CN111740314B - 一种高铁用无源电晕场驱雷器 - Google Patents

Abstract

本发明属于建高铁驱雷技术领域，公开了一种高铁用无源电晕场驱雷器，包括沿高铁轨道间隔设置的若干无源驱雷器，且无源驱雷器包括底端设有开口的金属外罩，所述金属外罩上均匀开设有若干个放电通孔，且每个放电通孔内均贯穿固定有一连接套，所述金属外罩上通过连接套均匀固定有若干个放电杆，所述金属外罩的开口端内壁上安装有绝缘支撑，所述绝缘支撑底部设有电极，所述电极与金属外罩内壁之间设有放电间隙，且电极上连接有接地线，并通过接地线与大地连接；本发明通过高铁轨道一侧间隔设有若干无源驱雷器，有效对高铁轨道上附近的雷云进行消除，确保高铁运行安全；另外本无源驱雷器还具有便于运输、安装方便的优点。

Description

一种高铁用无源电晕场驱雷器

技术领域

本发明属于建高铁驱雷技术领域，具体涉及一种高铁用无源电晕场驱雷器。

背景技术

高速铁路，简称高铁，就目前来看，我国的高铁地理区域相隔的跨度大，而且没有备用系统，在这种情况下，一旦遭遇雷击将形成永久性故障，供电区段停运，而且高铁的造价成本和技术要求较高、施建标准严格苛刻、管理维护复杂困难，因此高铁的防雷工作尤其重要。为了降低雷电天气对高铁的影响，通常在高铁上安装避雷针或者在高铁轨道上安装避雷线，在高铁变电站上安装避雷针，传统避雷针防雷通常带来反击、跨步电压、接触电压和对强弱电系统的电磁脉冲感应过电压损坏等负面危害，避雷针防雷效果不佳，难以保证变电站免遭雷击，而避雷线安装费时费力，造价成本高，而且在雷击时避雷线上会有较大电流，形成磁场对运行中高铁的电气设备产生影响，难以有效消雷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铁用无源电晕场驱雷器，以解决现有的的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高铁用无源电晕场驱雷器，包括沿高铁轨道间隔设置的若干无源驱雷器，且所述无源驱雷器包括底端设有开口的金属外罩，所述金属外罩上均匀开设有若干个放电通孔，且每个所述放电通孔内均贯穿固定有一连接套，所述金属外罩上通过连接套均匀固定有若干个放电杆，所述金属外罩的开口端内壁上安装有绝缘支撑，所述绝缘支撑底部设有电极，所述电极与金属外罩内壁之间设有放电间隙，且电极上连接有接地线，并通过接地线与大地连接。

优选的，所述相邻两无源电晕场驱雷器之间间距为1-2km。

优选的，所述金属外罩底部固定有放电筒，且所述绝缘支撑和放电间隙均位于放电筒内。

优选的，所述金属外罩和放电筒均由铝或铝合金制成，所述电极为高导或超导金属电极，所述放电筒上均匀开设有若干圆孔，且若干圆孔均与放电间隙对应。

优选的，所述连接套内壁上设有环状的第一卡扣，所述放电杆外壁上设有环状的第一卡槽，且所述第一卡槽与所述第一卡扣相互卡合。

优选的，所述连接套与放电杆之间固定有第一螺栓，所述第一螺栓位于金属外罩的外侧，且第一螺栓上涂覆有导电螺纹胶。

优选的，所述放电杆为中空结构，且所述放电杆末端均设有若干周向阵列的若干放电针。

优选的，所述放电杆上远离连接套的一端焊接有限位端部，且放电杆上还套设有可移动的安装环，所述放电针转动安装于安装环上，且放电针的转动安装结构包括转轴和连接于转轴与安装环之间的复位弹簧，所述限位端部与安装环之间固定有第二螺栓，且第二螺栓上涂覆有导电螺纹胶，所述限位端部与安装环固定时，限定放电针向外倾斜。

优选的，所述放电杆套设有第二卡扣，所述安装环上开设有第二卡槽，且所述第二卡槽与所述第二卡扣卡合时，所述放电针与所述放电杆平行。

优选的，所述电极底部固定有金属过渡支撑，且金属过渡支撑通过接地线连接有预埋于地下的电流收集装置。

综上可知，本发明所提供的无源电晕场驱雷器中，基于绝缘支撑将整体放电分为两级，一极与雷云电荷电晕放电复合为一体，另一极与接地体连接。具体电晕离子防护分为以下阶段：

1）当雷云飘到驱雷器上方，在大地表面、与大地连接的电极上以及驱雷器的放电针尖端感应出大量正电荷，驱雷器尖端由于尖端效应在被保护目标上形成电荷密度较大、电场强度较强的雷云高电场，使被保护目标处于安全的电场中。

2）随着雷云电场的增强，尖端正电荷逐渐增多，负电荷在雷云电场的排斥下聚积在金属外罩和放电筒内壁上，电极带正电荷，随着负电荷增多，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）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放形成电晕屏蔽层，抑制上行连接先导的始发，阻断上下通道导通，避免了保护范围内的雷击现象。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明采用上述方案，针对现有高铁防雷存在的技术问题，设计了一种高铁用无源电晕场驱雷器装置，通过高铁轨道一侧间隔设有若干无源驱雷器，有效对高铁轨道上附近的雷云进行消除，确保高铁运行安全。

另外，在本发明提供的无源电晕场驱雷器装置中，放电杆与金属外罩之间通过连接套形成固定，固定安装方式简单；并且将放电杆上多个放电针设为伞状结构，以此不仅便于实现放电结构的安装，还便于实现放电结构的包装及运输。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中连接套与放电杆的配合示意图；

图3为本发明实施例中放电针与放电杆的一种配合状态图；

图4为本发明实施例中放电针与放电杆的另一种配合状态图；

图中：1-金属外罩、11-放电通孔、12-连接套、13-第一卡扣、14-第一螺栓、2-放电杆、21-第一卡槽、22-限位端部、23-第二卡扣、3-放电针、31-安装环、32-第二螺栓、33-第二卡槽、4-绝缘支撑、5-电极、6-接地线、7-电流收集装置、8-放电筒、9-金属过渡支撑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1所示，本发明提供如下技术方案：一种高铁用无源电晕场驱雷器，包括沿高铁轨道间隔设置的若干无源驱雷器，且无源驱雷器包括底端设有开口的金属外罩1，金属外罩1的外壁上均匀设有若干个放电杆2，金属外罩1的开口端内壁上安装有绝缘支撑4，绝缘支撑4底部设有电极5，电极5与金属外罩1内壁之间设有放电间隙，且电极5上连接有接地线6，并通过接地线6与大地连接。

在本实施例中，优选的，相邻两无源电晕场驱雷器之间间距为1-2km。

在本实施例中，优选的，金属外罩1底部固定有放电筒8，且绝缘支撑4和放电间隙均位于放电筒8内。

在本实施例中，优选的，金属外罩1和放电筒8均由铝或铝合金制成，电极5为高导或超导金属电极，放电筒8上均匀开设有若干圆孔，且若干圆孔均与放电间隙对应。

在本实施例中，优选的，放电杆2为中空结构，且放电杆2末端均设有若干周向阵列的若干放电针3。

在本实施例中，优选的，电极5底部固定有金属过渡支撑9，且金属过渡支撑9通过接地线6连接有预埋于地下的电流收集装置7。

另外，在本实施例中，可在电极5与金属过渡支撑9之间连接电源线（图中未示出），并在电源线上套串感应线圈和装配有SIM卡的电流监测装置，以此组成对无源电晕场驱雷器的实时监测系统；另外，在金属过渡支撑9上还可设置监控摄像机，以对电晕放电过程进行实时视频监测。

基于本实施例所公开的结构可知，关于无源电晕场驱雷器的工作原理为：

当雷云飘到驱雷器上方，雷云通常带有负电荷，根据库伦定律，大地上则会聚集大量的正电荷，正电荷通过接地线6聚集到电极5上，随着雷云中的负电荷不断聚集，在电极5上的正电荷与雷云负电荷相吸的作用下，雷云中的负电荷成漏斗状向下移动，基于此，在放电针3尖端基于尖端效应形成电荷密度较大、电场强度较强的雷云高电场，由此使得被保护目标（高铁）处于安全的电场中。

当雷云高电场中负电荷与放电针3之间的间距和电压差达到一定数值时，击穿外界空气，从而形成一级放电，在此状态下电离空气产生电晕离子体。同时，随着雷云电场的增强，尖端正电荷逐渐增多，负电荷在雷云电场的排斥下聚积在金属外罩1和放电筒8内壁上，电极5带正电荷，随着负电荷增多，电场强度增大，强电场会对空气产生电离，从而形成二级放电，产生大量电晕离子。

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放形成电晕屏蔽层，抑制上行连接先导的始发，阻断上下通道导通，避免了保护范围内的雷击现象。

综上可知，整体驱雷装置可在雷云电场的激励下产生两级放电。在两级放电下，通常产生大于30mC/s消散电晕离子体（即大于30mA消散电流），从而有效中和引聚正负电荷。具体，在5分钟内可中和10C以上的雷云与大地之间的电荷，正离子向空气中扩散与雷云中的负电荷中和，且正离子通常漂浮在地表800m以上的空中，从而有效削弱雷云下行先导发展速度和强度；同时，在整体驱雷装置及被保护目标（高铁）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，有效避免了保护范围内的雷击现象。另外，负电荷可经接地线6导入电流收集装置7中，从而实现无源两级驱雷，有效削弱雷云，有效保护高铁。

实施例2

请参阅图2所示，金属外罩1上均匀开设有若干个放电通孔11，且每个放电通孔11内均贯穿固定有一连接套12，金属外罩1上通过连接套12均匀固定有若干个放电杆2，

在本实施例中，优选的，连接套12内壁上设有环状的第一卡扣13，放电杆2外壁上设有环状的第一卡槽21，且第一卡槽21与第一卡扣13相互卡合。

在本实施例中，优选的，连接套12与放电杆2之间固定有第一螺栓14，第一螺栓14位于金属外罩1的外侧，且第一螺栓14上涂覆有导电螺纹胶。

基于本实施例所公开的结构可知，关于放电杆2与金属外罩1的安装固定原理为：

将放电杆2未装有放电针3的一端插入至连接套12内，在插入的过程中，使得第一卡扣13能卡合至第一卡槽21内，由此实现连接套12与放电杆2的初步固定；然后在金属外罩1的外侧实现连接套12与第一螺栓14的固定，而第一螺栓14穿入至放电杆2内，由此实现连接套12与放电杆2的在此固定，有效保证放电杆2固定安装的稳定。整体固定安装方式简单，因此在实现整体驱雷装置的运输时，可将放电杆2与金属外罩1进行分开运输，由此能有效减小整体驱雷装置在运输时的体积，从而使驱雷装置的运输更为方便。

实施例3

请参阅图3-图4所示，放电杆2上远离连接套12的一端焊接有限位端部22，且放电杆2上还套设有可移动的安装环31，放电针3转动安装于安装环31上，且放电针3的转动安装结构包括转轴和连接于转轴与安装环31之间的复位弹簧，限位端部22与安装环31之间固定有第二螺栓32，且限位端部22与安装环31固定时，限定放电针3向外倾斜。

在本实施例中，优选的，放电杆2套设有第二卡扣23，安装环31上开设有第二卡槽33，且第二卡槽33与第二卡扣23卡合时，放电针3与放电杆2平行。

基于本实施例所公开的结构可知，关于放电杆2与放电针3的配合安装原理为：

基于实施例2中所提出的安装方法完成放电杆2与金属外罩1的固定前，移动放电杆2上的安装环31，使之向限位端部22靠近，在此过程中，基于限位端部22的限定，使得放电针3由图4所示的状态逐渐展开至图3所示的状态，而当安装环31与限位端部22完全接触时，可通过第二螺栓32实现安装环31与限位端部22的固定，由此保证放电针3定位于倾斜展开的状态。而在实际使用中，为一进步保证放电针3定位的稳定，可在放电针3与安装环31之间固定螺栓。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高铁用无源电晕场驱雷器，其特征在于：包括沿高铁轨道间隔设置的若干无源驱雷器，且所述无源驱雷器包括底端设有开口的金属外罩（1），所述金属外罩（1）上均匀开设有若干个放电通孔（11），且每个所述放电通孔（11）内均贯穿固定有一连接套（12），所述金属外罩（1）上通过连接套（12）均匀固定有若干个放电杆（2），所述金属外罩（1）的开口端内壁上安装有绝缘支撑（4），所述绝缘支撑（4）底部设有电极（5），所述电极（5）与金属外罩（1）内壁之间设有放电间隙，且电极（5）上连接有接地线（6），并通过接地线（6）与大地连接；所述放电杆（2）上远离连接套（12）的一端焊接有限位端部（22），且放电杆（2）上还套设有可移动的安装环（31），所述放电针（3）转动安装于安装环（31）上，且放电针（3）的转动安装结构包括转轴和连接于转轴与安装环（31）之间的复位弹簧，所述限位端部（22）与安装环（31）之间固定有第二螺栓（32），且第二螺栓（32）上涂覆有导电螺纹胶，所述限位端部（22）与安装环（31）固定时，限定放电针（3）向外倾斜；所述放电杆（2）套设有第二卡扣（23），所述安装环（31）上开设有第二卡槽（33），且所述第二卡槽（33）与所述第二卡扣（23）卡合时，所述放电针（3）与所述放电杆（2）平行；

所述连接套（12）内壁上设有环状的第一卡扣（13），所述放电杆（2）外壁上设有环状的第一卡槽（21），且所述第一卡槽（21）与所述第一卡扣（13）相互卡合；

所述连接套（12）与放电杆（2）之间固定有第一螺栓（14），所述第一螺栓（14）位于金属外罩（1）的外侧，且第一螺栓（14）上涂覆有导电螺纹胶。

2.根据权利要求1所述的一种高铁用无源电晕场驱雷器，其特征在于：所述金属外罩（1）底部固定有放电筒（8），且所述绝缘支撑（4）和放电间隙均位于放电筒（8）内。

3.根据权利要求2所述的一种高铁用无源电晕场驱雷器，其特征在于：所述金属外罩（1）和放电筒（8）均由铝或铝合金制成，所述电极（5）为高导或超导金属电极，所述放电筒（8）上均匀开设有若干圆孔，且若干圆孔均与放电间隙对应。

4.根据权利要求1所述的一种高铁用无源电晕场驱雷器，其特征在于：所述放电杆（2）为中空结构，且所述放电杆（2）末端均设有若干周向阵列的若干放电针（3）。

5.根据权利要求1所述的一种高铁用无源电晕场驱雷器，其特征在于：所述电极（5）底部固定有金属过渡支撑（9），且金属过渡支撑（9）通过接地线（6）连接有预埋于地下的电流收集装置（7）。

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