, върху обектите на повърхността на земята се индуцират противоположни заряди и електричното поле нараства. В най-подходящите за такова нарастване места, като ръбове, остриета, и др. се появяват т.н. стримери, които представляват йонизирани образувания с достатъчна плътност на електрични заряди, т.е. разряди, ориентирани нагоре. Първият от стримерите, който посрещне предшественика-лидер отгоре, затваря веригата, по която токът на мълнията протича.

Когато предшественикът-лидер се приближава към земята, по върха на мълниеприемника се създава електрично поле, което нормално трябва да е по-голямо отколкото в зоната около него. Върхът на мълниеприемника следователно е най-подходящото място, където ще стартира насочения нагоре стример. Ефикасността на мълниеприемника, т.е. размерът на зоната, която мълниеприемникът защитава, следователно ще е пропорционална на количеството и скоростта на емитиране на заряди в стримера, образуващ се на върха на мълниеприемника, по отношение на зарядите, акумулиращи се в стримери в друга точка.

Предполага се, че стримерите се дължат на ефекта на коронен разряд, който се състои в интензифициране на емисията на електрони от върха под влиянието на силно електрично поле. Такава емисия възниква със закъснение от примерно няколко десетки (до стотици) микросекунди, след като електричното поле е достигнало стойности, достатъчни да бъде иницииран ефекта на коронния разряд. Това закъснение може да бъде редуцирано с увеличаване на популацията свободни заряди (електрони). Ефектът на коронния разряд стартира с първия електрон, който предизвиква лавинообразна йонизация, още в момента, когато електричното поле достига минималната си стойност за образуване на коронния разряд. Редуцирайки времето на закъснение за иницииране на ефекта на коронния разряд, стримерът от върха на мълниеприемника ще се придвижи още по-нависоко. По този начин се увеличава зоната, която ще бъде защитена от мълниеприемника.

Известен е мълниеприемник с изпреварващо действие, състоящ се проводящ прът, снабден с пиезоелектрично устройство за иницииране на ефект на коронен разряд (US patent 4518816 от 21.05.1985). Състои се от метален прът, завършващ с връх и свързан със земята посредством електрически проводник. Един или повече електроди са разположени в областта на върха, които са свързани електрически с един или повече пиезоелектрически кристали, върху които устройство прилага механично налягане. В резултат електродите се зареждат с подходящ потенциал, при който може да бъдат инициирани свободни заряди (електрони) в областта на върха.

Като недостатък на този мълниеприемник може да се посочи необходимостта от покритие, което предпазва пиезоелектричните кристали от въздействията на времето.

Известен е мълниеприемник, характеризиращ се с устройство, иницииращо ефекта на коронен разряд, който се осъществява в междина, разположена между частично изрязана куха сфера, която е изолирана от пръта на мълниеприемника, чиито връх минава през нея (ЕР 0228984).

Недостатък на този тип мълниеприемници е, че разрядът може да се генерира в двата края на изрязаната сфера.

Известни са мълниеприемници, характеризиращи се с електрически изолирани един от друг електроди, намиращи се под различен елек

66327 Bl тричен потенциал, между които конструктивно е създадена разрядна междина с цел да се увеличи концентрацията на зарядите на върха на мълниеприемника посредством коронен разряд, предизвикан пасивно или с активни електрически компоненти, създаващ условия стримера да срещне в по-ранен момент лидера, който идва отгоре (ЕР 0096655, US 7041895, Schirtec Е.С.Е. lightning conductors: http://www.schirtec.at/en/ products/ese-lightning-conductor.html)

Като недостатък може да счита комплицираната геометрия на електродите при пасивните мълниеприемници и ненадеждността на електрическите компоненти при активните мълниеприемници.

Мълниеприемникът с изпреварващо действие Schirtec Е.С.Е. се състои от връх, импулсен трансформатор (генератор), ускорител и атмосферни електроди и монтажен накрайник. Електродите се активират по индукционен път от електрическия заряд, натрупан в намиращите се над него облаци. Принципът на действие се основава на вграждане на мощен свръхвисоковолтов импулсен трансформатор. Вторичната намотка на този трансформатор завършва на върха на мълниеприемника. Когато създаденият в наелекгризирания облак електромагнитен импулс се насочи към земята, разположеният на върха на мълниеприемника трансформатор генерира свръхвисоко напрежение с полярност обратна на поляритета на облака. Това напрежение способства за предварително изстрелване на стример и лидер от върха на мълниеприемника към спускащия се към земята лидер (заряда на облака).

Недостатъци на гореспоменатия тип мълниеприемници са липса на надеждност поради това, че факторът за генериране на електромагнитен импулс (условието е да има внезапни премествания на голямо количество заряд) не всякога е налице, както и неуправляемото изстрелване на стримера.

Задача на изобретението

Задача на изобретението е да се създаде мълниеприемник с изпреварващо действие, чрез който да се избегнат посочените по-горе недостатъци.

Техническа същност на изобретението

Задачата е решена чрез създаване на мълниеприемник с изпреварващо действие, в който е вграден феромагнитен материал, чиито магнитни характеристики осигуряват нехомогенно магнитно поле в активната зона на мълниеприемника, където се концентрира генерираното от мълниеносния облак електрично поле.

Предимствата на изобретението са, че в зоната на действие на нехомогенното магнитно и електрично полета движението на йонизираните компоненти на въздуха - йони или електрони, се концентрира по оста на мълниеприемника вертикално нагоре, запазвайки и увеличавайки първоначалната си плътност, с което времето на иницииране на критична плътност на зарядите необходима за формирането (образуването) на стримери, а впоследствие и обратния лидер се съкращава.

Феромагнитният носител е с аксиална, цилиндрична геометрия и е поставен съосно в цилиндрична кухина на корпус. Корпусът, който служи за отвеждане на тока на мълнията, е изграден от електропроводящ материал с много ниско съпротивление, например алуминий или мед. Същият е с цилиндрична конструкция в долната си част и връх в горната си част, чиято повърхност представлява част от сфера, например 3/4 сфера.

3/4 сферичният връх е прорязан с вертикални шлицове, за да се осигури по-голяма емитираща повърхност. Електричният потенциал между движещия се надолу лидер и върха на мълниеприемника прониква в шлицовете на сферата, където неговия градиент допълнително нараства. Съвместният ефект е, че се инициира допълнителна/усилена емисия на заряди и йонизация.

Феромагнитният носител конституира усилено (увеличено) и нехомогенно магнитно поле с градиент, чиито характерен мащаб варира. Градиентът е максимален и преобладаващо радиален във върха на споменатия корпус. Въпросното магнитно поле и електричното поле между насочения надолу лидер и мълниеприемника (ориентирано обикновено във вертикално направление), индуцира електродвижеща сила насочена практически в азимутално направление. Провокираната във въздуха йонизация (стример)

66327 Bl се концентрира и акумулира вертикално нагоре по оста на мълниеприемника.

Така моментът на иницииране на критичните плътност на заряди и електрично поле необходими за формирането (образуването) на лавини, а впоследствие и обратния лидер, настъпва по-рано.

Описание на приложените фигури

Едно примерно изпълнение на изобретението е показано на приложената фигура (фиг. 1), която илюстрира устройството и действието на мълниеприемника с изпреварващо действие.

Пример за изпълнение на изобретението

Съгласно фиг. 1 мълниеприемникът с изпреварващо действие се състои от корпус 4, изграден от електропроводящ материал с ниско съпротивление (алуминий, мед и др.), който от външната си страна е с цилиндрична конструкция в долната си част и връх 1 в горната си част, чиято повърхност представлява част от сфера, прорязана с шлицове 2. От вътрешната си страна корпусът 4 представлява кух цилиндър, в който се вгражда феромагнитно тяло 3, с аксиална цилиндрична геометрия, чиито характеристики и размери се подбират в зависимост от площта на защитаваната от мълниеприемника зона.

Приложение на изобретението

Изобретението се монтира на носеща мачта, тя от своя страна се монтира на покрив в случай на сграда, хипермаркет, съоръжение и т.н., а в случай на терени това може да бъдат пилони, чиято височина се определя от площта на защитаваната зона.

Начинът, по който може да се постигне максимален ефект от действието на изобретението, е да се осигури токоотвеждаща част (токоотвод) и заземяване. За да се разшири максимално защитената от мълниеприемника зона, носещата мачта се монтира в северната част на защитаваната зона. Тази препоръка се отнася за северното полукълбо.

Патентни претенции

Claims (1)

1. Мълниеприемник с изпреварващо действие, състоящ се от токоотвеждащ прът, връх, електрически проводник за заземяване и заземително средство, характеризиращ се с това, че мълниеприемникът включва корпус (4), изграден от електропроводящ материал с ниско съпротивление, по-специално алуминий или мед, който от външната си страна е с цилиндрична конструкция в долната си част, а върхът (1) в горната му част има повърхност, която представлява 3/4 част от сфера, прорязана с вертикални шлицове (2), като върхът (1) се състои от феромагнитен носител (3) с аксиална, цилиндрична геометрия, поставен/вграден съосно в цилиндрична кухина на корпуса (4).