BG66327B1

BG66327B1 - Preemtive lightning conductor

Info

Publication number: BG66327B1
Application number: BG10110230A
Authority: BG
Inventors: Petko оНЕНОВСКИ Петк Nenovski; Hristomir мирИВАНОВ Христо Ivanov; StefanГЪРКОВ Стефан Gurkov
Original assignee: НЕНОВСКИ ПеткоNenovski Petko; Hristomir мирИВАНОВ Христо Ivanov; StefanГЪРКОВ Стефан Gurkov
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2013-05-31
Also published as: BG110230A

Abstract

The invention provides for preemptive lightning conductor comprising a semi-spherical or a spherical top and the semi-spherical or ? spherical top, a ferromagnetic (soft and/or hard) carrier whose section and length are defined by the size of the area protected by the lightning conductor, mounted in a metal (aluminium or copper) cylinder which together with the semi-spheric or spheric top is an integral body. The ferromagnetic carrier consists of one or several parts (concerting or axial) of differing ferromagnetic properties. Semi-spheric or spheric top may have vertical grooves to give larger emitting surface. Advantages of the invention are that due to the non-homogenous electric and magnetic fields in the active zone, the movement of ionized components of air - ions and electrons is concentrated along the axis of the lightning conductor vertically above, preserving and enhancing their initial density. The moment of initiating of critical charge density needed to form avalanches and the back leader later, comes earlier.

Description

(54) МЪЛНИЕПРИЕМНИК C ИЗПРЕВАРВАЩО ДЕЙСТВИЕ(54) WINDOWER WITH REMEDIAL ACTION

Област на техникатаTechnical field

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.).The invention relates to a lightning rod with anticipatory action. The application is for lightning protection of wide-area buildings and facilities (malls, airports, stadiums, hotel complexes), as well as the adjacent spaces (parking lots, school yards, sports grounds, beaches, etc.).

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

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.The path along which lightning current flows is formed through the following process phases. In the first phase, a precursor / charge leader, in most cases electrons, is formed and directed to earth. The direction of its motion is generally related to the distribution of the local electric field. As the precursor / leader approaches the earth, opposite charges are induced on the surface of the earth and the electric field increases. In places most suitable for such growth, such as edges, blades, etc. so on. streamers, which are ionized formations of sufficient charge density, i. e. discharges oriented upwards. The first streamer to meet the leader-predecessor from above closes the circuit along which lightning current flows.

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.As the leader's predecessor approaches the ground, an electric field is created at the top of the lightning rod, which should normally be larger than in the area around it. The tip of the lightning rod is therefore the most appropriate place to start the upstream streamer. Lightning Receiver Efficiency, i. the size of the area that the lightning rod protects will therefore be proportional to the amount and velocity of charge discharge in the streamer formed at the tip of the lightning force relative to the charges accumulated in streamers at another point.

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.Streamers are thought to be due to the effect of a corona discharge, which is to intensify the emission of electrons from the peak under the influence of a strong electric field. Such an emission occurs with a delay of approximately several tens (up to hundreds) microseconds after the electric field has reached values sufficient to initiate the corona discharge effect. This delay can be reduced by increasing the population of free charges (electrons). The corona discharge effect starts with the first electron to cause avalanche ionization as soon as the electric field reaches its minimum value for corona discharge formation. Reducing the delay time to initiate the corona discharge effect, the streamer from the top of the lightning rod will move even higher. This increases the area that will be protected by the lightning rod.

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.A forward-acting lightning receiver is known, consisting of a conductive rod equipped with a piezoelectric device for initiating a corona discharge effect (US patent 4518816 of May 21, 1985). It consists of a metal rod ending with a tip and connected to the ground by an electrical conductor. One or more electrodes are arranged in the tip region, which are electrically coupled to one or more piezoelectric crystals to which the device applies mechanical pressure. As a result, the electrodes are charged with a suitable potential at which free charges (electrons) in the tip region can be initiated.

Като недостатък на този мълниеприемник може да се посочи необходимостта от покритие, което предпазва пиезоелектричните кристали от въздействията на времето.A disadvantage of this lightning rod may be the need for a coating that protects the piezoelectric crystals from the effects of the weather.

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).A lightning rod is known, characterized by a device initiating the effect of a corona discharge, which takes place in a gap located between a partially cut hollow sphere which is isolated from the rod of the lightning rod whose tip passes through it (EP 0228984).

Недостатък на този тип мълниеприемници е, че разрядът може да се генерира в двата края на изрязаната сфера.The disadvantage of this type of lightning rod is that the discharge can be generated at both ends of the cut sphere.

Известни са мълниеприемници, характеризиращи се с електрически изолирани един от друг електроди, намиращи се под различен елекLightning arresters are known, characterized by electrically isolated electrodes located under different elec

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)66327 Bl ternary potential, between which a discharge gap is structurally designed to increase the charge concentration at the top of the lightning rod by means of a corona discharge, passively induced or with active electrical components, which causes the streamer to meet at an earlier time the coming leader top (EP 0096655, US 7041895, Schirtec ES 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.The disadvantage may be the complicated electrode geometry of passive lightning rods and the unreliability of electrical components in active lightning rods.

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).Schirtec ECE Lightning Receiver it consists of a peak, a pulse transformer (generator), an accelerator and atmospheric electrodes and a mounting tip. The electrodes are inductively activated by the electric charge accumulated in the clouds above. The principle of operation is based on the installation of a powerful ultra-high voltage pulse transformer. The secondary winding of this transformer ends at the top of the lightning rod. When the electromagnetic pulse generated in the cloud is directed to the ground, the transformer located at the top of the lightning rod generates ultra-high voltage with a polarity opposite to the polarity of the cloud. This voltage makes it possible to pre-fire the streamer and leader from the top of the lightning rod to the downward leader (cloud charge).

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.The disadvantages of the aforementioned type of lightning rods are the lack of reliability due to the fact that the electromagnetic pulse generating factor (the condition is that there is a sudden movement of a large amount of charge) is not always present, as is the unmanaged streamer firing.

Задача на изобретениетоIt is an object of the invention

Задача на изобретението е да се създаде мълниеприемник с изпреварващо действие, чрез който да се избегнат посочените по-горе недостатъци.It is an object of the invention to provide a forward-acting lightning rod to avoid the aforementioned disadvantages.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

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.The task is solved by creating a pre-action lightning rod incorporating a ferromagnetic material whose magnetic characteristics provide a non-homogeneous magnetic field in the core of the lightning rod, where the electric field generated by the lightning cloud concentrates.

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.The advantages of the invention are that in the area of inhomogeneous magnetic and electric fields, the movement of ionized air components - ions or electrons - concentrates on the axis of the lightning rod vertically upwards, maintaining and increasing its initial density, thereby initiating a critical charge density required for the formation (formation) of streamers, and subsequently the reverse leader is shortened.

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.The ferromagnetic carrier is of axial, cylindrical geometry and is coaxially arranged in a cylindrical cavity of a housing. The housing used to conduct lightning current is constructed of very low-resistance electrically conductive material, such as aluminum or copper. It has a cylindrical structure at its lower part and a peak at its upper part, the surface of which is part of a sphere, for example 3/4 sphere.

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.The 3/4 spherical tip is cut with vertical slots to provide a larger emitting surface. The electrical potential between the downward moving leader and the tip of the lightning rod penetrates the slots of the sphere where its gradient increases further. The combined effect is that additional / enhanced charge and ionization emission is initiated.

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)The ferromagnetic carrier constitutes an amplified (magnified) and inhomogeneous magnetic field with a gradient whose characteristic scale varies. The gradient is maximum and predominantly radial at the top of said housing. The magnetic field in question and the electric field between the downward-facing leader and the lightning rod (usually oriented vertically) induce an electromotive force directed almost azimuthally. Airborne Ionization (Streamer)

66327 Bl се концентрира и акумулира вертикално нагоре по оста на мълниеприемника.66327 Bl concentrates and accumulates vertically up the axis of the lightning rod.

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.Thus, the moment of initiation of the critical charge densities and electric field required for the formation (formation) of avalanches, and subsequently the opposite leader, occurs earlier.

Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures

Едно примерно изпълнение на изобретението е показано на приложената фигура (фиг. 1), която илюстрира устройството и действието на мълниеприемника с изпреварващо действие.An exemplary embodiment of the invention is shown in the accompanying figure (Fig. 1), which illustrates the arrangement and operation of the lightning rod with a forward action.

Пример за изпълнение на изобретениетоAn embodiment of the invention

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.According to FIG. 1, the pre-action lightning receiver consists of a housing 4 constructed of low-resistance electrically conductive material (aluminum, copper, etc.), with a cylindrical structure at its bottom and a top 1 at its upper surface, the surface of which has a surface it is part of a sphere cut with slots 2. From the inside, the housing 4 is a hollow cylinder, incorporating a ferromagnetic body 3, with axial cylindrical geometry, the characteristics and dimensions of which are selected according to the area of lightning protection. area.

Приложение на изобретениетоApplication of the invention

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.The invention is mounted on a mast, which in turn is mounted on a roof in the case of a building, a hypermarket, a facility, etc., and in the case of terrains it may be pylons whose height is determined by the area of the protected area.

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.The way to maximize the effect of the invention is to provide a conductor and a ground connection. To extend the maximum lightning protection area, the mast is mounted in the north of the protected area. This recommendation applies to the Northern Hemisphere.

Патентни претенцииClaims

Claims

1. A forward-acting lightning rod consisting of a current collecting rod, a tip, an electrical grounding conductor and a grounding means, characterized in that the lightning rod comprises a housing (4) made of low-resistance electrically conductive material, in particular aluminum or copper which on its outside is cylindrical in its lower part, and the tip (1) in its upper part has a surface which is 3/4 of a sphere cut with vertical slots (2), with the tip (1) being consists of an axial ferromagnetic carrier (3) linen, cylindrical geometry, placed / coaxially in a cylindrical cavity of the housing (4).