CN108988129A - 架空输电线路无源等离子拒雷系统 - Google Patents

Abstract

一种架空输电线路无源等离子拒雷系统，包括若干座输电线路塔架、架设在各塔架之间的雷云感生电场较异突塔架均匀的输电/接闪导线和若干无源等离子拒雷装置(简称拒雷装置)；其特征在于:在每座塔架的顶部安装至少一台拒雷装置，该拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔架顶部。本系统具有结构简捷实用、可靠性、经济性高的优点，适用于各类电力系统和电气化铁道输电线路的直击雷防护,拒雷装置安装于电力系统和电气化铁道架空输电线路的塔架顶部实现包括塔架、拒雷装置本体和输电/接闪导线在内的整体输电线路免遭雷击。

Description

架空输电线路无源等离子拒雷系统

技术领域：

本发明涉及避雷技术领域，特别是涉及一种在雷云电场作用下高效聚消雷云及地面电荷而有效避免架空输电线路塔架及其架设导线在内的整体线路遭受直击雷的架空输电线路无源等离子拒雷系统。

背景技术：

本发明申请人的中国实用新型专利201520423922.3“无源复合强电离放电等离子拒雷装置”(简称PCPLR或拒雷装置),具体地，该装置包括雷云电荷聚消单元、强电离放电单元和接地导体，该强电离放电单元的放电电极包含两电极，其中电极A与雷云电荷聚消单元组合为整体，电极B与接地导体连接，两电极之间以绝缘体隔开和固定放电间隙；该雷云电荷聚消单元为消雷导体阵列。将LEA无源等离子体产生技术构成的雷云电荷聚消单元与采用新的“多细线效应”无源强电离放电等离子体产生技术构成的强电离放电单元复合,并与接地导体连接，由雷云电场激励，复合强电离放电产生数10mC/s消散电荷(即数10mA消散电流)，高效中和雷云电荷聚消单元及接地导体引聚的云、地电荷±Q，有效抑制雷云下部雷电先导的形成和发展而不会导致雷云电场对地面放电击穿,即雷云电场下的拒雷保护角为84°(也即保护半径为PCPLR安装高度的10倍)宽范围内的物体及PCPLR本体均免遭雷云电场放电击穿。虽然已有实用新型PCPLR装置适用于各类固定和移动物体按84°保护角实现直击雷防护，而长达数百米跨距架空输电线路的输电/接闪导线单元是在保护角大于84°范围外延伸而受到安装于塔架顶部的PCPLR间接保护的派生系统，这是根据PCPLR拒雷机理及其有效作用于单体雷暴云体典型水平直径为4.5km和输电/接闪导线在雷云电场感应下的电场相对较均匀的特定条件和充分的成功拒雷试运行数据所开发的新型输电线路防雷系统。

为此本发明系统需要解决的技术问题是除了对输电线路的塔架进行保护以外,还要对超出拒雷装置84°保护范围外的长达数百米跨距的输电/接闪导线单元进行保护。

技术方案：

本发明的目的在于公开一种架空输电线路无源等离子拒雷系统，该系统由安装于电力系统和电气化铁道输电线路塔架顶部的PCPLR和输电/接闪导线组成。PCPLR消除异突塔架的尖端效应引接雷击，同时消除异突塔架的尖端效应引起周围电场畸变而累及雷云感生电场相对均匀的输电/接闪导线遭受雷击，实现包含塔架、PCPLR和输电/接闪导线在内的整体输电线路免遭雷击。

为了实现本发明的目的，本发明采取如下技术方案：

架空输电线路无源等离子拒雷系统，包括若干座塔架、架设在各塔架之间的输电/接闪导线和若干无源等离子拒雷装置；其特征在于:在每座塔架的顶部安装至少一台拒雷装置，该拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔架顶部。

优选地,在塔架顶部设有中间支杆，该拒雷装置安装在该支杆上，该拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔架顶部。

优选地,在每座塔架的顶部最高构架的两顶端各安装一台拒雷装置。

优选地,该拒雷装置包括雷云电荷聚消单元、强电离放电单元和接地导体；该雷云电荷聚消单元包含基座和消雷导体阵列，该强电离放电单元的放电电极包含两电极，其中电极A与雷云电荷聚消单元组合为整体，电极B与接地导体连接，两电极之间以绝缘体隔开并留有放电间隙；该雷云电荷聚消单元为消雷导体阵列。

优选地,该消雷导体阵列主杆的顶部可以增设数枚副杆。

根据本发明的技术方案,产生的有益效果是:采用PCPLR将现有LEA无源等离子体产生技术构成的雷云电荷聚消单元与采用新的“多细线效应”无源强电离放电等离子体产生技术构成的强电离放电单元复合,并与接地导体连接，由雷云电场激励，复合强电离放电产生数10mC/s消散电荷(即数10mA消散电流)，高效中和雷云电荷聚消单元及接地导体引聚的云、地电荷±Q，有效抑制雷云下部雷电先导的形成和发展而不会导致雷云电场对地面放电击穿,，即雷云电场下的拒雷保护角为84°(也即保护半径为PCPLR安装高度的10倍)，实现输电线路塔架及PCPLR本体均免遭雷云电场放电击穿，并由于消除异突塔架的尖端效应引接雷击，则进一步消除其引起电场畸变而累及雷云感生电场相对均匀的输电/接闪导线单元5遭受雷击，实现包含塔架和输电/接闪导线在内的整体输电线路免遭雷击。

本系统具有结构简捷实用、可靠性、经济性高的优点，其PCPLR重量约为12kg、耐受18级台风、海岛重盐污环境使用寿命大于30年，PCPLR产品在其它工程项目运行中成功拒雷数百万次无失效，将成为非接闪式防雷机理的更新代输电线路直击雷防护系统。

本发明适用于各类电力系统和电气化铁道输电线路的直击雷防护。PCPLR安装于电力系统和电气化铁道架空输电线路的塔架顶部,实现包括塔架、PCPLR本体和输电/接闪导线在内的整体输电线路免遭雷击。

为了更好地理解和说明本发明的构思、工作原理和发明效果，下面结合附图，通过具体实施例，对本发明进行详细说明。

附图说明：

图1：雷云电荷聚消单元外观结构示意图，

图2：本发明的总体结构示意图，

图3：本发明实施例1拒雷装置安装在台锥形塔头上，

图4A：本发明实施例2拒雷装置安装在横担形塔头中间，

图4B：本发明实施例3拒雷装置安装在横担形塔头两端，

图5A：本发明实施例4拒雷装置安装在双角形塔头中间，

图5B：本发明实施例5拒雷装置安装在双角形塔头的双角顶上，

图6A：本发明实施例6拒雷装置安装在门形塔头中间，

图6B：本发明实施例7拒雷装置安装在门形塔头两端。

图中：

1—雷云电场/电荷

2—雷云电荷聚消单元、21—消雷导体阵列基座、22—消雷导体、23—连接底座；

3—强电离放电单元；

4—地面接地导体

5—输电/接闪导线

6/6’—塔架、61横担塔头、62角形塔头

7—支杆

β—保护角

具体实施例：

图2为本发明的总体结构示意图。如图所示：架空输电线路无源等离子拒雷系统，包括两相邻的塔架6和塔架6’，塔架6和塔架6’之间架设有输电/接闪导线单元5，在塔架6和塔架6’的顶部61上，均安装有拒雷装置。该拒雷装置包括雷云电荷聚消单元2、强电离放电单元3和接地导体4；该雷云电荷聚消单元2包含基座和消雷导体阵列，该强电离放电单元3的放电电极包含两电极，其中电极A与雷云电荷聚消单元2组合为整体，电极B用导线引接至地面接地导体单元4上。两电极之间以绝缘体隔开并固定放电间隙。

对于相邻的塔架6和塔架6’的距离较短的运用实施例,可以采用在间隔的塔架上装设拒雷装置,也就是在装设有拒雷装置的两塔架之间的塔架上不安装拒雷装置,这种间隔塔架装设拒雷装置的方式也构成本发明的架空输电线路无源等离子拒雷系统。

如图1所示,雷云电荷聚消单元2包括消雷导体阵列基座21、消雷导体22、连接底座23，消雷导体阵列基座21布置有若干根消雷导体22，该消雷导体22最好为具有导电功能的金属针；消雷导体阵列基座21最好为圆形或半圆形罩，阵列基座21的底部为连接底座23，该连接底座23可以固定在输电塔架。

若输电线路塔架及顶部构架均为导电材料，可直接将输电线路塔架底部构架用导线连接至地面接地导体单元4上，由于拒雷装置运行无需小电阻接地，只要塔架6底部构架埋入地面土壤，则无需再连接接地导体单元4；如图2所示，输电/接闪导线单元5架设在两座输电线路塔架之间，输电/接闪导线单元5具有相对较均匀的雷云感生电场。

本实施实例的拒雷装置，包括：雷云电荷聚消单元2、强电离放电单元3和接地导体4。该雷云电荷聚消单元2为消雷导体阵列，即导体多短针、少长针或链条等构成的消雷导体阵列；该强电离放电单元3的放电电极包含两电极，其中电极A与雷云电荷聚消单元组合为整体，电极B与接地导体连接，两电极之间以绝缘体隔开和固定放电间隙。

本发明的架空输电线路无源等离子拒雷系统可在电力系统和电气化铁道架空输电线路塔顶上安装使用，具有优异的拒雷效果，以下的具体实施例说明了该系统的结构。

图3：本发明实施例1拒雷装置直接安装在台锥形塔头上，该台锥形塔头的顶部尺寸较小，拒雷装置的保护角β完全覆盖了全部塔头。

该保护角β是以雷云电荷聚消单元2中间消雷导体杆顶点为原点的放射线与其垂线的夹角。

在另外的实施例中，根据实际需要，可以在台锥形塔头上配置1台拒雷装置。在塔架6顶部的中间位置设有支杆7，该拒雷装置安装在该支杆7上，该支杆7支撑该拒雷装置处于更高的水平位置，使得拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔头61。

图4A：本发明实施例2，拒雷装置安装在横担形塔头中间，根据实际需要，可以在横担形塔头配置1台拒雷装置,在塔架6顶部的中间位置设有支杆7，该拒雷装置安装在该支杆7上，该支杆7支撑该拒雷装置处于更高的水平位置，使得拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔架顶部61。

图4B：本发明实施例3，拒雷装置安装在横担形塔头两端，在横担形塔头配置两台拒雷装置，分别安装在横担形塔头的两顶端。当保护角β完全覆盖整个横担形塔头时，该拒雷装置直接安装在塔头上而无需以支杆升高。

图5A：本发明实施例4，拒雷装置安装在双角形塔头中间，根据实际需要，可以在双角形塔头配置1台拒雷装置，在塔架6顶部61的中间位置设有支杆7，支杆7和消雷导体的高度高于两角形塔头62的水平位置，该拒雷装置安装在该支杆7上，该支杆7支撑该拒雷装置处于更高的水平位置，使得拒雷装置以84゜保护角β覆盖整个塔架顶部61。

图5B：本发明实施例5，拒雷装置安装在双角形塔头的双角顶上，在双角形塔头62的两个顶端分别配置1台拒雷装置，使得拒雷装置以84゜保护角β覆盖整个塔头61。

图6A：本发明实施例6，拒雷装置安装在门形塔头中间，根据实际需要，可以在门形塔头配置1台拒雷装置，在塔架6顶部的中间位置设有支杆7，该无源等离子拒雷装置安装在该支杆7上，该支杆7支撑该拒雷装置处于更高的水平位置，使得拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔头61。

图6B：本发明实施例7，拒雷装置安装在门形塔头两端，在门形塔头的两端头各配置1台拒雷装置，使得拒雷装置以84゜保护角β覆盖整个塔头61。

本发明的拒雷装置，以无需人工电源供电而以雷云电能供电的无源方式，利用雷云下部电场对雷云电荷聚消单元2的消雷导体阵列感生反电势，激励电离放电产生消散雷云下部先导电荷和地面感应电荷的等离子体，并进一步激励强电离放电单元3以强电离对地刷状放电的方式中和雷云下部电场/先导电荷和地面感应电荷±Q，有效抑制雷电先导的形成和发展而不被雷云电场对地面放电击穿，进而实现在雷云电场下保护角大于84°(也即保护半径为消雷导体阵列安装高度的10倍)范围内免遭直击雷，从而消除输电线路异突塔架的尖端效应引接雷击，同时消除异突塔架的尖端效应引起周围电场畸变而累及雷云感生电场相对均匀的输电/接闪导线单元5遭受雷击，实现包含塔架、拒雷装置本体和输电/接闪导线在内的整体输电线路免遭雷击。

以上说明是依据本发明的构思和工作原理并实施该发明构思和工作原理的最佳实施例。上述实施例不应理解为对本发明构思和工作原理的限定，依照本发明构思的其他实施例和实现方式，以及实施例和实现方式的组合均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.架空输电线路无源等离子拒雷系统，包括若干座输电线路塔架、架设在各塔架之间的雷云感生电场较异突塔架均匀的输电/接闪导线和若干无源等离子拒雷装置(简称拒雷装置)；其特征在于:在每座塔架的顶部安装至少一台拒雷装置，该拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔架顶部。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路无源等离子拒雷系统，其特征在于：在相间隔的座塔架顶部安装至少一台拒雷装置，该拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔架顶部。

3.根据权利要求1或2所述的架空输电线路无源等离子拒雷系统，其特征在于：在塔架顶部设有中间支杆，该拒雷装置安装在该支杆上，该拒雷装置以84゜保护角覆盖整个塔架顶部。

4.根据权利要求1或2所述的架空输电线路无源等离子拒雷系统，其特征在于：在每座塔架的顶部最高构架的两顶端各安装一台拒雷装置。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的架空输电线路无源等离子拒雷系统，其特征在于：该拒雷系统包括雷云电荷聚消单元、强电离放电单元和接地导体；该雷云电荷聚消单元包含基座和消雷导体阵列，该强电离放电单元的放电电极包含两电极，其中电极A与雷云电荷聚消单元的基座组合为整体，电极B与接地导体连接，两电极之间以绝缘体隔开并留有放电间隙；该雷云电荷聚消单元为消雷导体阵列。

6.根据权利要求4所述的架空输电线路无源等离子拒雷系统,其特征在于:该消雷导体阵列的导体主杆的顶端可以增设数枚副杆。