CN108963767A - 一种电晕场驱雷器及其驱雷方法 - Google Patents
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Abstract
一种电晕场驱雷器及其驱雷方法，包括金属外罩，所述金属外罩上均匀间隔设有若干放电杆，所述放电杆上端设有若干上放电电极，所述金属外罩下端连接有放电筒，所述金属外罩下端的放电筒内设有绝缘支撑，所述绝缘支撑上端与设置在金属外罩顶部的放电杆连接，所述绝缘支撑下端连接有下放电电极，所述下放电电极外壁与放电筒内壁之间设有放电间隙，所述下放电电极下端通过绝缘垫板与过渡段支撑连接，所述下放电电极通过接地线与大地连接，它具有结构设计合理、无需电源、利用雷云电场自激发电晕放电、驱雷可靠稳定、对周围设施无负面影响、安装简便、抗风能力强、在线监测等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及防雷技术领域，具体涉及一种电晕场驱雷器及其驱雷方法。
背景技术：
270多年以来，国际防雷界主要沿用的是富兰克林发明的避雷针(接闪器)，吸引雷云电场集中于其金属针附近而增大针端电场强度，使雷云电场击穿金属针而将强大的雷电流经其接地体泄放入地。该种避雷针具有结构简单、性能相对稳定和好维护的优点，但存在保护角度小，对接地电阻要求高，有接触电压和跨步电压风险，引起人员伤害；避雷针接闪过程中容易在被保护物体上形成感应电流，不适合保护弱电设备等不足。
与富兰克林发明的避雷针接闪机理相同的提前放电式避雷针(ESE)，能产生一个比普通避雷针更快的迎面先导。在自然的迎面先导形成前，迅速地向雷电方向传播直至捕获雷电，并将其导入大地。虽然能够有效避免传统避雷针的“绕击”和“侧击”现象，但是有反击、有接触电压和跨步电压的危害，保护半径与普通避雷针接近，对接地电阻要求高。
消散阵列(DAS)在雷云电场作用下产生等离子体，中和雷云电荷，由于自屏蔽效应使其产生的等离子体远不足以消雷，导致其消雷失败机率较高。具有中和雷云下行先导能力，减弱雷击主放电电流，但因自屏蔽效应其产生的等离子体远不足以消雷，通流量有限，造成自身常被雷电击毁。
天幕半球防雷即采用大曲率球面设计能在其表面形成均匀电场，使得被保护物上方的电场强度和电荷密度达不到击穿空气的数值，改变雷电的主放电渠道。斥雷与周边，对周围设施损害较大。在保护范围内有效防雷，由于其大曲率球面设计，改变雷电主放电通道，造成周边较其电场稍不均匀的目标雷击概率升高。
发明内容：
本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种电晕场驱雷器及其驱雷方法，它具有结构设计合理、无需电源、利用雷云电场自激发电晕放电、驱雷可靠稳定、对周围设施无负面影响、安装简便、抗风能力强、在线监测等优点，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：
一种电晕场驱雷器，包括金属外罩，所述金属外罩上均匀间隔设有若干放电杆，所述放电杆上端设有若干上放电电极，所述金属外罩下端连接有放电筒，所述金属外罩下端的放电筒内设有绝缘支撑，所述绝缘支撑上端与设置在金属外罩顶部的放电杆连接，所述绝缘支撑下端连接有下放电电极，所述下放电电极外壁与放电筒内壁之间设有放电间隙，所述下放电电极下端通过绝缘垫板与过渡段支撑连接，所述下放电电极通过接地线与大地连接。
所述金属外罩为铝或合金金属外罩，所述上放电电极和下放电电极为高导或超导金属电极。
所述放电筒筒壁上对应放电间隙的位置设有若干便于离子通过的圆孔。
所述绝缘支撑与下放电电极之间设有支撑放电筒的绝缘固定板，所述绝缘固定板外壁与放电筒内壁接触连接。
所述绝缘支撑、绝缘固定板和下放电电极通过若干螺钉紧固连接。
所述绝缘固定板包括圆形绝缘板，所述圆形绝缘板边缘沿其圆周方向均匀间隔设有若干圆弧凹槽，圆形绝缘板一侧端面中部设有安装绝缘支撑的凹槽，另一侧端面中部对应凹槽的位置设有凸起，所述凸起上均匀间隔设有若干螺纹孔。
所述绝缘固定板为环氧树脂绝缘板。
所述金属外罩顶端设有防转动卡槽，所述绝缘支撑顶部设有与防转动卡槽配合的凸起。
所述下放电电极为环形电极。
所述金属外罩和放电筒通过若干螺栓和螺母A紧固连接。
所述下放电电极、绝缘垫板和过渡段支撑通过若干螺栓和螺母B紧固连接。
所述下放电电极与过渡段支撑之间连接有电源线，所述电源线上套穿有感应线圈，所述感应线圈与装配有SIM卡的电流检测仪连接。
所述下放电电极与绝缘垫板之间设有防雨罩。
所述过渡段支撑为钢制过渡段支撑，所述钢制过渡段支撑通过接地线与大地连接。
所述过渡段支撑上设有实时监控电晕放电过程的监控摄像机，所述监控摄像机与无线网络传输与终端连接，所述终端为手机或硬盘录像机。
一种电晕场驱雷器驱雷方法，包括以下步骤：
(1)电晕场驱雷器的下放电电极和上放电电极在雷云电场的作用下感应出大量与雷云电荷极性相反的电荷，电晕场驱雷器的上放电电极在尖端效应下电荷密度大，电场强度强，在被保护目标上形成均匀高电场，使被保护目标处于安全的电场中；
(2)随着雷云电场的增强，上放电电极上电荷逐渐增多，与雷云电荷极性相同的电荷在雷云电场的排斥下聚积在放电筒内壁上，随着下放电电极上电荷电荷增多，电场强度增大，强电场会对空气产生电离，产生大量电晕离子；
(3)电晕离子中的正电晕电荷扩散到空气中，不断与雷云电荷相互作用，削弱雷云下行先导发展速度和强度，同时在驱雷器及被保护物体上方形成电晕屏蔽层，抑制上行连接先导的始发，阻断上下通道导通，避免了雷击出现。
本发明采用上述方案，针对现有避雷针存在的技术问题，设计了一种电晕场驱雷器及其驱雷方法，通过设计电晕场驱雷器，可以实现无源电晕离子，有效削弱雷云电荷和阻断雷云电荷与被保护目标之间的雷击通道导通，进而有效保护被保护目标；通过设计绝缘支撑，实现将上放电电极和下放电电极分开，上放电电极与雷云电荷电晕放电单元组合为一体，下放电电极与大地连接，进而实现电晕放电和电晕屏蔽层；通过设计金属外罩、放电筒、绝缘固定板和钢制过渡支撑，使整体驱雷器结构强度更高，安装后抗风能力更强。
附图说明：
图1是本发明电晕场驱雷器的结构示意图；
图2是本发明电晕场驱雷器的剖视图；
图3是本发明电晕场驱雷器的俯视图；
图4是图2中电晕场驱雷器A部局部放大图；
图5是本发明绝缘固定板的结构示意图；
图6是本发明绝缘固定板的剖视图；
图中，1、金属外罩，2、放电杆，3、上放电电极，4、放电筒，5、绝缘支撑，6、下放电电极，7、绝缘垫板，8、过渡段支撑，9、绝缘固定板，901、圆形绝缘板，902、圆弧凹槽，903、凹槽，904、凸起，905、螺纹孔，10、螺钉，11、螺栓和螺母A，12、螺栓和螺母B，13、电源线，14、感应线圈，15、电流检测仪，16、防雨罩，17、监控摄像机，18、放电间隙，19、圆孔。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-6所示，一种电晕场驱雷器，包括金属外罩1，金属外罩1上均匀间隔设有13根放电杆2，每根放电杆2上端设有7支上放电电极3，金属外罩1下端连接有放电筒4，金属外罩1下端的放电筒4内设有绝缘支撑5，绝缘支撑5上端与设置在金属外罩1顶部的放电杆2连接，绝缘支撑5下端连接有下放电电极6，下放电电极6外壁与放电筒内壁4之间设有放电间隙18，下放电电极6下端通过绝缘垫板7与过渡段支撑8连接，下放电电极6通过接地线与大地连接。通过设计电晕场驱雷器，可以实现无源电晕离子，有效削弱雷云电荷和阻断雷云电荷与被保护目标之间的雷击通道导通，进而有效保护被保护目标；通过设计绝缘支撑5，实现将上放电电极3和下放电电极6分开，上放电电极3与雷云电荷电晕放电单元组合为一体，下放电电极6与大地连接，进而实现电晕放电和电晕屏蔽层。
金属外罩1为铝或合金金属外罩，上放电电极3和下放电电极6为高导或超导金属电极。
放电筒1筒壁上对应放电间隙18的位置设有若干便于离子通过的圆孔19。便于离子扩散到空气中。
绝缘支撑5与下放电电极6之间设有支撑放电筒4的绝缘固定板9，绝缘固定板9外壁与放电筒4内壁接触连接。起到支撑放电筒4的目的，增强结构强度。
绝缘支撑5、绝缘固定板9和下放电电极6通过若干螺钉10紧固连接。
绝缘固定板9包括圆形绝缘板901，圆形绝缘板901边缘沿其圆周方向均匀间隔设有若干圆弧凹槽902，圆形绝缘板901一侧端面中部设有安装绝缘支撑5的凹槽903，另一侧端面中部对应凹槽903的位置设有凸起904，凸起904上均匀间隔设有若干螺纹孔905。
绝缘固定板9为环氧树脂绝缘板，绝缘效果好。
金属外罩1顶端设有防转动卡槽，绝缘支撑5顶部设有与防转动卡槽配合的凸起，连接快速，连接后更加牢固。
下放电电极6为环形电极，便于形成均匀的放电间隙。
金属外罩1和放电筒4通过若干螺栓和螺母A11紧固连接。
下放电电极6、绝缘垫板7和过渡段支撑8通过若干螺栓和螺母B12紧固连接。
下放电电极6与过渡段支撑8之间连接有电源线13，电源线13上套穿有感应线圈14，感应线圈14与装配有SIM卡的电流检测仪15连接，实现对电源电离放电过程的实时监测。
下放电电极6与绝缘垫板7之间设有防雨罩16，有效防止雨水对本申请装置的损坏。
过渡段支撑8为钢制过渡段支撑，钢制过渡段支撑通过接地线与大地连接。起到增强整体结构强度和便于安装的作用
过渡段支撑8上设有实时监控电晕放电过程的监控摄像机17，监控摄像机17与无线网络传输与终端连接，终端为手机或硬盘录像机。
一种电晕场驱雷器驱雷方法，包括以下步骤：
(1)电晕场驱雷器的下放电电极6和上放电电极3在雷云电场的作用下感应出大量与雷云电荷极性相反的电荷，电晕场驱雷器的上放电电极6在尖端效应下电荷密度大，电场强度强，在被保护目标上形成均匀高电场，使被保护目标处于安全的电场中；
(2)随着雷云电场的增强，上放电电极63电荷逐渐增多，与雷云电荷极性相同的电荷在雷云电场的排斥下聚积在放电筒4内壁上，随着下放电电极6上电荷电荷增多，电场强度增大，强电场会对空气产生电离，产生大量电晕离子；
(3)电晕离子中的正电晕电荷扩散到空气中，不断与雷云电荷相互作用，削弱雷云下行先导发展速度和强度，同时在电晕场驱雷器及被保护物体上方形成电晕屏蔽层，抑制上行连接先导的始发，阻断上下通道导通，避免了雷击出现。
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)
1.一种电晕场驱雷器，其特征在于：包括金属外罩，所述金属外罩上均匀间隔设有若干放电杆，所述放电杆上端设有若干上放电电极，所述金属外罩下端连接有放电筒，所述金属外罩下端的放电筒内设有绝缘支撑，所述绝缘支撑上端与设置在金属外罩顶部的放电杆连接，所述绝缘支撑下端连接有下放电电极，所述下放电电极外壁与放电筒内壁之间设有放电间隙，所述下放电电极下端通过绝缘垫板与过渡段支撑连接，所述下放电电极通过接地线与大地连接。
2.根据权利要求1所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述金属外罩为铝或合金金属外罩，所述上放电电极和下放电电极为高导或超导金属电极，放电筒筒壁上对应放电间隙的位置设有若干便于离子扩散的圆孔。
3.根据权利要求1所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述绝缘支撑与下放电电极之间设有支撑放电筒的绝缘固定板，所述绝缘固定板外壁与放电筒内壁接触连接，所述绝缘固定板包括圆形绝缘板，所述圆形绝缘板边缘沿其圆周方向均匀间隔设有若干圆弧凹槽，圆形绝缘板一侧端面中部设有安装绝缘支撑的凹槽，另一侧端面中部对应凹槽的位置设有凸起，所述凸起上均匀间隔设有若干螺纹孔。
4.根据权利要求3所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述绝缘支撑、绝缘固定板和下放电电极通过若干螺钉紧固连接，所述下放电电极与绝缘垫板之间设有防雨罩，所述绝缘固定板为环氧树脂绝缘板。
5.根据权利要求1所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述金属外罩顶端设有防转动卡槽，所述绝缘支撑顶部设有与防转动卡槽配合的凸起。
6.根据权利要求1所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述金属外罩和放电筒通过若干螺栓和螺母A紧固连接，所述下放电电极、绝缘垫板和过渡段支撑通过若干螺栓和螺母B紧固连接。
7.根据权利要求1所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述下放电电极与过渡段支撑之间连接有电源线，所述电源线上套穿有感应线圈，所述感应线圈与装配有SIM卡的电流检测仪连接。
8.根据权利要求1所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述过渡段支撑为钢制过渡段支撑，所述钢制过渡段支撑通过接地线与大地连接。
9.根据权利要求8所述的一种电晕场驱雷器，其特征在于：所述过渡段支撑上设有实时监控电晕放电过程的监控摄像机，所述监控摄像机与无线网络传输与终端连接，所述终端为手机或硬盘录像机。
10.如权利要求1所述的一种电晕场驱雷器的驱雷方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)电晕场驱雷器的下放电电极和上放电电极在雷云电场的作用下感应出大量与雷云电荷极性相反的电荷，电晕场驱雷器的上放电电极在尖端效应下电荷密度大，电场强度强，在被保护目标上形成均匀高电场，使被保护目标处于安全的电场中；
(2)随着雷云电场的增强，上放电电极上电荷逐渐增多，与雷云电荷极性相同的电荷在雷云电场的排斥下聚积在放电筒内壁上，随着下放电电极上电荷电荷增多，电场强度增大，强电场会对空气产生电离，产生大量电晕离子；
(3)电晕离子中的正电晕电荷扩散到空气中，不断与雷云电荷相互作用，削弱雷云下行先导发展速度和强度，同时在驱雷器及被保护物体上方形成电晕屏蔽层，抑制上行连接先导的始发，阻断上下通道导通，避免雷击出现。
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