CN106028612A - 可变电场平衡装置 - Google Patents

Abstract

可变电场平衡装置由中空的组件形成，该中空的组件的几何形状在其外部可以不同，其包括上部无源捕获元件（2），其充当捕获电极；下部无源捕获元件（3），其充当接收电极；以及电绝缘体元件（4），其使上下部元件彼此分离并保持距离为（d），距离（d）将取决于材料的导电系数，元件（4）在外部以裙状覆盖下部元件（3），直到盖住下部元件的下部底座，从而防止闪电球对上述下部元件（3）的冲击，防止引起上行先导的产生，上述装置还含有膨胀和压缩阀（5），该膨胀和压缩阀将上述中空组件的外部和内部相连接，并与电流通路和/或吸收外部感应浪涌同相膨胀，在对电场的补偿结束时被压缩。

Description

可变电场平衡装置

发明对象

如本专利说明书标题所述，本发明涉及可变电场平衡装置，该可变电场平衡装置具有优点和新特征，是对目前现有技术的改进，并将在下文进行详细描述。

本发明的对象具体为一种装置，其目的在于保护陆地上和海上的人类、动物和设施免受直接的大气放电的伤害并将伤害降至容许极限，保护外部感应浪涌免受被保护设施的附近区域的雷电的影响，为此，由彼此隔离的捕获电极和接收电极，以及膨胀和压缩阀，每当电场发生变化时，对附近进行电场补偿，所述电场的饱和度低于将导致空气的电介质破裂的极限，由此使所产生的下行先导（downward leader）和装置中潜在地产生的上行先导（upward leader）相合并。

技术领域

本发明的技术领域属于致力于制造用于防护大气放电的设备和装置的工业部门的一部分。

背景技术

根据科学界当前的避雷针和不同的制造商的标准，目前，在大气放电保护系统中，富兰克林型无源捕获系统通常是最被认可的，尽管应该记住的是，富兰克林型无源捕获系统，众所周知，本质上是由在建筑物上突出的附有捕获头的金属桅杆组成，通过由金属矛制成的铜导线，将金属桅杆与导电接地线相连，立即，即在微秒之间来补偿上述电场，从而当存在近似电位差时，下行先导和上行先导之间产生大约500KV，当雷击出现在不同捕获带电体，并且捕获本身和所保护的建筑物上产生电磁效应时，根据闪电球的传输强度（无法预知），将摧毁受保护设施及/或对人或动物造成不堪设想的伤害。

此外，在该领域的专家已经评估多种场合的提前放电避雷针，结论是这些系统都未能证明其有效性，以比无源捕获系统更短的时间内吸引闪电，主要是由于实际上在上述捕获的顶端产生有附加载荷，通过提前放电装置储存的能量，不足以影响所谓的冲击距离。

专家还评估了所谓的电荷转移系统(Charge Transfer System, CTS)，结论是，在满足条件的情况下，通过电荷转移系统来防止闪电球冲击建筑物，其可能性得不到任何科学论证或实验依据的支持。在风暴条件下，相较于波导或下行先导，由典型系统所释放的电荷可以忽略。对受冲击的此类型的设施的记录表明，依赖于常规捕获的情况居多。

鉴于上述研究和科学评估，并且考虑到，在云中和陆地上产生的电荷是无限的，在任何情况下，都不能产生足够大的空间电荷，而足以补偿上述建筑物附近的电场，正是因为产生的上述电荷远大于上述补偿空间电荷，所以上述补偿空间电荷可以忽略不计，可以清楚的是，防止建筑物被雷击的唯一方法是防止上述捕获系统产生上述上行先导，为此有必要使连接至上述捕获的电场自身不断地减小， 并且无论如何，在风暴形成的时间内不断地变化，本发明的对象装置即是基于实现上述效果。

发明内容

本发明提出的可变电场平衡装置基于避免上述问题，同时无论如何，接受上述问题，上述装置将仅限于以其真实自然界运转，取决于闪电球的可能的产生速度，换言之，取决于上述电场的增长速度及上述电场达到其饱和极限的速度，在装置的工作环境中，在间歇的和/或连续的电场变化开始时，取决于泄漏电流的产生比率，上述装置设法在其紧邻产生电场的补偿，从而在上述环境中，防止上述电场达到其饱和极限。

上述电场补偿，在任何情况下，都不取决于环境中现存的电荷的数量，由于数量是无限的，并且在受保护建筑物和/或上述捕获系统的紧邻上不可能引起显著的去电离，在暴风雨情况下，也完全不可能去抑制闪电球的形成，但是可以实现的是，在上述环境中对上述电场的补偿，从而降低电场的饱和极限，防止电场有时间能够产生足够的潜能来产生上行先导，并且防止上述闪电球冲击受保护的建筑物。因此，本发明的可变电场平衡装置用于防止上行先导在装置和其保护的建筑物上产生。

因此，具体地，本发明提出的装置，每当存在于其紧邻的电场经受变化时，无论变化多小，对上述电场进行补偿，使上述区域中的电场的饱和度低于将导致空气的电介质破裂的极限，由此使所产生的下行先导和装置中潜在地产生的上行先导相合并。

根据存在于上述区域的电场的变化，上述补偿可能是恒定的，连续的和/或相继的，本发明的上述装置确保不产生上述上行先导。这样，位于保护区的受保护的建筑物和/或人和/或动物上的电位和电磁效应将很明显地降至最小。

为此，上述装置由无源捕获元件组成，充当捕获电极，下部无源捕获元件，充当接收电极，以及绝缘体元件，其安置在上述两个元件的几何结构之间，从而盖住上述接收电极的下面部分，产生保护绝缘，适用于防止闪电冲击所述下面元件，上述情况下，由于没有能力指导从上述三个元件所装配形成的系统中泄露的电流的适当的速度，所述接收元件可能潜在地导致引起上行先导的产生。

需要重点指出的是，上述布置以及盖住上述下面无源捕获元件的下部底座的绝缘体元件的几何结构，对上述装置的正常运行时必不可少的。

此外，在本发明的上述装置中，在所述的下面无源捕获元件的下部底座处，考虑将负责当前的电流通路的膨胀压缩阀和/或外部感应浪涌的吸收结合起来。

这样，通过设置阀门，当出现泄漏电流，并喷射有在此过程中产生的超压时，阀门膨胀。此外，一旦上述捕获装配，包含上部无源捕获元件，或捕获电极，下部无源捕获元件，或接收电极，以及绝缘体元件，已临时地完成对电场的补偿，上述阀门将压缩并停止运行。

因此，上述阀门是该装置的基本元件，因为没有阀门，在任何电场补偿产生的过程中，上述捕获装配都有可能被破坏。

假设上述捕获装配中产生的超压可能潜在地导致超出其工作极限，其中工作极限大约为200kA左右，那么上述装置就可能被破坏，上述膨胀压缩阀将充当安全阀并从其位置跳出，防止上述超压破坏上述装置。逻辑上，当上述情况发生时，上述装置将停止运行直到上述阀门回位。

同样值得注意的是，上述捕获装配被设置在一紧固桅杆上，紧固桅杆有一连接器接地，并将仅作为锚固元件，恰当地在要被保护的建筑物上定位上述装置。

就其本身而言，将通过垂直地放置上述装置，并优选地与上述建筑物的最高点的距离至少为80cm。单独的建筑物或地区可能被保护，为此，必须要有几个装置形成周界保护，取决于其覆盖半径，几个装置一起被连接至接地系统并系于一个共同的接地线，共同的接地线作为不同的电流泄露结束的最终地方。

同样，取决于要被保护的建筑物和/或地区的类型，以及其危险等级，上述装置可能有不同设计，并采用不同的材料类型。

因此，上部无源捕获元件和下部无源捕获元件可能在其外形上有不同的几何形状，这将取决于建筑物的保护需要。

最后，值得注意的是，为了所提出的平衡装置能够正常运转，上部无源捕获元件和下部无源捕获元件的距离将不得不包含一种关系，此关系取决于所述元件的材料的导电系数以及上述中间绝缘元件，并且是装置运行的效力的基础。

因此，上述可变电场平衡装置由创新结构构成，为了其设计的目的直到现在才揭示其特点，联系到装置的实用价值，使其有充分的理由来获得所请求的专有特权。

附图说明

为了补充所述说明并更好地理解本发明的特征，作为必不可少的一部分，通过插图来附上本描述性报告，附图并不限于以下描述：

图1为可变电场平衡装置的典型实施例的正视原理图，作为本发明的对象，展示了装置的一般外部配置、主要部分以及所包含的元件，下部无源捕获元件的轮廓，也已用虚线来表示，展示了其如何被覆盖并隐藏在绝缘元件下面；

图2为图1所示的本发明的装置的相同样例的纵剖视图，展现了装置的配置及其内部部分的布置。

具体实施例

鉴于已描述的附图，按照已使用的编号，不难看出其中有典型的优先的实施例，实施例不应作为对本发明的可变电场平衡装置的限制，上述装置所包含的部件和元件将在下文进行详细表述和描述。

这样，如图所示，所讨论的装置（1）由中空组件制成，装配包括上部无源捕获元件（2），其充当捕获电极，下部无源捕获元件（3），其充当接收电极，元件（2）和元件（3）在其外部可能由多种几何形状，例如本样例所示的半球状，以及电绝缘体元件（4），其位于上部元件（2）和下部元件（3）之间，使上下部元件彼此分离并保持距离为（d），距离（d）将取决于构成上述元件的材料的导电系数以及绝缘体元件的几何结构，元件（4）除了在内部分离上下部元件，也在外部像裙子一样覆盖下部元件（3），直到达到元件的下部底座，从而防止闪电球对上述下部元件（3）的冲击，冲击可能潜在地导致引起上行先导的产生。

进一步，优选地在接收端的下部无源捕获元件（3）的下部底座处，上述装置含有膨胀压缩阀（5），将上述中空组件的外部和内部相连接，并在电流通路和/或吸收外部感应浪涌相位中膨胀，在对电场的补偿结束时被压缩。

此外，上述阀门（5）还是一个安全阀，在由上部捕获元件（2）、接收的下部元件（3）及绝缘体元件（4）组成的上述中空组件中产生的超压超过其工作极限的情况下，阀门（5）将从其位置跳出。

另外，上述装配被耦合设置在一紧固桅杆（6）上，用于将其锚定在要被保护的建筑物上，上述装配还包含一连接件（7），用于接地。

综上所述，每当存在于上述装置的紧邻处的电场发生变化时，上述装置就对上述电场进行补偿，变化通常由闪电球引起，使上述电场的饱和度低于极限将对空气中的电介质造成损害，并且由此使所产生的下行先导和在装置中产生的潜在的上行先导相合并。

以上所述已充分地描述了本发明的性质及如何将其应用到实践中，对于本行业的专业人士，没必要进行详细说明，就可以理解本发明的范围及源自本发明的优点，需要指出的是，在本质上，本发明可以由在细节上不同于作为样例的上述实施例的其它实施例来实现，只要所要求的保护范围没有更改、变化或改进其基本原则，那么其它实施例将也在所要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变电场平衡装置，包括由电绝缘体分开的导电捕获元件，该电绝缘体并入在带有接地线（7）的桅杆（6）上，其特征在于，该可变电场平衡装置由中空组件构成，该中空组件包括上部无源捕获元件（2），其充当捕获电极，以及下部无源捕获元件（3），其充当接收电极，元件（2）和元件（3）在其外部可能有各种几何形状，还包括电绝缘体元件（4），其位于所述上部元件（2）和下部元件（3）之间，使上下部元件保持彼此分离并且之间的可变距离为（d），该距离（d）取决于构成所述元件（2）和元件（3）的材料的导电系数以及绝缘体元件（4）的几何结构，以使得元件（4）除了在内部使所述上下部元件分离之外，还在外部以裙状覆盖下部元件（3），直到盖住所述下部元件（3）的下部底座，从而防止闪电球对上述下部元件（3）的冲击，该冲击能引起上行先导的产生，所述装置还具有膨胀压缩阀（5），将所述中空组件的外部和内部相连接，并与电流通路和/或对外部感应浪涌的吸收是同相膨胀的，在对电场的补偿结束时被压缩。

2.根据权利要求1所述的可变电场平衡装置，其特征在于，所述上部无源捕获元件（2）和下部无源捕获元件（3）具有半球状外部配置。

3.根据权利要求1或2所述的可变电场平衡装置，其特征在于，上述阀门（5）还是一个安全阀，当由上部捕获元件（2）、下部接收元件（3）及绝缘体元件（4）形成的所述中空组件中产生的超压超过其工作极限时，阀门（5）从其位置跳出。

4.根据权利要求1到3中的任一项权利要求所述的可变电场平衡装置，其特征在于，上述阀门（5）被并入接收的下部无源捕获元件（3）的下部底座。