CN110416877B - 一种反冲式抑制雷击强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反冲式抑制雷击强度的方法，属于防雷灭弧技术领域，本方法主要是把雷电弧控制在装置的雷电点上，又可将雷击点控制在抑制电弧点上，两点重合，实现双重引雷灭弧的效果。该方法利用雷电能量自身截断雷电放电通道，相当于一种受控放电。冲击起弧与灭弧之间具有伴随性，雷电弧一旦发生，反冲灭弧过程也同步产生。自然放电与控制放电二者的相同点是在绝缘水平一样的条件下闪络阈值相同。但自然放电过程放电时间短、放电强度大，产生巨大的电位差破坏输电线路和电力设备。本方法的控制放电，通过控制它的放电过程使电弧断续，放电时间拉长，破坏了放电的通畅性，放电强度将大幅度衰减，使得雷击电位差、电磁强度、跨步电压均降低。

Description

一种反冲式抑制雷击强度的方法

技术领域

本发明涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种反冲式抑制雷击强度的方法。

背景技术

由于厄尔尼诺现象和温升效应，全球气候逐渐恶劣，雷电频发，最强雷电流可达400kA，多重雷击的回击次数甚至可达16次。雷电放电是一个不可控的自然现象，放电的强度、大小、类型等等取决于雷云的电荷强度、电荷的分布规律，在这种不可控的放电过程下，巨大的雷电流可能会导致雷击电位差高、雷电反击、电磁场干扰、跨步电压高等情况的发生，甚至引起火花放电、火灾和爆炸等灾害。

巨大的雷电可能会打到输电线路、杆塔、屋顶、电子设备，导致雷击电位差高，异常放电，比如造成输电线路的绝缘子反击、闪络，室内插座出现放电的火球，电子设备表面的传感器、感应装置失灵、结构损坏，巨大的直击雷可能会使杆塔、建筑物、输电线路等等被破坏。

巨大的雷电会引起电磁干扰，尽管应用了现有的避雷装置与防雷方法等保护措施，但是雷电的强度是不可控的，可能会打坏电子设备、通信设备，表面可能流过大电流，造成通讯基站、雷达、天线被损坏，造成无线电干扰，电磁场干扰，产生通信方面的失灵，造成恶性的影响。

强大的直击雷会造成跨步电压较高的问题。有些地区没有全覆盖地网或者电气设备打坏，跨步电压增大，如果电气设备发生接地故障，在接地电流入地点周围电位分布区行走的人就可能发生触电事故，危害人身安全。

综上所述，一旦巨大的雷电打到建筑物、输电线路、重要设备时，可能会出现雷击电位差高、干扰通讯设备、跨步电压较高等问题。针对上述问题，现提出了一种反冲式抑制雷击强度的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反冲式抑制雷击强度的方法，以解决现有雷击出现雷击电位差高、干扰通讯设备、跨步电压较高等问题的技术问题。该方法是对雷电的放电过程实施干扰，控制其放电强度，将巨大的放电强度转化为受控制的弱放电过程，同时，保证雷击点在装置的受控通道上，相当于一种受控放电。实现电弧在反冲管内反冲，从源头上解决雷电对国民经济与人民生命安全的危害。

一种反冲式抑制雷击强度的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在发生雷击闪络电弧时，设置的引弧电极牵引闪络电弧进入设置在引弧电极底部的反冲管中；

步骤2：闪络电弧进入反冲管后，在反冲管底部密封设置的接闪组件处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管内热量升高；

步骤3：反冲管与外部的压力差变大，当反冲管管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入；

步骤4：大部分电弧从反冲管入口反冲排出，少部分电弧经过接闪组件传给设置在接闪组件底部的避雷针并泄入大地。

进一步地，所述步骤1中的反冲管的管壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，引弧电极设置为导电金属环，并且导电金属环的外侧壁紧贴于反冲管入口的内壁，接闪组件由导电材料制成，封闭设置在反冲管底部；所述高强度耐高温耐高压的非导电材料使用合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃中的任意一种。

进一步地，所述步骤1中，反冲管的引弧电极上设置有引弧电极，在发生雷击闪络电弧时，引弧电极通过对闪络电弧的物理触碰、库仑力作用或者尖端放电形成上行先导，将电弧牵引至反冲管入口附近，然后进入反冲管中。

进一步地，所述步骤1中的反冲管的内径为2.5-10mm，反冲管内径小于电弧直径，输电线路电压等级越高，反冲管内径越大。

进一步地，所述步骤2的具体过程为：

步骤2.1：电弧进入反冲管后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力；

步骤2.2：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I2×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高；

步骤2.3：反冲管入口电弧与反冲管反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升；

步骤2.4：电弧等离子体在反冲管内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止。

一种反冲式抑制雷击强度的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在发生雷击闪络电弧时，引弧电极牵引闪络电弧进入设置在引弧电极底部的多级反冲单元中；

步骤2：电弧在多级反冲单元中进行反冲后传给设置在反冲单元底部的避雷针单元并泄入大地。

进一步地，所述步骤2中多级反冲单元包括接闪线、反冲口、裙边、支撑体和若干个反冲单元，所述裙边间隔固定在支撑体的外侧，所述若干个反冲单元相互首尾通过接闪线连接构成多级反冲结构，所述多级反冲结构环绕在支撑体的内部，所述反冲口设置在两个反冲单元的连接处，且反冲单元经反冲口与外部连通；

若干个反冲单元均设置为内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件；若干个反冲单元均包括引弧组件、反冲管和接闪组件，所述引弧组件内嵌套在反冲管的一端，且开口与外部连通，所述接闪组件封闭设置在反冲管的另一端；所述接闪线一端连接在引弧组件上，另一端连接在另一个相邻的反冲单元接闪组件上。

进一步地，所述多级反冲单元反冲的过程为：

步骤2.1：闪络电弧进入反冲管后，在反冲管底部密封设置的接闪组件处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管内热量升高；

步骤2.11：电弧进入反冲管后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力；

步骤2.12：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高；

步骤2.13：反冲管入口电弧与反冲管反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升；

步骤2.14：电弧等离子体在反冲管内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止；

步骤2.2：反冲管与外部的压力差变大，当反冲管管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入；

步骤2.3：一部分电弧从反冲管入口反冲口排出，另一部分电弧经过接闪组件和接闪线传给下一个反冲管；

步骤2.4：重复步骤2.1-步骤2.3，直到传到最后一个反冲管，最后一个反冲管底部的接闪组件把剩余的电弧传给避雷针单元并泄入大地。

进一步地，所述步骤2中多级反冲单元包括n个接闪组件和n+1个反冲组件，其中n为大于等于1的正整数，n+1个反冲组件依次连接构成多级反冲组件，接闪组件设置在两个反冲组件连接处，且封闭反冲组件内部通管的一端，接闪组件底部的反冲组件上设置有反冲喷口与外部连通；所述n+1个反冲组件均包括若干个爬弧边和反冲管，所述反冲管中间设置为空心结构，若干个爬弧边设置在反冲管的外侧；

所述n个接闪组件均设置为导电电极，导电电极上端结构与反冲组件内部空心结构的相同，且与封闭反冲组件的底部，导电电极底端结构设置为向下的锥形结构或者弧形结构。

进一步地，所述多级反冲单元反冲的过程为：

步骤2.1：闪络电弧进入反冲管后，在反冲管底部密封设置的接闪组件处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管内热量升高；

步骤2.11：电弧进入反冲管后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力；

步骤2.12：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高；

步骤2.13：反冲管入口电弧与反冲管反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升；

步骤2.14：电弧等离子体在反冲管内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止；

步骤2.2：反冲管与外部的压力差变大，当反冲管管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入；

步骤2.3：一部分电弧从反冲管入口反冲喷口排出，另一部分电弧经过接闪组件传给下一个反冲管；

步骤2.4：重复步骤2.1-步骤2.3，直到传到最后一个反冲管，最后一个反冲管底部的接闪组件把剩余的电弧传给避雷针单元并泄入大地。

本方法主要是把雷电弧控制在装置的雷电点上，又可将雷击点控制在抑制电弧点上，两点重合，实现双重引雷灭弧的效果。同时，该方法利用雷电能量自身截断雷电放电通道，相当于一种受控放电；冲击起弧与灭弧之间具有伴随性，雷电弧一旦发生，反冲灭弧过程也同步产生。

反冲单元一般分为四个部分，1)基础反冲单元部分均包括引弧组件、反冲管和接闪组件，裙边。所述引弧组件开口设置在反冲管的一端，所述接闪组件封闭设置在反冲管的另一端。裙边安装在反冲管管壁外，增加爬电距离，使电弧进入反冲管管道通道。2)而稍复杂一些的多级反冲灭弧结构，包括引弧组件、n个接闪组件和n+1个反冲组件，其中n为大于等于1的正整数，n+1个反冲组件依次连接构成多级反冲组件，所述引弧组件设置在多级反冲组件的一端，接闪组件设置在两个反冲组件连接处，且封闭反冲组件的一端，接闪组件底部的反冲组件上设置有反冲喷口与外部连通。3)而

多管反冲灭弧结构是：

若干个反冲单元首尾依次连接，反冲单元设置为内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件。每一个反冲管的反冲模块入口处均设有引弧模块，引弧模块和接闪模块均分别由导电材料制成。引弧模块可为导电金属环，并且导电金属环的外侧壁紧贴于反冲模块的内壁。在第一个反冲管口外设置金属引弧电极，可以保证距离较远的外电弧也会被引入反冲模块内部。

多管反冲灭弧结构包括接闪线、反冲口、裙边、支撑体和若干个反冲单元，所述裙边间隔固定在支撑体的外侧，所述若干个反冲单元相互首尾通过接闪线连接构成多级反冲结构，所述若干个反冲单元嵌设在支撑体内，所述反冲管的侧壁为支撑体的材料构成，反冲单元的开口端与外部连通，且设置为反冲口，所述支撑体的外侧设置由若干个裙边，裙边设置为圆形圈边，且相间固定在支撑体的外侧，在同一垂直方向的两个反冲口之间至少设置有一个裙边。

支撑体设置为实心体结构，支撑体采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，引弧组件设置为导电金属环，并且导电金属环的外侧壁紧贴于反冲管的内壁，接闪组件由导电材料制成。高强度耐高温耐高压的非导电材料使用合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃中的任意一种。

若干个单管反冲倾斜排布，首尾相连构成多管反冲，空间结构类似螺旋状，连接方式为：上一个反冲管的接闪模块与下一个反冲管的引弧模块相邻，从而构成多段多管反冲结构。为使电弧路径能够在指定的通道内进行多管反冲，在相邻两个反冲管之间设有接闪线。接闪线为金属材质，一端连着上一反冲管的接闪模块，另一端连着下一反冲管的引弧模块，使得电弧能够更顺利进入下一反冲管。

多管反冲结构可以设计成空间类螺旋状结构，多管螺旋结构可以为沿着三棱柱、四棱柱或五棱柱侧面排布；也可以为多管交叉螺旋排布，其俯视图形状为五角星。但结构并不局限于上述几种，也可以设计成平面锯齿状排布。多管反冲结构也可以呈空间螺旋结构分布在一柱体内部，柱体外壁留有电弧喷口。柱体外部设有裙边，可以增加电弧的爬弧距离，使得电弧在设定路径内。

裙边设置要求：同一垂直方向的上、下电弧喷口之间需设有一裙边，避免上、下喷口处的电弧再次相连。

避雷针由引雷杆、接地引下线和接地体组成。引雷杆位于防雷装置的顶部，接地引下线是将剩余电流泄入大地，接地体是接地结构。

实现本方法的结构是将反冲部分与避雷针部分组合在一起，反冲部分可以是单个反冲管、多级反冲灭弧结构、多管反冲灭弧结构。而避雷针部分可用单针避雷针、单针球形避雷针、多针型避雷针以及多针球型避雷针等等。根据实际情况将合适的两部分进行组合与应用，具体情况应用具体的设计。

紧固方式

将反冲部分与避雷针部分通过旋紧螺丝纹的方式紧固，或者利用卡条卡住反冲部分使其固定。而整体避雷针装置由实际的避雷针安装方式固定。

电弧等离子体发生弹性形变。电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。

电弧温升效应加剧。电弧变细后，电弧横截面积减小，根据公式

电弧电阻会大幅度上升。由于雷电弧在实际经验工作中常作为恒流源，根据公式W＝∫I²×RΔt可知，尽管冲击时时间仅有几微秒，但整体能量会增强，反冲管内敛性温度会升高。

压爆效应急剧增加。当温度的逐步升高使得电弧积累性增加，又进一步加剧了压爆效应，使电弧喷射力度更大。

本方法主要是把雷电弧控制在装置的雷电点上，又可将雷击点控制在抑制电弧点上，两点重合，实现双重引雷灭弧的效果。同时，该方法利用雷电能量自身截断雷电放电通道，相当于一种受控放电。冲击起弧与灭弧之间具有伴随性，雷电弧一旦发生，反冲灭弧过程也同步产生。自然放电与控制放电二者的相同点是在绝缘水平一样的条件下闪络阈值相同。但自然放电过程放电时间短、放电强度大，产生巨大的电位差破坏输电线路和电力设备。而本方法采用的控制放电，通过控制它的放电过程使电弧断续，放电时间拉长，破坏了放电的通畅性，等量电荷放电强度将大幅度衰减，使得雷击电位差、电磁强度、跨步电压均降低，解决了雷击电位差、感应过电压、跨步电压过高等带来的问题，对电网的雷击破坏降到最小。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明采用受控放电的方式，在自然情况下，电压超过绝缘水平发生的闪络是自然闪络或无阻尼闪络。但通过本结构后，在管控条件下，发生在反冲和压缩通道内的闪络是阻尼闪络。二者的相同点是在绝缘水平一样的条件下闪络阈值相同。两者不同点在于闪络时，前者能量释放一次完成，放电强度大，放电周期短，后者能量间断性释放，放电强度低和放电周期时间长。本发明采用受控放电的方式，通过本装置后雷电弧将控制在装置的雷电点上，又可将雷击点控制在抑制电弧点上，两点重合，实现双重引雷灭弧的效果。自然放电与控制放电二者的相同点是在绝缘水平一样的条件下闪络阈值相同。但自然放电过程放电时间短、放电强度大，产生巨大的电位差破坏输电线路和电力设备。而本发明采用的控制放电，通过控制它的放电过程使得电弧断续，放电时间拉长，破坏了放电的通畅性，等量电荷放电强度将大幅度衰减，雷击电位差、电磁强度、跨步电压等均降低，解决了雷击电位差、感应过电压、跨步电压过高等带来的问题，对电网的雷击破坏降到最小。

(2)解决某些地区未接地网，跨步电压高的问题。接地网电阻的目的在防止在绝缘损坏或意外情况下金属外壳带电时强电流通过人体，以保证人身安全，同时，解决跨度电压高、雷击电位差两个问题。采用本结构后，根据跨步电压公式：E＝J×ρ,经过反冲和压缩通道的雷电流强度减小，跨步电压降低，几乎可以忽略不计。在各种自然界扰动之前，所有闪络点都能有效的终止，电力系统发生恶性突变之前消除它，解决跨步电压等问题。

(3)本发明系统创新度高、发明耐用可靠、维护成本低、效率高。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明一种多级反冲单元剖面图；

图3为图2中单个反冲单元剖面图；

图4为图2中多个反冲单元环绕结构剖开图；

图5为本发明另一种多级反冲单元剖面图；

图6为本发明反冲单元反冲原理图。

图7为本发明多级反冲单元安装在避雷针单元的结构示意图。

图中标号：1A-引弧电极；2A-反冲管；3A-接闪组件；4A-引弧电极；5A-接闪线；6A-反冲口；7A-裙边；8A-支撑体；9-引雷杆；10-锁紧组件；11-金属球座；1B-引弧电极；2B-电弧导环；3B-接闪组件；4B-反冲喷口；5B-反冲组件；6B-爬弧边；7B-反冲管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

实施例1：

如图1和图6所示，一种反冲式抑制雷击强度的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在发生雷击闪络电弧时，设置的引弧电极牵引闪络电弧进入设置在引弧电极底部的反冲管中。反冲管的管壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，引弧电极设置为导电金属环，并且导电金属环的外侧壁紧贴于反冲管入口的内壁，接闪组件由导电材料制成，封闭设置在反冲管底部；所述高强度耐高温耐高压的非导电材料使用合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃中的任意一种。反冲管的引弧电极上设置有引弧电极，在发生雷击闪络电弧时，引弧电极通过对闪络电弧的物理触碰、库仑力作用或者尖端放电形成上行先导，将电弧牵引至反冲管入口附近，然后进入反冲管中。反冲管的内径为2.5-10mm，反冲管内径小于电弧直径，输电线路电压等级越高，反冲管内径越大。

步骤2：闪络电弧进入反冲管后，在反冲管底部密封设置的接闪组件处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管内热量升高。

步骤2.1：电弧进入反冲管后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力；

步骤2.2：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高；

步骤2.3：反冲管入口电弧与反冲管反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升；

步骤2.4：电弧等离子体在反冲管内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止。

步骤3：反冲管与外部的压力差变大，当反冲管管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入。

步骤4：大部分电弧从反冲管入口反冲排出，少部分电弧经过接闪组件传给设置在接闪组件底部的避雷针并泄入大地。

本方法主要是把雷电弧控制在装置的雷电点上，又可将雷击点控制在抑制电弧点上，两点重合，实现双重引雷灭弧的效果。同时，该方法利用雷电能量自身截断雷电放电通道，相当于一种受控放电。冲击起弧与灭弧之间具有伴随性，雷电弧一旦发生，反冲灭弧过程也同步产生。自然放电与控制放电二者的相同点是在绝缘水平一样的条件下闪络阈值相同。但自然放电过程放电时间短、放电强度大，产生巨大的电位差破坏输电线路和电力设备。而本方法采用的控制放电，通过控制它的放电过程使电弧断续，放电时间拉长，破坏了放电的通畅性，放电强度将大幅度衰减，使得雷击电位差、电磁强度、跨步电压均降低，解决了雷击电位差、感应过电压、跨步电压过高等带来的问题，对电网的雷击破坏降到最小，从源头上解决雷电对国民经济与人民生命安全的危害

可定义外电弧在入口处速度为v0，压强为p0，密度为ρ0，温度为T0。外电弧进入反冲组件后，形成的入口电弧速度v1，压强为p1，密度为ρ1，温度为T1。经过引弧组件后出口电弧速度v2，压强为p2，密度为ρ2，温度为T2。外电弧通过入口进入反冲组件形成了内电弧，内电弧受到反冲组件壁的限制，直径被大尺度机械压缩，使得内电弧温度、密度、压强和速度均上升。不考虑电弧能量流失和摩擦作用，当入口电弧经过接闪组件实现弹性碰撞瞬间，认为v1＝-v2，即入口电弧速度大小与出口速度大小相等，方向相反。考虑电弧能量流失和摩擦作用，入口电弧经过接闪组件碰撞后，认为∣v2∣＜∣v1∣，即出口速度大小比入口速度小，方向相反。出口电弧受到入口电弧的阻碍作用，出口电弧直径比入口电弧直径小，使出口电弧的密度、温度和压强均比入口电弧的大，即ρ2＞ρ1，T2＞T1，p2＞p1，这些共同作用，使v2增速大于v1增速，即a2＞a1。随着出口电弧直径不断被压缩，使得出口电弧密度、温度和压强不断增大，最终形成v2＞v1，促使出口电弧从入口处冲出反冲组件。出口电弧以冲出反冲组件后，对外电弧形成空腔效应，破坏电弧连续性，削弱电弧能量，加速其截断和熄灭。

实施例2

如图1-7所示，一种反冲式抑制雷击强度的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在发生雷击闪络电弧时，引弧电极4A或者引弧电极1B牵引闪络电弧进入设置在引弧电极底部的多级反冲单元中。

步骤2：电弧在多级反冲单元中进行多级反冲后传给设置在反冲单元底部的避雷针单元并泄入大地。

如图2-4所示多级反冲单元的一种结构：

多级反冲单元包括接闪线5A、反冲口6A、裙边7A、支撑体8A和若干个反冲单元，所述裙边7A间隔固定在支撑体8A的外侧，所述若干个反冲单元相互首尾通过接闪线5A连接构成多级反冲结构，所述多级反冲结构环绕在支撑体8A的内部，所述反冲口6A设置在两个反冲单元的连接处，且反冲单元经反冲口6A与外部连通。

若干个反冲单元均设置为内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件；若干个反冲单元均包括引弧组件1A、反冲管2A和接闪组件3A，所述引弧组件1A内嵌套在反冲管2A的一端，且开口与外部连通，所述接闪组件3A封闭设置在反冲管2A的另一端；所述接闪线5A一端连接在引弧组件1A上，另一端连接在另一个相邻的反冲单元接闪组件3A上。

如图2-4所示多级反冲单元反冲的过程为：

步骤2.1：闪络电弧进入反冲管2A后，在反冲管2A底部密封设置的接闪组件3A处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管2A内热量升高；

步骤2.11：电弧进入反冲管2A后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管2A内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力。

步骤2.12：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高。

步骤2.13：反冲管2A入口电弧与反冲管2A反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升。

步骤2.14：电弧等离子体在反冲管2A内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止。

步骤2.2：反冲管2A与外部的压力差变大，当反冲管2A管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入。

步骤2.3：一部分电弧从反冲管2A入口反冲口6A排出，另一部分电弧经过接闪组件3A和接闪线5A传给下一个反冲管。

步骤2.4：重复步骤2.1-步骤2.3，直到传到最后一个反冲管3A，最后一个反冲管底部的接闪组件3A把剩余的电弧传给避雷针单元并泄入大地。

如图5所示多级反冲单元的一种结构：

多级反冲单元包括n个接闪组件3B和n+1个反冲组件5B，其中n为大于等于1的正整数，n+1个反冲组件5B依次连接构成多级反冲组件，接闪组件3B设置在两个反冲组件5B连接处，且封闭反冲组件5B内部通管的一端，接闪组件3B底部的反冲组件5B上设置有反冲喷口4B与外部连通；所述n+1个反冲组件5B均包括若干个爬弧边6B和反冲管7B，所述反冲管7B中间设置为空心结构，若干个爬弧边6B设置在反冲管7B的外侧。

所述n个接闪组件3B均设置为导电电极，导电电极上端结构与反冲组件5B内部空心结构的相同，且与封闭反冲组件5B的底部，导电电极底端结构设置为向下的锥形结构或者弧形结构。

如图5所示多级反冲单元反冲的过程为：

步骤2.1：闪络电弧进入反冲管7B后，在反冲管7B底部密封设置的接闪组件3B处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管7B内热量升高。

步骤2.11：电弧进入反冲管7B后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管7B内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力。

步骤2.12：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高。

步骤2.13：反冲管7B入口电弧与反冲管7B反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升。

步骤2.14：电弧等离子体在反冲管7B内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止。

步骤2.2：反冲管7B与外部的压力差变大，当反冲管7B管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入。

步骤2.3：一部分电弧从反冲管7B入口反冲喷口4B排出，另一部分电弧经过接闪组件3B传给下一个反冲管。

步骤2.4：重复步骤2.1-步骤2.3，直到传到最后一个反冲管7B，最后一个反冲管底部的接闪组件3B把剩余的电弧传给避雷针单元并泄入大地。

对于该方法可定义外电弧在入口处速度为v0，压强为p0，密度为ρ0，温度为T0。外电弧进入反冲组件后，形成的入口电弧速度v1，压强为p1，密度为ρ1，温度为T1。经过引弧组件后出口电弧速度v2，压强为p2，密度为ρ2，温度为T2。外电弧通过入口进入反冲组件形成了内电弧，内电弧受到反冲组件壁的限制，直径被大尺度机械压缩，使得内电弧温度、密度、压强和速度均上升。不考虑电弧能量流失和摩擦作用，当入口电弧经过接闪组件实现弹性碰撞瞬间，认为v1＝-v2，即入口电弧速度大小与出口速度大小相等，方向相反。考虑电弧能量流失和摩擦作用，入口电弧经过接闪组件碰撞后，认为∣v2∣＜∣v1∣，即出口速度大小比入口速度小，方向相反。出口电弧受到入口电弧的阻碍作用，出口电弧直径比入口电弧直径小，使出口电弧的密度、温度和压强均比入口电弧的大，即ρ2＞ρ1，T2＞T1，p2＞p1，这些共同作用，使v2增速大于v1增速，即a2＞a1。随着出口电弧直径不断被压缩，使得出口电弧密度、温度和压强不断增大，最终形成v2＞v1，促使出口电弧从入口处冲出反冲组件。出口电弧以冲出反冲组件后，对外电弧形成空腔效应，破坏电弧连续性，削弱电弧能量，加速其截断和熄灭。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在发生雷击闪络电弧时，设置的引弧电极牵引闪络电弧进入反冲管中；

步骤2：闪络电弧进入反冲管后，在反冲管底部密封设置的接闪组件处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管内热量升高；

步骤3：反冲管与外部的压力差变大，当反冲管管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入；

步骤4：大部分电弧从反冲管入口反冲排出，少部分电弧经过接闪组件传给设置在接闪组件底部的避雷针并泄入大地。

2.根据权利要求1所述的一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述步骤1中的反冲管的管壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，引弧电极设置为导电金属环，并且导电金属环的外侧壁紧贴于反冲管入口的内壁，接闪组件由导电材料制成，封闭设置在反冲管底部；所述高强度耐高温耐高压的非导电材料使用合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述步骤1中，反冲管上设置有引弧电极，在发生雷击闪络电弧时，引弧电极通过对闪络电弧的物理触碰、库仑力作用或者尖端放电形成上行先导，将电弧牵引至反冲管入口附近，然后进入反冲管中。

4.根据权利要求1所述的一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：

步骤2.1：电弧进入反冲管后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力；

步骤2.2：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高；

步骤2.3：反冲管入口电弧与反冲管反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升；

步骤2.4：电弧等离子体在反冲管内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止。

5.一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：在发生雷击闪络电弧时，引弧电极牵引闪络电弧进入设置在引弧电极底部的多级反冲单元中；

步骤2：电弧在多级反冲单元中进行多级反冲后传给设置在反冲单元底部的避雷针单元并泄入大地；

所述步骤2中多级反冲单元包括接闪线(5A)、反冲口(6A)、裙边(7A)、支撑体(8A)和若干个反冲单元，所述裙边(7A)间隔固定在支撑体(8A)的外侧，所述若干个反冲单元相互首尾通过接闪线(5A)连接构成多级反冲结构，所述若干个反冲单元嵌设在支撑体(8A)内，所述反冲管(2A)的侧壁为支撑体(8A)的材料构成，反冲单元的开口端与外部连通，且设置为反冲口(6A)，所述支撑体(8A)的外侧设置由若干个裙边(7A)，裙边(7A)设置为圆形圈边，且相间固定在支撑体(8A)的外侧，在同一垂直方向的两个反冲口(6A)之间至少设置有一个裙边(7A)；

若干个反冲单元均设置为内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件；若干个反冲单元均包括引弧组件(1A)、反冲管(2A)和接闪组件(3A)，所述引弧组件(1A)内嵌套在反冲管(2A)的一端，且开口与外部连通，所述接闪组件(3A)封闭设置在反冲管(2A)的另一端；所述接闪线(5A)一端连接在引弧组件(1A)上，另一端连接在另一个相邻的反冲单元接闪组件(3A)上。

6.根据权利要求5所述的一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述多级反冲单元反冲的过程为：

步骤2.1：闪络电弧进入反冲管(2A)后，在反冲管(2A)底部密封设置的接闪组件(3A)处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管(2A)内热量升高；

步骤2.11：电弧进入反冲管(2A)后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管(2A)内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力；

步骤2.12：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高；

步骤2.13：反冲管(2A)入口电弧与反冲管(2A)反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升；

步骤2.14：电弧等离子体在反冲管(2A)内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止；

步骤2.2：反冲管(2A)与外部的压力差变大，当反冲管(2A)管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入；

步骤2.3：一部分电弧从反冲管(2A)入口反冲口(6A)排出，另一部分电弧经过接闪组件(3A)和接闪线(5A)传给下一个反冲管；

步骤2.4：重复步骤2.1-步骤2.3，直到传到最后一个反冲管(3A)，最后一个反冲管底部的接闪组件(3A)把剩余的电弧传给避雷针单元并泄入大地。

7.根据权利要求5所述的一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述步骤2中多级反冲单元包括n个接闪组件(3B)和n+1个反冲组件(5B)，其中n为大于等于1的正整数，n+1个反冲组件(5B)依次连接构成多级反冲组件，接闪组件(3B)设置在两个反冲组件(5B)连接处，且封闭反冲组件(5B)内部通管的一端，接闪组件(3B)底部的反冲组件(5B)上设置有反冲喷口(4B)与外部连通；所述n+1个反冲组件(5B)均包括若干个爬弧边(6B)和反冲管(7B)，所述反冲管(7B)中间设置为空心结构，若干个爬弧边(6B)设置在反冲管(7B)的外侧；

所述n个接闪组件(3B)均设置为导电电极，导电电极上端结构与反冲组件(5B)内部空心结构的相通，且与封闭反冲组件(5B)的底部，导电电极底端结构设置为向下的锥形结构或者弧形结构。

8.根据权利要求7所述的一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述多级反冲单元反冲的过程为：

步骤2.1：闪络电弧进入反冲管(7B)后，在反冲管(7B)底部密封设置的接闪组件(3B)处形成雷电弧自身引发的电弧爆炸，电弧发生弹性变形，电弧功率增大，温度升高，反冲管(7B)内热量升高；

步骤2.11：电弧进入反冲管(7B)后形成电弧弧柱，电弧弧柱在反冲管(7B)内受到狭管灌注作用，电弧发生弹性变形，电弧径向变形转变为轴向变形，提高了轴向弹性力；

步骤2.12：电弧因受到反冲管中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²×R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高；

步骤2.13：反冲管(7B)入口电弧与反冲管(7B)反冲的出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度二次上升；

步骤2.14：电弧等离子体在反冲管(7B)内密度增大，粒子之间摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，形成的反冲力使电弧断裂，放电停止；

步骤2.2：反冲管(7B)与外部的压力差变大，当反冲管(7B)管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧排放：一方面，管内电弧被迅速排空；另一方面，外电弧空腔效应，阻断外电弧能量的注入；

步骤2.3：一部分电弧从反冲管(7B)入口反冲喷口(4B)排出，另一部分电弧经过接闪组件(3B)传给下一个反冲管；

步骤2.4：重复步骤2.1-步骤2.3，直到传到最后一个反冲管(7B)，最后一个反冲管底部的接闪组件(3B)把剩余的电弧传给避雷针单元并泄入大地。

9.根据权利要求5所述的一种反冲式抑制雷击强度的方法，其特征在于：所述方法把雷电弧控制在所对应装置的雷电点上，同时将雷击点控制在抑制电弧点上，两点重合，实现双重引雷灭弧，利用雷电能量自身截断雷电放电通道，相当于一种受控放电，冲击起弧与灭弧之间具有伴随性，雷电弧一旦发生，反冲灭弧过程也同步产生，通过控制放电，控制放电过程使电弧断续，放电时间拉长，破坏放电的通畅性，等量电荷放电强度将大幅度衰减，雷击电位差、电磁强度、跨步电压均降低。

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