CN106848848A - 一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置 - Google Patents

一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置 Download PDF

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Abstract

一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，包括机架，机架上端设有金属外罩，金属外罩上设有若干放电通孔，金属外罩外壁上对应放电通孔的位置设有中空放电针，中空放电针侧壁上设有若干开口，机架上端中部设有安装孔，安装孔内安装有纳米陶瓷绝缘子，纳米陶瓷绝缘子底部设有电极，电极与机架内壁之间设有间隙，电极通过接地线与大地连接，电极下方的机架上设有风机，机架上还设有电源、逆变器和变压器，电源通过导线依次与逆变器和变压器连接，变压器通过导线与纳米陶瓷绝缘子连接，电源通过导线与风机连接。它具有同时进行有源和无源驱雷、多级驱雷、驱雷效果更加稳定可靠、结构紧凑等优点。

Description

一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置
技术领域：
本发明涉及驱雷装置技术领域，具体涉及一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置。
背景技术：
消雷器是上世纪70年代发展起来的新型防雷装置，消雷器通常由离子化装置、连接线及接地装置三部分组成，利用金属针状电极的尖端放电原理设计而成。在雷云电场作用下，当尖端场强达到一定值时，周围空气发生游离后，在电场力的作用下离去，而接替它的其它空气分子相继又被游离，如此下去，从金属尖端向周围有离子电流流去。随着电位的升高，离子电流按指数规律增加。当雷电出现在消雷器及被保护设备上空时，消雷器及附近大地均感应出与雷云电荷极性相反的电荷。安有许多针状电极的离子化装置，使大地的大量电荷在雷云电场作用下，由针状电极发射出去，向雷云方向运动，使雷云被中和，雷电场减弱，有效保护建筑物。
但现有的消雷器通常为无源消雷器或有源消雷器，无源消雷器具有无需供电优点，适合用于野外、高压线路上等供电不便的地方，但可控性较差，不能及时掌握雷电信息，而有源消雷器具有电子化信息辅助设备，具有可控消雷的优点，但无法用于野外、高压线路等缺少电源的地方，在实际使用中无论是有源消雷器还是无源消雷器都存在一些不足，将无源消雷器和有源消雷器设计成有源+无源一体化消雷器，不仅能够将有源消雷器和无源消雷器的优点集合，而且拓宽了应用领域，提高了消雷稳定性。
发明内容：
本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，它具有同时进行有源和无源驱雷、多级驱雷、驱雷效果更加稳定可靠、结构紧凑等优点，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，包括机架，机架上端设有金属外罩，金属外罩上设有若干放电通孔，金属外罩外壁上对应放电通孔的位置设有中空放电针，中空放电针侧壁上设有若干开口，机架上端中部设有安装孔，安装孔内安装有纳米陶瓷绝缘子，纳米陶瓷绝缘子底部设有电极，电极与机架内壁之间设有间隙，电极通过接地线与大地连接，电极下方的机架上设有风机，机架上还设有电源、逆变器和变压器，电源通过导线依次与逆变器和变压器连接，变压器通过导线与纳米陶瓷绝缘子连接，电源通过导线与风机连接。
所述机架包括上安装座、下安装座和若干支撑杆，支撑杆一端与上安装座连接，另一端与下安装座连接，上安装座上端设有金属外罩，上安装座中部设有安装孔，安装孔内设有纳米陶瓷绝缘子，纳米陶瓷绝缘子底部设有电极，上安装座与下安装座之间设有风机、变压器、逆变器和电源。
所述中空放电针末端设有若干一级放电针。
所述机架外部设有球形外壳。
所述金属外罩为铝金属外罩，所述电极为铝电极。
所述金属外罩外壁上均匀设有多根中空放电针，其形状如同刺猬。
所述接地线一端与电极连接，另一端与设置在地表下的电流收集装置连接。
所述金属外罩内壁与电极间距合理设计，确保等离子产生的数量。
所述纳米陶瓷绝缘子设计为长短伞裙间隔状。
所述球形外壳采用钛合金或碳纤维等轻质材料。
所述金属外罩内设有若干等离子发生仓。
所述等离子发生仓包括内金属罩，内金属罩内设有内纳米陶瓷绝缘子，内纳米陶瓷绝缘子底部设有内电极，内电极通过接地线与大地连接，内电极与内金属罩内壁之间设有间隙，内纳米陶瓷绝缘子通过导线与变压器连接。
所述内金属罩通过导线与金属外罩连接。
所述内金属罩为铝内金属罩，所述内电极为高导或超导内金属电极。
本发明采用上述方案，针对现有消雷器在实际使用时存在的技术问题，设计了一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，通过设计机架、铝金属外罩、中空放电针、一级放电针、铝电极和接地线，实现两级无源驱雷；通过在中空放电针上设计开口，设计纳米陶瓷绝缘子、变压器、逆变器和电源，实现有源驱雷，从而有效将无源驱雷装置与有源驱雷装置结合成一体，最大发挥有源驱雷和无源驱雷的优势，使驱雷效果更加可靠。
附图说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明另一结构示意图；
其中，1、机架，101、上安装座，102、下安装座，103、支撑杆，2、金属外罩，3、放电通孔，4、中空放电针，5、一级放电针，6、开口，7、安装孔，8、纳米陶瓷绝缘子，9、电极，10、接地线，11、风机，12、电源，13、逆变器，14、变压器，15、球形外壳，16、电流收集装置，17、线圈，18、等离子发生仓，19、内金属罩，20、内纳米陶瓷绝缘子，21、内电极。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
如图1-2所示，一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，包括机架1，机架1上端设有金属外罩2，金属外罩2上设有若干放电通孔3，金属外罩2外壁上对应放电通孔3的位置设有中空放电针4，中空放电针4侧壁上设有若干开口6，机架1上端中部设有安装孔7，安装孔7内安装有纳米陶瓷绝缘子8，纳米陶瓷绝缘子8底部设有电极9，电极9与机架1内壁之间设有间隙，电极9通过接地线10与大地连接，电极9下方的机架1上设有风机11，机架1上还设有电源12、逆变器13和变压器14，电源12通过导线依次与逆变器13和变压器14连接，变压器14通过导线与纳米陶瓷绝缘子8连接，电源12通过导线与风机11连接，通过设计机架1、金属外罩2、中空放电针4、一级放电针5、电极9和接地线10，实现两级无源驱雷；通过在中空放电针4上设计开口6，设计纳米陶瓷绝缘子8、变压器14、逆变器13和电源12，实现有源驱雷，从而有效将无源驱雷装置与有源驱雷装置结合成一体，最大发挥有源驱雷和无源驱雷的优势，使驱雷效果更加可靠。
机架1包括上安装座101、下安装座102和若干支撑杆103，支撑杆103一端与上安装座101连接，另一端与下安装座102连接，上安装座101上端设有金属外罩2，上安装座101中部设有安装孔7，安装孔7内设有纳米陶瓷绝缘子8，纳米陶瓷绝缘子8底部设有电极9，上安装座101与下安装座102之间设有风机11、变压器14、逆变器13和电源12，通过设计上安装座101、下安装座102和支撑杆103，使整体安装更加合理，结构更加紧凑。
中空放电针4末端设有若干一级放电针5，实现微安级放电。
机架1外部设有球形外壳15，有效保护机架1内的装置。
金属外罩2为铝金属外罩，电极9为铝电极，铝材质性价比更好。
金属外罩2外壁上均匀设有13根中空放电针4，其形状如同刺猬，使放电更加均匀快速。
接地线10一端与电极9连接，另一端与设置在地表下的电流收集装置16连接。
金属外罩2内壁与电极9之间间距合理设计，确保等离子产生的数量。
纳米陶瓷绝缘子设计为长短伞裙间隔状，强电离空气更容易发生。
球形外壳15采用钛合金或碳纤维等轻质材料，有效保护机架内部设备。
金属外罩2内设有若干等离子发生仓18。
等离子发生仓18包括内金属罩19，内金属罩19内设有内纳米陶瓷绝缘子20，内纳米陶瓷绝缘子20底部设有内电极21，内电极21通过接地线10与大地连接，内电极21与内金属罩19内壁之间设有间隙，内纳米陶瓷绝缘子20通过导线与变压器14连接。
内金属罩19与金属外罩2连接。
内金属罩19为铝内金属罩，内电极21为高导或超导内金属电极。
本发明的工作过程：
(1)无源驱雷工作过程
当本申请有源和无源一体等离子驱雷装置周围有雷云时，雷云中的负电荷不断聚集，根据库伦定律可知，同时大地上聚集大量正电荷，在异性电荷相吸的作用下，雷云中的负电荷不断呈漏斗状下降，当负电荷聚集到一定数量后，雷云中的负电荷与铝金属外罩上的一级放电针5之间形成微安级放电，即产生一级放电，雷云电荷击穿外界空气与一级放电针5连通后，大量负电荷聚集在铝金属外罩上，此时大地上聚集的正电荷通过接地线10聚集到铝电极上，铝电极上的大量正电荷与铝金属外罩上的大量负电荷不断聚集，产生电压差，当电压差增大到一定程度时就会击穿铝金属外罩与铝电极之间的空气，产生毫安级放电，即二级放电，从而电离出大量的等离子体，在雷云电场激励下可产生大于30mC/s消散电荷(即大于30mA消散电流)，等离子体中的正离子不断向上扩散，离子扩散高度通常达800m以上，与雷云中的负电荷中和，削弱雷云，产生的负离子经接地线流入电流收集装置中，从而实现无源驱雷。
(2)有源驱雷工作过程
在无源驱雷工作的同时，接通220V电源12，然后经逆变器13和变压器14的作用将220V电压变换成3万伏电压，并将3万伏电压传输到纳米陶瓷绝缘子8的线圈17上，纳米陶瓷绝缘子8在高电压的作用下击穿纳米陶瓷绝缘子8与铝金属外罩之间的空气，即实现介质阻挡放电方式强电离空气产生高浓度非平衡低温等离子体，根据我国气体电子学和静电学著名专家邱军林、白希尧等测试，采用上述强电离空气方式可产生浓度为1014/m3—1016/m3的等离子体，同时启动风机11，在风机11的作用下，高浓度等离子依次经过放电通孔3和中空放电针4，并从中空放电针4上的开口6处流出释放到空气中，根据美国国家宇航局(NASA)为在佛罗里达航天基地进行火箭筒引雷方式防雷，对地面自然尖端物(草木尖端)在雷云电场作用下产生的离子沿空间高度分布所作的探空测试表明，离子可漂移至800m以上的高空，因此正离子能够漂浮至雷云中，与雷云中的负电荷中和，削弱雷云，实现有源驱雷，同时本申请的驱雷装置还可以与雷电预警器、雷云电场强度测量仪、云层检测雷达、计数控制器和控制器辅助电子设备配合使用，实现智能化检测雷云和控制驱雷，通过将有源驱雷与无源驱雷装置的有效结合，使整体结构更加紧凑，同时实现多级放电驱雷和驱雷更加的安全可靠。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：包括机架，机架上端设有金属外罩，金属外罩上设有若干放电通孔，金属外罩外壁上对应放电通孔的位置设有中空放电针，中空放电针侧壁上设有若干开口，机架上端中部设有安装孔，安装孔内安装有纳米陶瓷绝缘子，纳米陶瓷绝缘子底部设有电极，电极与机架内壁之间设有间隙，电极通过接地线与大地连接，电极下方的机架上设有风机，机架上还设有电源、逆变器和变压器，电源通过导线依次与逆变器和变压器连接，变压器通过导线与纳米陶瓷绝缘子连接，电源通过导线与风机连接。
2.根据权利要求1所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：所述机架包括上安装座、下安装座和若干支撑杆，支撑杆一端与上安装座连接，另一端与下安装座连接，上安装座上端设有金属外罩，上安装座中部设有安装孔，安装孔内设有纳米陶瓷绝缘子，纳米陶瓷绝缘子底部设有电极，上安装座与下安装座之间设有风机、变压器、逆变器和电源。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：中空放电针末端设有若干一级放电针。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：所述机架外部设有球形外壳。
5.根据权利要求1所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：所述金属外罩为铝金属外罩，所述电极为铝电极。
6.根据权利要求1所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：所述接地线一端与电极连接，另一端与设置在地表下的电流收集装置连接。
7.根据权利要求1所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：纳米陶瓷绝缘子设计为长短伞裙间隔状。
8.根据权利要求4所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：所述球形壳体采用钛合金或碳纤维轻质材料。
9.根据权利要求1所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：所述金属外罩与电极间距为1-500mm。
10.根据权利要求1所述的一种综合有源和无源一体等离子驱雷装置，其特征在于：所述金属外罩内设有若干等离子发生仓，等离子发生仓包括内金属罩，内金属罩内设有内纳米陶瓷绝缘子，内纳米陶瓷绝缘子底部设有内电极，内电极通过接地线与大地连接，内电极与内金属罩内壁之间设有间隙，内纳米陶瓷绝缘子通过导线与变压器连接。
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