CN104796034A - 高电压脉冲多闪击防海盗装置 - Google Patents

Abstract

一种高电压脉冲多闪击防海盗装置，包括低压直流电源、低压可控开关、高压直流充电单元、高电压脉冲多闪击发生器和放电电极；高压直流充电单元包括整流器、充电单元电容器C0和脉冲变压器，整流器包括两个并联的桥臂；高电压脉冲多闪击发生器包括发生器电流输入端、高压放电端、充电电阻器R1、触发电阻器R3、接地电阻器R2、高压可控开关、电感器L、发生器充电电容器C1和发生器触发电容器C2，高压放电端与放电电极电连接。本发明高电压多脉冲具有持续时间短（从数十微秒到数百微秒），电压幅值高（最高可达200kV甚至更高）、重复频率高（100Hz以上）等特点，虽然瞬间功率很大，但是持续时间短，消耗功率在数kVA左右。

Description

高电压脉冲多闪击防海盗装置

技术领域

本发明涉及航海安全设备技术领域，尤其是涉及一种高电压脉冲多闪击防海盗装置。

背景技术

当今海盗猖獗，影响人命安全、财产安全、通航安全和环境安全，对航运影响特别恶劣，海盗劫持一艘远洋货轮所需赎金约400万美元，造成全球每年因海盗袭击损失高达200多亿美元。

近年来全球范围内海盗活动日益猖獗，海盗恶性袭船事件频频发生。亚丁湾、几内亚湾沿岸海域海盗的袭击和拦截给各国航运企业、海上航运和世界经济造成了巨大的损失，海盗已成为各国海军和船东所面临的最头疼的问题。针对全球范围内反海盗斗争的特点及现状，发明一种应用于商船上的新型防海盗技术：高电压脉冲多闪击防海盗装置。

1、防海盗措施现状；目前，已见报道的防海盗装置有：法国强光晃眼、高压水枪喷射、高分贝声响震耳的“游击队”号；激光眩目、驱逐弹打击和高压水柱驱离功能的“捍卫者”；大宇造船的提前感应海盗攻击系统；英国BAE公司的激光耀眼系统；瑞典AB公司的反海盗水炮；瑞典Indusec公司利用“声音”原理开发的“地狱”声障；俄罗斯消防工程中心的反海盗机器人。

除此之外，甚至军用激光眩目武器、远程次声武器都被考虑用于远距离驱赶海盗。但以上防海盗设备复杂、价格昂贵，并且在实际防海盗过程中实用性较差，未得到推广使用。有的船上采用安装老虎刺、高压(5000V)防海盗电网，或用绳索扰乱海盗船的螺旋桨推进器等方法进行防海盗。多数船上配备了移动式盾牌、便携式盾牌、“钛雷”（烟花礼炮）、自制标枪、自制燃烧瓶、高压水枪(消防水枪)等简易防海盗设备。这些防海盗措施主要为被动防御，对武装海盗仅能起到警告、恐吓作用。海盗一旦登船，船员则只能进入“安全舱”等待救援。

2、防海盗的关键性问题；防海盗的难点主要在于打击力度的把握，打击海盗并非传统的军事行动，既要不致海盗性命，又要阻扰海盗登船，很多情况下，传统的杀伤性武器并不适用，并且民用商船也不允许携带杀伤性武器，这是防海盗技术不彻底的根本原因。目前世界上仍缺乏有效的解决办法，现有的反海盗装备与反海盗的实际需求还存在着相当大的差距，所以发展新型实用、高效的反海盗武器和装备迫在眉睫。

在反海盗斗争中，各国一致认识到防海盗的关键在于阻止海盗登船，而防海盗技术最有效的措施是震慑、驱散海盗。通过海盗行为分析及船舶结构等研究的基础上，设计一种高电压多闪击雷电脉冲防海盗系统，在防止海盗登船和对付已上船海盗两方面均做到不造成生命危险，又能够丧失其攻击能力。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的高电压脉冲多闪击防海盗装置，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高电压脉冲多闪击防海盗装置，包括低压直流电源、低压可控开关、高压直流充电单元、高电压脉冲多闪击发生器和放电电极；

所述高压直流充电单元包括整流器、充电单元电容器C0和脉冲变压器，所述整流器包括两个并联的桥臂，每个桥臂由两个二极管顺向串联；所述整流器与所述充电单元电容器C0并联；所述充电单元电容器C0的一端为接地端，所述充电单元电容器C0的另一端为充电单元电流输出端；所述充电单元电容器C0的接地端接地，并且所述充电单元电容器C0的接地端分出一路以上分电路，每一路所述分电路经过所述整流器的两个串联二极管后连接到所述充电单元电流输出端；所述整流器的电流方向从所述接地端指向所述充电单元电流输出端；所述整流器的每一路所述分电路中的两个所述二极管之间的电路电连接到所述脉冲变压器的高压输出端，所述脉冲变压器的低压输入端通过所述低压可控开关后与所述低压直流电源电连接；

所述高电压脉冲多闪击发生器包括发生器电流输入端、高压放电端、充电电阻器R1、触发电阻器R3、接地电阻器R2、高压可控开关、电感器L、发生器充电电容器C1和发生器触发电容器C2，所述发生器充电电容器C1和所述发生器触发电容器C2均包括接地端和非接地端，所述发生器充电电容器C1的接地端和所述发生器触发电容器C2的接地端均接地连接；所述发生器电流输入端的一端与所述充电单元电流输出端电连接，另一端分出两路，一路与所述发生器充电电容器C1的非接地端电连接，另一路与所述发生器充电电容器C1的非接地端并联后依次串联所述高压可控开关、所述充电电阻器R1、所述电感器L和所述触发电阻器R3后电连接到所述发生器触发电容器C2的非接地端；所述发生器触发电容器C2的非接地端与所述高压放电端之间电连接，所述电感器L与所述触发电阻器R3之间的电路引出一路经过所述接地电阻器R2后接地连接；

所述高压放电端与所述放电电极电连接。

所述放电电极包括100-600个，所述放电电极并联后与所述高压放电端电连接，所述放电电极分别均匀固定在远洋船舶甲板船舷的两侧甲板护栏上。

所述低压直流电源为船舶自带的电网系统，所述脉冲变压器为高压脉冲变压器，。

还包括绝缘筒，所述绝缘筒内浸绝缘油；所述低压可控开关、所述高压直流充电单元和所述高电压脉冲多闪击发生器均设置在所述绝缘筒内，并且所述低压可控开关、所述高压直流充电单元和所述高电压脉冲多闪击发生器的元器件之间通过所述绝缘油绝缘设置。

所述绝缘油为变压器油。

所述充电单元电容器C0、所述发生器充电电容器C1和所述发生器触发电容器C2均为多级储能电容器；

所述充电电阻器R1、所述触发电阻器R3和所述接地电阻器R2均为绕线式电阻器。

所述脉冲变压器采用螺旋线型高压空芯变压器。

还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统与所述低压可控开关和所述高压可控开关电连接。

所述充电单元电容器C0的接地端分出两路所述分电路，每一路所述分电路经过所述整流器的两个串联二极后连接到所述充电单元电流输出端。

所述放电电极包括导体、绝缘层外壳和三个放电分电极，所述导体的一端连接所述高压放电端；所述三个放电分电极的一端与所述导体电连接，另一端在所述绝缘层外壳顶部的正中和两侧位置穿出所述绝缘层外壳。

本发明所谓的PLC控制系统，其中PLC为可编程序控制器，即ProgrammableLogic Controller。

本发明的有益效果可以总结如下：

1、本发明高电压多脉冲具有持续时间短（从数十微秒到数百微秒），电压幅值高（最高可达200kV甚至更高）、重复频率高（100Hz以上）等特点，虽然瞬间功率很大，但是持续时间短，消耗功率在数kVA左右。

2、本发明高电压多闪击雷电脉冲防海盗系统可在船舶关键位置安装红外传感器、摄像机等进行监控，计算机系统进行控制动作，可以调整电压大小和放电强度。控制系统可集成在防水便携计算机中，可由船员带入安全舱操作。

3、本发明高电压脉冲放电为单端放电，不是两极间放电；不同于高压电网怕短路和断路；高电压多脉冲闪击防海盗系统仅一根放电电缆，不是全裸导线。放电电缆每隔一定间距有放电开口，不存短路问题，只有海盗靠近一定范围才自行放电；高电压多脉冲闪击防海盗系统的一根放电电缆有多段支撑电缆，某处被断开后，不影响其脉冲放电；高电压多闪击雷电脉冲击穿空气，无接触远距离放电；功率和能耗不大，仅数KVA；便于远程操控，安全便捷；不伤害生命；可备用UPS防止断电。

4、本发明专利“高电压多闪击雷电脉冲防海盗系统”成本为40-60万元人民币，功率小，免维护、操作简单、防击海盗效果好，具有广阔的市场前景和推广价值。

附图说明

图1为本发明总的系统简图；

图2本发明中高电压脉冲多闪击发生器部分的系统原理图；

图3为本发明的系统结构组成图；

图4为本发明放电电极的微观结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

一种高电压脉冲多闪击防海盗装置，包括低压直流电源、低压可控开关、高压直流充电单元、高电压脉冲多闪击发生器和放电电极；所述高压直流充电单元包括整流器、充电单元电容器C0和脉冲变压器，所述整流器包括两个并联的桥臂，每个桥臂由两个二极管顺向串联；所述整流器与所述充电单元电容器C0并联；所述充电单元电容器C0的一端为接地端，所述充电单元电容器C0的另一端为充电单元电流输出端；所述充电单元电容器C0的接地端接地，并且所述充电单元电容器C0的接地端分出一路以上分电路，每一路所述分电路经过所述整流器的两个串联二极管后连接到所述充电单元电流输出端；所述整流器的电流方向从所述接地端指向所述充电单元电流输出端；所述整流器的每一路所述分电路中的两个所述二极管之间的电路电连接到所述脉冲变压器的高压输出端，所述脉冲变压器的低压输入端通过所述低压可控开关后与所述低压直流电源电连接；所述高电压脉冲多闪击发生器包括发生器电流输入端、高压放电端、充电电阻器R1、触发电阻器R3、接地电阻器R2、高压可控开关、电感器L、发生器充电电容器C1和发生器触发电容器C2，所述发生器充电电容器C1和所述发生器触发电容器C2均包括接地端和非接地端，所述发生器充电电容器C1的接地端和所述发生器触发电容器C2的接地端均接地连接；所述发生器电流输入端的一端与所述充电单元电流输出端电连接，另一端分出两路，一路与所述发生器充电电容器C1的非接地端电连接，另一路与所述发生器充电电容器C1的非接地端并联后依次串联所述高压可控开关、所述充电电阻器R1、所述电感器L和所述触发电阻器R3后电连接到所述发生器触发电容器C2的非接地端；所述发生器触发电容器C2的非接地端与所述高压放电端之间电连接，所述电感器L与所述触发电阻器R3之间的电路引出一路经过所述接地电阻器R2后接地连接；所述高压放电端与所述放电电极电连接。

在更加优选的实施例中，所述放电电极包括100-600个，所述放电电极并联后与所述高压放电端电连接，所述放电电极分别均匀固定在远洋船舶甲板船舷的两侧甲板护栏上。所述低压直流电源为船舶自带的电网系统，所述脉冲变压器为高压脉冲变压器，。

在更加优选的实施例中，所述高电压脉冲多闪击防海盗装置还包括绝缘筒，所述绝缘筒内浸绝缘油；所述低压可控开关、所述高压直流充电单元和所述高电压脉冲多闪击发生器均设置在所述绝缘筒内，并且所述低压可控开关、所述高压直流充电单元和所述高电压脉冲多闪击发生器的元器件之间通过所述绝缘油绝缘设置。所述绝缘油为变压器油。

在更加优选的实施例中，所述充电单元电容器C0、所述发生器充电电容器C1和所述发生器触发电容器C2均为多级储能电容器；所述充电电阻器R1、所述触发电阻器R3和所述接地电阻器R2均为绕线式电阻器。所述脉冲变压器采用螺旋线型高压空芯变压器。

在更加优选的实施例中，所述高电压脉冲多闪击防海盗装置还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统与所述低压可控开关和所述高压可控开关电连接。

在更加优选的实施例中，所述充电单元电容器C0的接地端分出两路所述分电路，每一路所述分电路经过所述整流器的两个串联二极后连接到所述充电单元电流输出端。所述放电电极包括导体、绝缘层外壳和三个放电分电极，所述导体的一端连接所述高压放电端；所述三个放电分电极的一端与所述导体电连接，另一端在所述绝缘层外壳顶部的正中和两侧位置穿出所述绝缘层外壳。

如图1至图4所示：

1、系统组成；为了减小高电压脉冲多闪击防海盗装置体积，装置内部采用油浸绝缘，采用一体化设计构造，免维护，使用可靠。整个装置的组成如下：

绝缘筒1、变压器油2、高电压脉冲多闪击发生器3、整流器4[包括四个二极管41424344]、多级电容器组5[包括充电单元电容器C050、发生器充电电容器C151和发生器触发电容器C252]、电阻器6[包括充电电阻器R161、接地电阻器R262和触发电阻器R363]、高压可控开关7、高压脉冲变压器8、放电电极9、电缆10、船舶电网系统11、紧固件12、PLC控制器13、绝缘件14、控制电缆15、船舷16、空心电感器17、空气断路器ACB18。

绝缘筒1的尺寸H筒高×D筒直径=2×1米；高电压多闪击雷电脉冲发生器3可产生1000kv脉冲电压，每次闪击由10个高压脉冲组成，最短脉冲间隔为20μs；绝缘筒1与高压脉冲发生器3总重为1.4吨，功率不超过10KVA。

2、工作原理；工作原理如图1、图2和图3所示：采用电容器组储能，低压直流电源对电容器组充电；SG高压可控开关控制放电，放电脉冲由升压变压器升压后，经放电电极对外释放高压电脉冲，可按照设定时间间隔连续放电。

绝缘筒1内充变压器油2保证绝缘，绝缘筒1内由整流器4、多级储能电容器组5、电阻器6、高压可控开关7、高压脉冲变压器8组成高电压脉冲多闪击发生器3；船舶电网系统11输出400-440Vac、50/60Hz交流电源联接整流器4输入端，整流器4与充电单元电容器C050并联联接后的输出端联接发生器充电电容器C151和高压可控开关7；高压可控开关7控制电容器组5放电；空气断路器ACB18控制高压脉冲变压器8的初级绕组与船舶电网的接通或断开；高电压脉冲多闪击发生器3的输出端经电缆10并联100-600个放电电极9，紧固件12和绝缘件14把放电电极9分别均匀固定在远洋船舶甲板船舷的两侧甲板护栏上；PLC控制器13控制高电压多闪击脉冲发生器3和高压脉冲变压器8工作。

高电压多闪击脉冲发生器3，采用整流器4给多级电容器组5进行储能，电容器组5并联双边充电，圆形对称排列，引线长度相等；电容器组5采用合成油浸渍聚丙烯薄膜绝缘型的串并联高压脉冲双电层电容器，具有耐冲击电流性能，储能密度达30KJ/Kg；电阻器6采用绕线式电阻器，作为高电压多闪击雷电脉冲防海盗装置中的充电电阻、接地电阻和触发电阻，电阻器与相应电容器的时间常数远远大于发生器的放电时间；整流器4采用国晶科技的三相整流模块MDS300。

高压脉冲变压器8采用螺旋线型高压空芯变压器，其原边采用圆筒形绕组结构，原边绕组由铜带绕制而成，铜带宽度为30cm,铜带厚度为0.2mm，副边采用圆筒形高压绕组结构，由直径为0.35mm的漆包线绕制而成；高压脉冲变压器8的外筒内径r1=40cm，r1是初级线圈半径；内筒外径r2=39.8cm，r2是次级线圈半径；高压脉冲变压器8的外筒长度高度为30.5cm，铜带长度为50.3cm；高压脉冲变压器8第一级的初级绕组匝数N1=1,次级线圈匝数N2=1000，变比为1000；第二级的初级绕组匝数N3=1,次级线圈匝数N4=1000，变比为1000；第一级的初级最大充电电压为100V，第一级的次级最大输出电压为100KV；第二级的初级最大充电电压为100KV，第一级的次级最大输出电压为100000KV。

PLC控制器13采用继电器型Siemens S7-200PLC CPU226，一个扩展模块DI/O8/8。

放电电极如图4所示：具有防短路设计，放电电极9尺寸L长=20cm，d横截面直径=6cm；每一个放电电极9的一端的导体92接在电缆10上，其另一端焊接出5个放电分电极91，该端部中间有一个放电分电极91，该端部周围均匀分布四个放电分电极91，其与放电电极9向外成45°角；每个放电分电极91长5cm,粗2.5cm2，这5个放电分电极91是放电电极9整体的一部分；整个放电电极9外面包裹交联聚乙烯绝缘材料构成的绝缘层外壳93，其厚度为6.5mm，每个放电分电极91露出绝缘层外壳93约1cm，露出的放电分电极91部分成尖锥形；电缆10采用青岛汉缆股份有限公司生产的超高压交联聚乙烯电力电缆YJLTW03，具有防水功能。

3、主要功能；1、防止海盗攀爬：在船舷上布置特殊合金制成的放电线缆，当海盗身体接近放电电极的0.5米范围内时，开始自行放出高电压脉冲多闪击电波，海盗被瞬间电击后，造成暂时失去行动能力。

2、海盗登船后的防范措施：一旦海盗登船，那么设置在通道门口和楼梯处的高电压脉冲多闪击放电电极就进入工作状态。发射的高电压脉冲将发生强烈的雷电放电效果，可对海盗造成恐吓；或者先不放电，待海盗靠近放电电极后再自行放电。如果海盗强行进入这个区域，那么将被高电压击倒或灼伤，但一般不会丧失生命（心脏病等除外）。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：包括低压直流电源、低压可控开关、高压直流充电单元、高电压脉冲多闪击发生器和放电电极；

所述高压直流充电单元包括整流器、充电单元电容器C0和脉冲变压器，所述整流器包括两个并联的桥臂，每个桥臂由两个二极管顺向串联；所述整流器与所述充电单元电容器C0并联；所述充电单元电容器C0的一端为接地端，所述充电单元电容器C0的另一端为充电单元电流输出端；所述充电单元电容器C0的接地端接地，并且所述充电单元电容器C0的接地端分出一路以上分电路，每一路所述分电路经过所述整流器的两个串联二极管后连接到所述充电单元电流输出端；所述整流器的电流方向从所述接地端指向所述充电单元电流输出端；所述整流器的每一路所述分电路中的两个所述二极管之间的电路电连接到所述脉冲变压器的高压输出端，所述脉冲变压器的低压输入端通过所述低压可控开关后与所述低压直流电源电连接；

所述高电压脉冲多闪击发生器包括发生器电流输入端、高压放电端、充电电阻器R1、触发电阻器R3、接地电阻器R2、高压可控开关、电感器L、发生器充电电容器C1和发生器触发电容器C2，所述发生器充电电容器C1和所述发生器触发电容器C2均包括接地端和非接地端，所述发生器充电电容器C1的接地端和所述发生器触发电容器C2的接地端均接地连接；所述发生器电流输入端的一端与所述充电单元电流输出端电连接，另一端分出两路，一路与所述发生器充电电容器C1的非接地端电连接，另一路与所述发生器充电电容器C1的非接地端并联后依次串联所述高压可控开关、所述充电电阻器R1、所述电感器L和所述触发电阻器R3后电连接到所述发生器触发电容器C2的非接地端；所述发生器触发电容器C2的非接地端与所述高压放电端之间电连接，所述电感器L与所述触发电阻器R3之间的电路引出一路经过所述接地电阻器R2后接地连接；

所述高压放电端与所述放电电极电连接。

2.根据权利要求1所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：所述放电电极包括100-600个，所述放电电极并联后与所述高压放电端电连接，所述放电电极分别均匀固定在远洋船舶甲板船舷的两侧甲板护栏上。

3.根据权利要求1所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：所述低压直流电源为船舶自带的电网系统，所述脉冲变压器为高压脉冲变压器，。

4.根据权利要求1所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：还包括绝缘筒，所述绝缘筒内浸绝缘油；所述低压可控开关、所述高压直流充电单元和所述高电压脉冲多闪击发生器均设置在所述绝缘筒内，并且所述低压可控开关、所述高压直流充电单元和所述高电压脉冲多闪击发生器的元器件之间通过所述绝缘油绝缘设置。

5.根据权利要求4所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：所述绝缘油为变压器油。

6.根据权利要求1所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：所述充电单元电容器C0、所述发生器充电电容器C1和所述发生器触发电容器C2均为多级储能电容器；

所述充电电阻器R1、所述触发电阻器R3和所述接地电阻器R2均为绕线式电阻器。

所述脉冲变压器采用螺旋线型高压空芯变压器。

7.根据权利要求1所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统与所述低压可控开关和所述高压可控开关电连接。

8.根据权利要求1所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：所述充电单元电容器C0的接地端分出两路所述分电路，每一路所述分电路经过所述整流器的两个串联二极后连接到所述充电单元电流输出端。

9.根据权利要求1所述的高电压脉冲多闪击防海盗装置，其特征在于：所述放电电极包括导体、绝缘层外壳和三个放电分电极，所述导体的一端连接所述高压放电端；所述三个放电分电极的一端与所述导体电连接，另一端在所述绝缘层外壳顶部的正中和两侧位置穿出所述绝缘层外壳。