CN103715679B - 一种基于电容储能的雷电储存和防护方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电容储能的雷电储存和防护方法及其装置，该方法利用电容储存电荷的特性进行雷电储存和防护，按此方法设计的雷电储存和防护装置中包含有电容器件，即将电容器设置在雷电储存和防护装置中，利用电容储能原理进行雷电储存和防护，其原理新颖，结构独特，可实施性强，能够储存雷电电荷能量，减少雷电灾害的发生几率，降低雷电危害程度。

Description

一种基于电容储能的雷电储存和防护方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种基于电容储能的雷电储存和防护方法及其装置，特别是涉及一种适用于储存雷电电能、对防止被保护物体被雷击的雷电储存和防护方法及其装置。

背景技术

据雷电研究资料可以归结雷电大致特征：雷电是产生在云云之间或云地之间的一种非常强烈的放电现象。雷云电位大约为几百兆伏特，云地之间的放电电流大约为几十千安培，放电时间大约为几十微秒，两重复放电的间隔时间大约为几十毫秒，重复放电的次数大约为几十次，一次闪电大约释放几十库伦的电量，放电闪电长度大约为几公里，闪电通道的直径大约为几十厘米。

可见，雷电具有非常巨大的能量。雷电能量取之不尽用之不竭，如果能被储存利用，将为人类造福。使用雷电电能，是人类的一个梦想。但由于雷电具有高电压、大电流、放电时间短和瞬时功率特别大的特点，让人望而生畏，器件难以适用。雷电储能研究进展十分缓慢。迄今为止，未见到较为可行的技术方案。

雷电能量作用在物体上，破坏力极大。雷电直接击在地面物体上，对物体造成直接效应危害。雷电还通过电磁感应等对物体造成间接效应危害。雷电会造成人员伤亡、建筑物受损、电子元件损坏、设备故障。雷电危害很容易发生、会多次发生、会不定期发生，已非常严重地影响到了人们的生产生活。雷击灾害统计资料显示，雷击灾害造成的损失十分巨大。雷电灾害成为世界十大自然灾害之一。

雷电防护包括对直接效应危害和对间接效应危害的防护。避雷针在直接效应危害的防护中发挥了重要的作用，但雷击避雷针时，雷电电磁感应还比较强，二次效应的破坏力还比较大。作为雷电间接效应危害防护的电涌保护器由于现有器件功率不够等原因，在有些场合下还难以满足要求。

由于雷云距地面较高，不便于直接测量；雷电的参数，难以在实验室精确模拟，这些都影响了雷电能量存储利用技术和雷电的防护技术研究的开展，很多技术问题还没有解决。

近年来，电容器制造技术，特别是超级电容器的制造技术取得了飞跃发展。超级电容器（又名电化学电容器、双电层电容器、黄金电容、法拉电容），在很小的体积下达到上千法拉级别的电容量。这为雷电存储和防护技术，提供了新的硬件条件，为解决以上问题开辟了新的途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高雷电防护能力的基于电容储能的雷电储存和防护方法及其装置。

本发明进一步要解决的技术问题是提供一种进行雷电电能利用装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于电容储能的雷电储存和防护方法，其特征在于：该方法利用电容储存电荷特性进行雷电储存和防护，按此方法设计的雷电储存和防护装置中包含有电容器件。

作为优选，所述雷电储存和防护方法作为雷电的直接效应或间接效应产生的危害的防护。

一种基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：包括储存雷电放电能量的电容储能单元，所述电容储能单元包含电容器。

作为优选，所述电容储能单元还包括与电容储能单元并联的电涌保护器件。

作为优选，所述电容储能单元与地相连。

作为优选，所述电容储能单元通过固体或流体接地体与地相连。

作为优选，还包括用于耗散雷电能量的延缓单元。

作为优选，还包括用于承接雷电的接闪器，所述接闪器为富兰克林型避雷针、双极性空间电荷放电分散型避雷针、双极优化型避雷针、优化型避雷针或闪盾型避雷针；所述接闪器的接地引线与电容储能单元相连后与地相连。

作为优选，所述延缓单元包括延缓电阻；所述延缓电阻通过与电容储能单元串联或并联后再与地相连。

作为优选，所述延缓单元包括延缓电感；所述延缓电感通过与电容储能单元串联或并联后再与地相连；所述延缓电感为空心电感、铁氧体磁芯电感、非晶体磁芯电感或纳米磁芯电感。

作为优选，所述延缓单元还包括延缓电阻和延缓电感；所述延缓电阻、延缓电感和电容储能单元串联或并联后，再与地相连。

作为优选，还包括充电控制单元，所述充电控制单元包括电阻器、升压电路、电池、控制电路和探头，所述升压电路一个输出端通过电阻器与电容储能单元相连，升压电路另一个输出端直接与电容储能单元相连，升压电路的输入端与电池相连，探头通过控制电路与升压电路相连。

作为优选，所述电容储能单元包括至少两个。

作为优选，所述电容储能单元并联。

作为优选，所述电容储能单元之间连接有电涌保护器件，所述电涌保护器件为空气间隙、多层间隙、气体放电管、压敏电阻器和瞬态抑制二极管。

作为优选，所述电容储能单元包括电压延缓电路和电容储能电路。

作为优选，所述电压延缓电路中的电容为脉冲电容器，所述电容储能电路的电容为超级电容器。

作为优选，所述电压延缓电路包括至少两级电压延缓支路；所述电压延缓电路包括脉冲电容和隔离器件；所述隔离器件为开关型防雷器件或限压型防雷器件。

作为优选，所述接闪器通过延缓电阻与电容储能单元连接，电容储能单元之间并联，电容储能单元之间连接有电涌保护器件。

作为优选，还包括与储能电容相连的逆变单元；逆变单元的两根输入线并联到储能电容的两端，两根输出线并联在用电负载两端。

作为优选，电涌保护器中有电容储能单元，所述电容储能单元和其它的电涌防护单元并联，电涌防护单元之间连接有退耦器件。

作为优选，电涌保护器中包含三级电涌防护单元，其中一级为电容储能单元，电容储能单元中的电容器为超级电容器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明公开的基于电容储能的雷电储能和防护方法及其装置，能够储存雷电能量、减少雷电危害的发生几率，降低雷电危害程度，其原理新颖，结构独特，可实施性强；

2、本发明公开的基于电容储能的雷电储能和防护方法及其装置完善了雷电能量的储存技术及雷电防护技术，将储能与防护结合，功能更强；

3、由于采用延缓单元，可以增加雷电能量的耗散、降低雷电电流幅值和泄流路径上的电压幅值、降低雷电电流和泄流路径上的电压变化速度，增加了雷电泄流时间，大大降低对储能电容器的性能要求，降低装置的成本，同时大大降低雷电电磁脉冲的强度；

4、由于在电容储能单元中采用了分流电路，雷电流通过分流电路分流，大大衰减了单条电容储能电路流过的雷电流幅值，分流电路上的间隙确保在分流不均时电路能够对电流进行重新分配，确保分流均匀。分流电路利于降低电容器的通流能力要求，从而降低整个装置的成本，增强装置在大电流等级雷电环境中的适用性；

5、由于在电容储能单元中设置了电压延缓电路，采用了脉冲电容与超级电容的搭配，充分利用了脉冲电容耐压高，但容量小，超级电容耐压低，但容量大的特点，能大大延缓电压的上升速度，极大地降低超级电容的耐压要求，比较可行地解决了超级电容耐压问题，大大增加了方案的可实施性；

6、由于采用了超级电容，能极大地提高储存的雷电电荷量，增大储存能量；

7、由于采用逆变单元，能够扩充储存在电容储能单元上雷电电能的应用场合；

8、由于采用了储能电容器与保护间隙并联的结构，能大大增强电容器的安全性，还可以根据应用的需要，通过间隙来调节储能比例，从而减少电容器数量，实现在空间受限的场合应用的目的；

9、由于采用了充电控制单元，能通过监测雷云参数并判断其电荷极性，将电荷有选择性地注入到电容器中，从而可以根据需要快速地增加或减少雷云与装置之间的电势差，从而更好地实现延迟接闪，减少雷击概率或提前接闪，增加雷击概率的目的，实用性更强，实施效果更好；

10、在电涌保护器中使用了超级电容器，能进一步降低电涌能量和到后一级电路的电流、钳制电涌电压，实现更好的防护效果，并且为电涌保护器的设计提供一种思路。

附图说明

图1为本发明具体实施例一的原理示意图。

图2为本发明具体实施例二的原理示意图。

图3为本发明具体实施例三的原理示意图。

图4为本发明具体实施例四的原理示意图。

图5为本发明具体实施例五的原理示意图。

图6为本发明具体实施例六的原理示意图。

图7为本发明具体实施例七的原理示意图。

图8为本发明具体实施例八的原理示意图。

图9为本发明具体实施例九的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种基于电容储能的雷电储存和防护方法，该防护方法利用电容储存电荷的特性进行雷电储存和防护，按此方法设计的雷电储存和防护装置中包含有电容器件。

所述雷电储存和防护方法作为雷电的直接效应产生的危害的防护。

所述雷电储存和防护方法作为雷电的间接效应产生的危害的防护。

超级电容有别于不同电容的特性，就是电容量超级大，从而能储存库伦级别的电荷量，仅考虑电荷量的情况下，可以说100多库伦雷电从理论上用一个超级电容器就能储存。如果考虑雷云电势、雷电电流等因素，那么需要再采用适当的电路以限制电压和电流，达到雷电储存和防护目的。

基于直接用于承接雷电进行雷电储存和防护的雷电储存和防护装置，则需要用到超级电容器，对于对被保护物体进行电涌保护的雷电储存和防护装置，则也可仅使用脉冲电容器。

具体实施例一：

如图1所示，一种基于电容储能的雷电储存和防护装置，包括进行雷电储能放电的电容储能单元，所述电容储能单元与被保护物体串联；还包括用于耗散雷电能量的延缓单元和用于承接雷电的接闪器；接闪器为富兰克林型避雷针、双极性空间电荷放电分散型避雷针、双极优化型避雷针、优化型避雷针或闪盾型避雷针；接闪器的接地引线与电容储能单元相连后与地相连。

所述接闪器接地的金属导电体连接到延缓单元，接闪器的作用是承接雷电放电；所述延缓单元连接到电容储能单元，延缓单元的作用是耗散雷电能量、降低雷电电流幅值和泄流路径上的电压幅值、降低雷电电流和泄流路径上的电压变化速度；所述电容储能单元包含电容器（在本具体实施例中为超级电容），其作用是利用电容器储存电荷的特性进行储存雷电能量、影响雷电放电和改变雷电放电后的特性参数，达到雷电储存和防护的目的。

富兰克林型避雷针，为一种低阻抗的金属接闪杆。

双极性空间电荷放电分散型避雷针，特征为安装在被保护对象顶端上，它最下部为基座，基座固定在建筑物上，基座连接电位缓解装置支撑部件，电位缓解装置支撑部件包括支撑件和放电刷子，接地电极和接地的引下线连接在基座上，放电刷子安装在支撑件的外周面垂直方向上，在电位缓解装置支撑部件的顶部设置有电位缓解装置。双极性空间电荷放电分散型避雷针的作用是雷击发生前电晕放电阶段，在雷云电场作用下双极型避雷针产生比富兰克林避雷针大得多的电晕电流，提高了发生放电现象时所需的电压，使其在一定程度上减少了雷击概率，避免了雷击的发生，在电场强度大到雷电放电的程度时，承接直击雷放电。

双极优化型避雷针，特征是包括引雷入地装置和电晕放电装置。引雷入地装置包括导电支撑体、固连在导电支撑体顶部的针顶、与导电支撑体电连接的感性阻抗器；在出现直击雷击时，针顶、导电支撑体、感性阻抗器、引下线和接地电极形成放电通路。电晕放电装置包括安装在导电支撑体上的绝缘衬套，套装在衬套上的放电盘，位于放电盘之下且沿导电支撑体外周安装的放电刷。双极优化型避雷针的作用是兼有双极针的低接闪概率特性和优化避雷针的改善雷电接闪过程、减小雷电感应、降低地电位反击的特性。在接闪概率低于富兰克林避雷针的前提下使被保护物免受直击雷的损坏，在电场强度大到雷电放电的程度时，承接直击雷放电。

优化型避雷针，特征是由基座、上下支座、数个阻抗链、接闪器、防闪罩、避雷单元和辐射振子等组成，接闪器为避雷针前端，防闪罩通过外壳上的法兰盘由螺栓将防闪罩和外壳连结在一起，避雷单元内有削波器、电子避雷器、雷电记录器和报警器。优化型避雷针的作用在电场强度大到雷电放电的程度时，承接直击雷放电，由于避雷针本身具有阻抗限流单元、自动控制单元，可预先将雷电流幅值、陡度减小，从而能有效地抑制和消弱地电位反击及雷电感应所造成的危害。

闪盾型避雷针，是一种双极针的改进型，特征是由针头、绝缘衬套、悬浮感应导体、支柱、放电刷、增强放电装置和底座组成。针头安装在闪盾避雷针的顶部。支柱为导电金属杆，上部与针头相连，下部与底座相连。悬浮感应导体呈斗笠状，通过绝缘衬套固定在支柱的针头下方，电气上与支柱绝缘。放电刷呈螺旋形，盘绕固定在立柱上，在静电感应导体的下方，电气上与支柱直接相连。闪盾型避雷针的作用通过双极性空间电荷放电、分散技术，改变避雷针周围电荷的分布，达到降低雷电来临时针顶电场强度、提高接闪电压的目的，在电场强度大到雷电放电的程度时，承接直击雷放电。

具体实施例二：

如图2所示，与具体实施例一的区别在于，电容储能单元为超级电容和电涌保护器件；电涌保护器件为与超级电容并联的空气间隙。间隙作为与电容储能单元并联的电涌保护器件，可以为间隙、气体放电管、多层间隙、压敏电阻器及其组合体。

在本具体实施例中，接闪器的接地金属导电体连接到所述超级电容C1和间隙F1的一个电极，电容器C1和间隙F1的另一个电极连接到大地；所述超级电容器C1是储能单元的器件，储存所述接闪器传导的电流。有电荷流进超级电容C1时，电容器端电压上升；当流入雷击放电前的电晕电流时，所述超级电容C1的端电压上升；超级电容C1的端电压超过所述间隙F1的击穿电压时，所述间隙F1击穿，变为低阻，电容电荷泄放，电容端电压下降；当电容端电压下降到不能再击穿间隙F1的电压时，间隙F1恢复到高阻，电容再次被充电。超级电容C1的端电压未达到所述间隙F1的击穿电压时，超级电容C1产生电势使雷云到装置的电势差减少了。由于所述电势差直接影响雷击放电通道的建立，即电势差越小，雷云到装置的这条放电路径电晕电流越小，电离的空气离子数目越少，雷击放电通道的建立越慢，从而延缓了雷云放电。雷击放电要建立雷击放电通道，就需要更高的雷云电势，从而提高了雷击放电电压。假如雷云电势不能积累到雷击放电电压时，雷击就不再发生，起到了降低雷击概率的作用。假如当雷云电势积累到雷击放电电压时，雷云雷击在所述接闪器上。因雷击放电电流远远大于雷击前的电晕电流，所述超级电容C1端电压快速增加，当电压增加到所述间隙F1的端电压时，所述间隙F1击穿，间隙击穿后电弧电阻非常小，雷电主要经间隙F1泄放电荷。间隙F1可以调节击穿电压，调节电容器充电电压的高低，从而调节储存电荷量的高低。通过间隙来调节储能比例，从而减少电容器数量，减小体积，实现在空间受限的场合应用的目的。

具体实施例三：

如图3所示，与具体实施例二的区别在于，装置包含与储能单元串联的延缓单元；延缓单元包括串联与接闪器与电容储能单元的延缓电感和延缓电阻，所述延缓电感可以为空心电感、铁氧体磁芯电感、非晶体磁芯电感或纳米磁芯电感。延缓电阻为具备一定功率的电阻。延缓电感和延缓电阻的取值可以通过雷电电流大小、雷电的抑制程度、储能比例进行选择。电容器也可以为脉冲电容器与超级电容的组合。

在本具体实施例中，所述延缓电感L1和延缓电阻R1的作用是耗散雷电能量、降低雷电电流幅值和泄流路径上的电压幅值、降低雷电电流和泄流路径上电压的变化速度；电容器C1和间隙F1的另一个电极连接到固体接地体的一个电极，所述电容器的作用是储存雷电能量、影响雷电放电和改变雷电放电后的特性参数；固体接地体的另一个电极连接到大地。在实际应用中，也可以根据需要采用流体接地体进行大地连接。

具体实施例四：

如图4所示，与具体实施例二的区别在于，作为对本发明进一步的改进，还包括充电控制单元，所述充电控制单元包括电阻器、升压电路、电池、控制电路和探头。在本具体实施例中，超级电容C1的作用是储存雷电能量、影响雷电放电和改变雷电放电后的特性参数；所述升压电路的一个输出端通过电阻R2后与超级电容C1一端相连，另一个输出端直接与超级电容C1另一端相连，升压电路的输入端与电池GB1相连，升压电路将所述电池的电压进行升压，为电容C1充电；电阻R2的作用是限制超级电容C1与升压电路之间的电流幅度，减小进入到升压电路中的雷电流；所述探头通过控制电路与升压电路相连，所述探头用于采集雷电极性的信号，传送给控制电路；控制电路的作用是根据所述探头的信号判定雷电电荷极性，控制升压电路输出的极性，使电容器C1上充入不同极性的电荷；电容器上充入的电荷极性视应用的需要，如果要实现延迟接闪，减少雷击概率的雷电防护目的，控制电路控制升压电路输出，使电容器C1上充入与雷电电荷极性相同的电荷，减少雷云到装置的电势差，从而减小电晕电流，延缓雷击放电时间、提高雷击放电电压和降低雷击概率；如果要实现提前接闪，增加雷击概率的雷电防护目的，控制电路控制升压电路输出，使电容器C1上充入与雷电极性相反的电荷，增加了雷云到装置的电势差，从而增大电晕电流，加快雷击放电时间、降低雷击放电电压和增大雷击概率。 主动在电容器上充入电荷，比电容器被动的存储电荷，电荷积累的速度更快，更有利于达到防护目的，增强防护效果。

具体实施例五：

如图5所示，与具体实施例一的区别在于，所述电容储能单元包括三个支路。所述三个支路并联连接，支路两两之间使用间隙连接，形式上构成分流电路。所述间隙可以使用空气间隙、多层间隙、气体放电管、压敏电阻器或其组合体。所述分流电路作用是雷电流通过分流电路分流，衰减了单条电容储能电路流过的雷电流幅值。分流电路上的间隙确保在分流不均时电路能够对电流进行重新分配，确保分流均。器件和连接线缆的参数一致性越好，分流一致性越好。

所述电容储能单元包括电压延缓电路和电容储能电路。所述电压延缓电路中的电容为脉冲电容器，所述电容储能电路的电容为超级电容器。所述电容延缓电路包括两级以上电压延缓之路。所述电压延缓电路的作用是降低雷电电流峰值和变化率和降低雷电进入电压峰值及电压的变化率。级联的级数越多，电压延缓的效果越好。所述电压延缓电路包括脉冲电容和隔离器件，所述隔离器件为开关型防雷器件或限压型防雷器件，开关型防雷器件可以为空气间隙、多层间隙和气体放电管，限压型防雷器件可以为压敏电阻器。在本具体实施例中为空气间隙。

所述接闪器通过延缓电阻R01与并联的第一支路、第二支路和第三支路及第三间隙F03相连；第一支路和第二支路之间连接有第一间隙F01，第二支路和第三支路之间连接有第二间隙F02，第一支路和第三支路之间连接有第三间隙F03。并联的第一支路、第二支路和第三支路和第一间隙、第二间隙第三间隙构成了分流电路。使用第一间隙F01、第二间隙F02和第三间隙F03在分流的电路电路中起到分流不均时的钳制作用。

所述第一支路包括并联的第一脉冲电容C11、第二脉冲电容C12和第一超级电容C13，所述第一脉冲电容C11和第二脉冲电容C12之间连接有第四间隙F11，所述第二脉冲电容C12和第一超级电容C13之间连接有并联的第五间隙F12和第一电阻R12，所述第一脉冲电容C11和第一超级电容C13之间连接有第二电阻R11。第一电阻R12和第二电阻R11可以提高电荷储存的量。

所述第二支路包括并联的第三脉冲电容C21、第四脉冲电容C22和第二超级电容C23，所述第三脉冲电容C21和第四脉冲电容C22之间连接有第六间隙F21，所述第四脉冲电容C22和第二超级电容C23之间连接有并联的第七间隙F22和第三电阻R22，所述第三脉冲电容C21和第二超级电容C23之间连接有第四电阻R21。

所述第三支路包括并联的第五脉冲电容C31、第六脉冲电容C32和第三超级电容C33，所述第五脉冲电容C31和第六脉冲电容C32之间连接有第八间隙F31，所述第六脉冲电容C32和第三超级电容C33之间连接有并联的第九间隙F32和第五电阻R32，所述第五脉冲电容C31和第三超级电容C33之间连接有第六电阻R31。

具体实施例六：

如图6所示，与具体实施例一的区别在于，接闪器通过延缓电阻R1与储能电容C1相连。还包括与储能电容相连的逆变单元；逆变单元的两根输入线并联到储能电容的两端，两根输出线并联在用电负载两端。

在本具体实施例中，接闪器连接到延缓电阻R1的一个电极，延缓电阻R1的另一个电极连接到储能电容C1，所述延缓电阻R1的作用是耗散雷电能量、降低雷电电流幅值和泄流路径上的电压幅值、降低雷电电流和泄流路径上的电压变化速度；所述储能电容C1另一端连接到大地；所述电容器的作用是储存雷电电荷；逆变单元两根输入线并联在电容器两端，两根输出线并联在用电负载两端；所述逆变单元的作用是将电容器两端的直流电逆变成交流电源，供给所述用电负载使用。由于有负载设备需要使用交流，故增加逆变器，可以扩充应用环境。

具体实施例七：

如图7所示，一种雷电储存和防护装置，包括进行存储雷电电能的电容储能单元。所述电容储能单元直接构成或与其它器件组合构成电涌防护单元。所述电涌防护单元和其它的电涌防护单元并联，电涌防护单元之间连接有退藕器件；退藕器件为电阻器和电感器。所述其它的电涌防护器件由空气间隙、多层间隙、气体放电管、压敏电阻器和瞬态抑制二极管构成。电涌流过电容储能单元时，利用电容存储电荷的特性储存雷电能量，降低流入到后一级电涌电流，降低电压幅值和电压变化速度。

本具体实施例中的雷电储存和防护装置，应用于雷电间接效应危害的防护。其功能是存储电涌能量，钳制被保护线路的电压。此装置包含若干级电涌防护单元，其中第n级防护单元使用储能单元作为防护器件，第n级防护单元可直接由储能单元构成或由储能单元与其它元件组合构成。电涌脉冲流过第n级防护单元时，利用电容器特性，电涌能量被储存，电压缓慢上升，大大减弱电涌的危害。图中n≥1。

具体实施例八：

如图8所示，装置包含三级电涌防护单元，其中一级为电容储能单元构成的电涌防护单元；第一级电涌防护单元由气体放电管构成，第二级电涌防护单元由超级电容构成，第三级电涌防护单元由瞬态抑制二极管构成；三级电涌防护单元并联，其中第一级和第二级之间连接有退耦器。

在本具体实施例中，气体放电管V1是电涌防护电路的第一级；电容器C1是电涌防护电路的第二级；瞬态抑制二极管VD1是电涌防护电路的第三级。电感L1是第一级与第二级的退耦器。

具体实施例九：

如图9所示，装置包含三级电涌防护单元，其中一级为电容储能单元构成的电涌防护单元；第一级电涌防护单元由气体放电管、压敏电阻器构成，第二级电涌防护单元由超级电容、气体放电管构成，第三级电涌防护单元由瞬态抑制二极管构成；三级电涌防护单元并联，其中第一级和第二级之间连接有退耦器、第二级和第三级之间连接有退耦器；

在本具体实施例中，气体放电管V1和压敏电阻RV1是电涌防护电路的第一级；气体放电管V2和电容器C1是电涌防护电路的第二级；瞬态抑制二极管VD1是电涌防护电路的第三级。电感L1是第一级与第二级的退耦器。电感L2是第二级与第三级的退耦器。

Claims (18)

1.一种基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：包括储存雷电放电能量的电容储能单元，所述电容储能单元包含电容器；所述电容储能单元还包括与电容储能单元并联的电涌保护器件；还包括充电控制单元，所述充电控制单元包括电阻器、升压电路、电池、控制电路和探头，所述升压电路一个输出端通过电阻器与电容储能单元相连，升压电路另一个输出端直接与电容储能单元相连，升压电路的输入端与电池相连，探头通过控制电路与升压电路相连。

2.根据权利要求1所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电容储能单元与地相连。

3.根据权利要求2所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电容储能单元通过固体接地体与地相连。

4.根据权利要求2所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：还包括用于耗散雷电能量的延缓单元。

5.根据权利要求4所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：还包括用于承接雷电的接闪器，所述接闪器为富兰克林型避雷针、双极性空间电荷放电分散型避雷针、双极优化型避雷针、优化型避雷针或闪盾型避雷针；所述接闪器的接地引线与电容储能单元相连后与地相连。

6.根据权利要求4所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述延缓单元包括延缓电阻；所述延缓电阻通过与电容储能单元串联后再与地相连。

7.根据权利要求4所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述延缓单元包括延缓电感；所述延缓电感通过与电容储能单元串联后再与地相连；所述延缓电感为空心电感、铁氧体磁芯电感、非晶体磁芯电感或纳米磁芯电感。

8.根据权利要求4所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述延缓单元还包括延缓电阻和延缓电感；所述延缓电阻、延缓电感和电容储能单元串联后，再与地相连。

9.根据权利要求3到8之一所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电容储能单元包括至少两个。

10.根据权利要求9所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电容储能单元并联。

11.根据权利要求10所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电容储能单元之间连接有电涌保护器件，所述电涌保护器件为空气间隙、多层间隙、气体放电管、压敏电阻器和瞬态抑制二极管。

12.根据权利要求1所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电容储能单元包括电压延缓电路和电容储能电路。

13.根据权利要求12所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电压延缓电路中的电容为脉冲电容器，所述电容储能电路的电容为超级电容器。

14.根据权利要求13所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述电压延缓电路包括至少两级电压延缓支路；所述电压延缓电路包括脉冲电容和隔离器件；所述隔离器件为开关型防雷器件或限压型防雷器件。

15.根据权利要求5所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：所述接闪器通过延缓电阻与电容储能单元连接，电容储能单元之间并联，电容储能单元之间连接有电涌保护器件。

16.根据权利要求1到7之一所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：还包括与储能电容相连的逆变单元；逆变单元的两根输入线并联到储能电容的两端，两根输出线并联在用电负载两端。

17.根据权利要求1所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：电涌保护器中有电容储能单元，所述电容储能单元和其它的电涌防护单元并联，电涌防护单元之间连接有退耦器件。

18.根据权利要求17所述的基于电容储能的雷电储存和防护装置，其特征在于：电涌保护器中包含三级电涌防护单元，其中一级为电容储能单元，电容储能单元中的电容器为超级电容器。