CN112952554A - 一种双泄流屏蔽拒雷器及拒雷方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及拒雷技术领域，具体涉及一种双泄流屏蔽拒雷器及拒雷方法，包括一级拒雷装置，一级拒雷装置包括一级壳体，一级壳体外安装有若干根一级放电组件，一级壳体内通过绝缘子安装有一级电极，一级电极与一级壳体内壁之间设有间隙；二级拒雷装置，二级拒雷装置包括二级壳体，二级壳体的顶端与一级壳体的底端通过连接套筒固连，二级壳体外安装有若干根二级放电组件，二级壳体内设有二级电极，二级电极通过设在二级壳体和连接套筒内的放电杆与一级电极相连，二级电极与二级壳体内壁之间设有间隙，二级电极通过接地线接地；解决了以往的拒雷产品拒雷能力固定、不能同时防御弱小雷场和强大雷场的问题，可以适用不同强度的雷电。

Description

一种双泄流屏蔽拒雷器及拒雷方法

技术领域：

本发明涉及拒雷技术领域，具体涉及一种双泄流屏蔽拒雷器及拒雷方法。

背景技术：

雷电是一种伴有闪电和雷鸣的放电现象，一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，一般超过10km左右。云的上部常有冰晶和软雹等固态粒子，在强大的对流作用下，软雹和冰晶等固态粒子相互碰并，电荷产生了转移，二者携带了不同极性的电荷。通常情况下，冰晶带正电荷，软雹携带负电荷。总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪电通道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声，这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。雷电灾难是一种不可抗拒的自然性灾害，有时候会危害着人类的安全和财产。

早期为了降低雷电带来的危害，世界上普遍采用安装避雷针来解决问题。以避雷针作为接闪器的拒雷原理是：避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使避雷针尖端的局部电场增强，当超过击穿阈值时，避雷针产生尖端放电，形成向上发展的先导放电(简称上行先导)；当云-地闪电(简称地闪)的下行先导与避雷针尖端的上行先导相遇后，两者会合形成雷电通路，随之泻入大地，达到保护其他建筑物和设备的目的。实际上，避雷针是引雷针，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭雷击。但是使用避雷针的弊端也很多，首先，雷击时它把雷电流引入大地的过程中，要产生强大的感应电流，对电子设备的破坏性尤为巨大。其次，避雷针的保护作用是有选择性的。再者，避雷针上的反击过电压不可忽视。此外，雷电形态也影响避雷针的保护效能。

随着科技的发展，拒雷产品也在不断衍生。现在市面上新出现的提前放电式避雷针(ESE)可以吸引更多的雷电侧击和绕击，但危害很大。还有一种消散阵系统(DAS)利用雷云电场对其阵列避雷针作用而辉光放电产生等离子体，以其消散雷云电荷而实现拒雷，但是其被动产生的等离子体受电场自屏效应使其产生的等离子体远不足以拒雷，导致其拒雷失败机率较高，尤其是通流量不够的半导体消雷器自身常被雷电击毁。

目前放电产生等离子体的消散拒雷产品，根据其放电能力的大小，其拒雷能力是固定的，放电能力大的拒雷能力强，放电能力小的拒雷能力弱。当这种拒雷产品安装使用时，一般只能对与其拒雷能力范围对应的强度的雷场进行防御，比如放电能力较小的拒雷产品，只能防御弱小雷场，放电能力较大的拒雷产品，只能防御强大雷场。这是因为，如果是一个弱小雷场来袭，云层下方的负电荷较少，此时，如果雷场下方安装的是一个放电能力较大的拒雷产品，避雷针接受的负电荷也较少，传递到拒雷产品壳体上的负电荷也较少，与雷场对应的下方地面上聚集的正电荷也较少，经接地线传递到拒雷产品内部电极上的正电荷也较少，拒雷产品壳体上的负电荷与内部电极上的正电荷量不足以达到击穿壳体内部空气的程度，不会产生等离子体，无法中和雷场的负电荷，因此，对于弱小雷场，放电能力较大的拒雷产品是起不到拒雷效果的，反而，放电能力较小的拒雷产品其内部电极上的聚集的正电荷量与壳体上聚集的负电荷量可以达到击穿内部空气的程度，产生等离子体，等离子体通过避雷针涌到雷场中，中和雷场中的负电荷，起到拒雷的效果。反之，如果是一个强大雷场来袭，云层下方的负电荷较多，此时，如果雷场下方安装的是一个放电能力较小的拒雷产品，拒雷产品前期还可产生一定量的等离子体与雷场中的部分负电荷中和，当雷场较大负电荷越聚越多时，放电能力较小的拒雷产品产生的等离子体数量远远达不到中和云层中的负电荷的程度，最终导致拒雷失败，雷电发生。因此，对于强大雷场，放电能力较小的拒雷产品是起不到拒雷效果的，反而，放电能力较大的拒雷产品能够产生数量足够多的等离子体，其中的正离子通过避雷针涌到雷场中，中和雷场中的负电荷，起到拒雷的效果。

综上所述，如何能够同时实现对不同强度雷场进行拒雷的产品，成为行业内亟需解决的技术难题。

发明内容：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种双泄流屏蔽拒雷器及拒雷方法，解决了以往的拒雷产品拒雷能力固定、不能同时防御弱小雷场和强大雷场的问题，可以适用不同强度的雷电。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种双泄流屏蔽拒雷器，包括：

一级拒雷装置，所述一级拒雷装置包括一级壳体，所述一级壳体外安装有若干根一级放电组件，所述一级壳体内通过绝缘子安装有一级电极，所述一级电极与一级壳体内壁之间设有间隙；

二级拒雷装置，所述二级拒雷装置包括二级壳体，所述二级壳体的顶端与一级壳体的底端通过连接套筒固连，所述二级壳体外安装有若干根二级放电组件，所述二级壳体内设有二级电极，所述二级电极通过设在二级壳体和连接套筒内的放电杆与一级电极相连，所述二级电极与二级壳体内壁之间设有间隙，所述二级电极通过接地线接地；

优选的，所述一级拒雷装置用于对弱小雷场进行防御，所述二级拒雷装置用于对强大雷场进行防御。

优选的，所述一级放电组件和二级放电组件分别包括一根放电针，放电针外端安装有若干个接闪器。

优选的，所述放电针通过螺母固定在一级壳体或二级壳体上，所述放电针为伸缩杆，所述放电针圆周阵列分布一级壳体或二级壳体上,所述二级壳体上的放电针的数量大于一级壳体上的放电针的数量。

优选的，所述一级壳体和二级壳体均为葫芦形金属壳体，所述二级壳体的体积大于一级壳体的体积，所述一级电极和二级电极为高导或超导电极，所述二级电极的体积大于一级电极的体积。

优选的，所述放电杆为空心杆，所述放电杆与连接套筒、一级壳体、二级壳体之间均设有间隙。

优选的，所述放电杆、二级电极通过螺栓固定在金属底座上，所述金属底座通过接地线接地。

优选的，所述连接套筒的上端和下端分别通过紧固法兰与一级壳体和二级壳体相连。

优选的，所述二级电极为圆盘形，在圆盘形的边缘沿圆周设有若干个弧形槽。

优选的，所述绝缘子的顶端与一级壳体顶部固连，底端通过螺栓与放电杆固连。

一种双泄流屏蔽拒雷方法，通过组装于一体的一级拒雷装置和二级拒雷装置，一级拒雷装置用于对弱小雷场进行防御，二级拒雷装置的放电能力大于一级拒雷装置的放电能力，二级拒雷装置用于对强大雷场进行防御；对于弱小雷场，一级拒雷装置产生的等离子体足以中和弱小雷场中的负电荷起到拒雷效果，二级拒雷装置不会产生等离子体；对于强大雷场，一级拒雷装置产生的等离子体数量远远达不到中和云层中的负电荷的程度，二级拒雷装置工作产生大量等离子体，足以中和强大雷场中的负电荷起到拒雷效果。

本发明采用上述方案，具有以下优点：

(1)采用两级拒雷装置，一级拒雷装置用于对弱小雷场进行防御，二级拒雷装置的放电能力大于一级拒雷装置的放电能力，二级拒雷装置用于对强大雷场进行防御，可以适用不同强度的雷电；

(2)外壳上设置若干根一级放电组件和二级放电组件，一级放电组件和二级放电组件分别包括一根放电针，放电针外端安装有若干个接闪器，这些接闪器可以在短时间内快速聚集较多的负电荷，相应的一级电极和二级电极上也会聚集较多的正电荷，缩短了击穿壳体内部空气的时间，进而加快了中和雷场的进程；

(3)放电针均通过螺母安装在外壳上，放电杆、二级电极通过螺栓固定在金属底座上，连接套筒的上端和下端分别通过紧固法兰与一级壳体和二级壳体相连，绝缘子的底端通过螺栓与放电杆固连，采用螺母、螺栓、紧固法兰这样的零件，便于安装和拆卸；

(4)二级壳体内底部是螺纹设计，可以聚集更多的负电荷，二级电极为圆盘形，在圆盘形的边缘沿圆周设有若干个弧形槽，这样的设计可以增大二级电极的表面积，增加二级电极上正电荷与二级壳体上负电荷的接触面积，即增加二级电极的放电面积，进而产生更多的等离子体，缩短了拒雷时间，提高了效率。

附图说明：

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明的二级电极结构示意图。

其中，1、一级壳体，2、绝缘子，3、一级电极，4、二级壳体，5、连接套筒，6、二级电极，7、放电杆，8、接地线，9、放电针，10、接闪器，11、金属底座。

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1-2所示的实施例中，一种双泄流屏蔽拒雷器，包括：

一级拒雷装置，所述一级拒雷装置包括一级壳体1，所述一级壳体1外安装有若干根一级放电组件，所述一级壳体1内通过绝缘子2安装有一级电极3，所述一级电极3与一级壳体1内壁之间设有间隙；绝缘子2可以阻断一级电极3上聚集的正电荷继续沿竖直方向上运行，避免一级壳体1顶部与一级电极3直接接触，避免形成通路。

二级拒雷装置，所述二级拒雷装置包括二级壳体4，所述二级壳体4的顶端与一级壳体1的底端通过连接套筒5固连，所述二级壳体4外安装有若干根二级放电组件，所述二级壳体4内设有二级电极6，所述二级电极6通过设在二级壳体4和连接套筒5内的放电杆7与一级电极3相连，所述二级电极6与二级壳体4内壁之间设有间隙，所述二级电极6通过接地线8接地；接地线8可以及时的将因各种原因产生的不安全的电荷或者漏电电流导出，也称为安全回路线，危险时它就把高压直接转嫁给大地，算是一根生命线。

一级电极3与一级壳体1内壁之间、二级电极6与二级壳体4内壁之间均设有间隙，间隙内存有空气，当一级电极3与一级壳体1内壁之间、二级电极6与二级壳体4内壁之间电压达到一定值后均能产生放电，只有电离空气才可以产生等离子体，其中的正离子漂向雷场，中和雷场中的负电荷，从而消弱雷场，保护建筑物。

所述二级拒雷装置的放电能力大于一级拒雷装置的放电能力，所述一级拒雷装置用于对弱小雷场进行防御，所述二级拒雷装置用于对强大雷场进行防御，两级拒雷装置可以应对不同强度的雷场来袭，更好的保护建筑物。

所述一级放电组件和二级放电组件分别包括一根放电针9，放电针9外端安装有若干个接闪器10，采用多个接闪器10可以在短时间内接收更多的负电荷，从而使壳体更快的聚集更多的负电荷，与此相应的接地线8从地面聚集的正电荷也更多，传到二级电极6、一级电极3上的正电荷也越多，正负电荷量更快的达到击穿壳体内空气的量，可以更快的产生等离子体，其中的正离子再传到雷场中，中和更多的负电荷，加快拒雷的进程。

所述放电针9通过螺母固定在一级壳体1或二级壳体4上，所述放电针9为伸缩杆，所述放电针9圆周阵列分布一级壳体1或二级壳体4上，所述二级壳体4上的放电针9的数量大于一级壳体1上的放电针9的数量。采用螺母安装放电针9，安装和更换也方便，放电针9采用的是伸缩杆可以增高放电组件的高度，放电能力增强，放电产生更多的等离子体，其中的正离子中和的负电荷也增多。

所述一级壳体1和二级壳体4均为葫芦形金属壳体，所述二级壳体4的体积大于一级壳体1的体积，所述一级电极3和二级电极6为高导或超导电极，所述二级电极6的体积大于一级电极3的体积，普通的避雷针外壳多为球形设计，该装置的壳体采用葫芦形金属壳体，将多个由小到大的球形壳体从上到下组合起来，壳体面积变大，增加了壳体聚集雷场中负电荷的面积，可以更快更多的聚集负电荷，缩短了反应时间，增大了拒雷的范围，一级电极3和二级电极6为高导或超导电极导电能力强。

所述放电杆7为空心杆，所述放电杆7与连接套筒5、一级壳体1、二级壳体4之间均设有间隙，间隙内存有空气，只有电离空气才可以产生等离子体，另外空心的放电杆7可以减轻拒雷器的重量。

所述放电杆7、二级电极6通过螺栓固定在金属底座11上，所述金属底座11通过接地线8接地，金属底座11可以缩短接地线8的长度，同时金属底座11与二级电极6接触面积大，也缩短了从地面聚集的正电荷传到二级电极6上的时间。

所述连接套筒5的上端和下端分别通过紧固法兰与一级壳体1和二级壳体4相连，可使一级壳体1和二级壳体4连接更加牢固。

所述二级电极6为圆盘形，在圆盘形的边缘沿圆周设有若干个弧形槽，设计弧形槽可以增大二级电极6的表面积，增加二级电极6上正电荷与二级壳体4上负电荷的放电面积，进而产生更多的等离子体，缩短拒雷时间，提高了效率。

所述绝缘子2的顶端与一级壳体1顶部固连，底端通过螺栓与放电杆7固连，螺栓连接安装和拆卸方便。

一种双泄流屏蔽拒雷方法，通过组装于一体的一级拒雷装置和二级拒雷装置，一级拒雷装置用于对弱小雷场进行防御，二级拒雷装置的放电能力大于一级拒雷装置的放电能力，二级拒雷装置用于对强大雷场进行防御；对于弱小雷场，一级拒雷装置产生的等离子体足以中和弱小雷场中的负电荷起到拒雷效果，二级拒雷装置不会产生等离子体；对于强大雷场，一级拒雷装置产生的等离子体数量远远达不到中和云层中的负电荷的程度，二级拒雷装置工作产生大量等离子体，足以中和强大雷场中的负电荷起到拒雷效果。

工作原理：

将本装置安装在建筑物顶部，当附近有对流发展旺盛的积雨云时，即强大雷场来袭时，云层下汇集了大量负电荷，随着云层的靠近，一级拒雷装置上的放电针9外端安装的若干个接闪器10接收到空中的负电荷，通过放电针9传到一级壳体1上，随着负电荷源源不断的输入，一级壳体1上聚集越来越多的负电荷，由于感应到负电荷的存在，与此相应的接地线8从地面也不断地聚集的正电荷，正电荷通过金属底座11、螺栓、放电杆7传到一级电极上3，一级电极上3聚集的正电荷越来越多，当一级壳体1与一级电极3之间的电压差达到一定数值时可以击穿一级壳体1内空气，产生等离子体，随着等离子数量的增多，其中的正离子再传到雷场中，中和一级壳体1周边的负电荷，随着云层下的负电荷不断的聚集，在一级电极3上的正电荷与空中的负电荷相互吸引的作用下，云层下的负电荷呈漏斗状向下移动，当一级壳体1上聚集的负电荷多到一级电极3电离产生的等离子体中的正离子不足以中和时，此时一级拒雷装置失去拒雷功能，多余的负电荷继续往下运动，到达二级壳体4的周边，二级拒雷装置上的放电针9外端安装的若干个接闪器10，接收到周边的负电荷，负电荷通过放电针9传到二级壳体4上，随着负电荷源源不断的输入，二级壳体4上聚集越来越多的负电荷，由于感应到负电荷的存在，与此相应的接地线8从地面也不断地聚集的正电荷，正电荷通过接地线8到达金属底座11再传到二级电极上6，二级电极6上聚集的正电荷越来越多，当二级壳体4与二级电极6之间的电压差达到一定数值时可以击穿二级壳体4内的空气，电离产生高密度的等离子体，即在雷云电场激励下通常产生大于30mC/s消散等离子体(即大于30mA消散电流)，有效中和引聚正负电荷，在5分钟内可以中和10C以上的雷云与大地之间的电荷，离子通常漂浮距离在800m以上，随着云层下的负电荷不断的填充二级壳体4周边消耗的负电荷，云层中的负电荷被中和掉，达不到雷电形成的量，可以很快的消弱雷云，从而达到躲避强雷的效果。此外，即便负电荷的量多到二级壳体4与二级电极6电离产生的等离子体都中和不过来时，由于二级电极6下方的金属底座11连接接地线8，这些不安的负电荷还可以通过接地线8传到大地里，从而把危险高压转嫁给大地。

当附近有对流发展较小的积雨云时，即弱小雷场来袭时，云层下汇集了少量负电荷，随着云层的靠近，一级拒雷装置上的放电针9外端安装的若干个接闪器10接收到空中的负电荷，负电荷通过放电针9传到一级壳体上1，随着负电荷源源不断的输入，一级壳体1上聚集越来越多的负电荷，由于感应到负电荷的存在，与此相应的接地线8从地面也不断地聚集的正电荷，正电荷通过金属底座11、螺栓、放电杆7传到一级电极3上，一级电极3上聚集的正电荷越来越多，当一级壳体1与一级电极3之间的电压差达到一定数值时可以击穿一级壳体1内空气，产生等离子体，随着等离子数量的增多，其中的正离子不断地中和一级壳体1周边的负电荷，随着云层下的负电荷不断的填充一级壳体1周边消耗的负电荷，云层中的负电荷被中和掉，达不到雷电形成的量，从而达到避免弱雷产生的效果，二级拒雷装置无需工作。

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)

1.一种双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：包括：

一级拒雷装置，所述一级拒雷装置包括一级壳体，所述一级壳体外安装有若干根一级放电组件，所述一级壳体内通过绝缘子安装有一级电极，所述一级电极与一级壳体内壁之间设有间隙；

二级拒雷装置，所述二级拒雷装置包括二级壳体，所述二级壳体的顶端与一级壳体的底端通过连接套筒固连，所述二级壳体外安装有若干根二级放电组件，所述二级壳体内设有二级电极，所述二级电极通过设在二级壳体和连接套筒内的放电杆与一级电极相连，所述二级电极与二级壳体内壁之间设有间隙，所述二级电极通过接地线接地；

所述二级拒雷装置的放电能力大于一级拒雷装置的放电能力，所述一级拒雷装置用于对弱小雷场进行防御，所述二级拒雷装置用于对强大雷场进行防御。

2.根据权利要求1所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述一级放电组件和二级放电组件分别包括一根放电针，放电针外端安装有若干个接闪器。

3.根据权利要求2所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述放电针通过螺母固定在一级壳体或二级壳体上，所述放电针为伸缩杆，所述放电针圆周阵列分布一级壳体或二级壳体上,所述二级壳体上的放电针的数量大于一级壳体上的放电针的数量。

4.根据权利要求1所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述一级壳体和二级壳体均为葫芦形金属壳体，所述二级壳体的体积大于一级壳体的体积，所述一级电极和二级电极为高导或超导电极，所述二级电极的体积大于一级电极的体积。

5.根据权利要求1所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述放电杆为空心杆，所述放电杆与连接套筒、一级壳体、二级壳体之间均设有间隙。

6.根据权利要求1所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述放电杆、二级电极通过螺栓固定在金属底座上，所述金属底座通过接地线接地。

7.根据权利要求1所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述连接套筒的上端和下端分别通过紧固法兰与一级壳体和二级壳体相连。

8.根据权利要求1所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述二级电极为圆盘形，在圆盘形的边缘沿圆周设有若干个弧形槽。

9.根据权利要求1所述的双泄流屏蔽拒雷器，其特征在于：所述绝缘子的顶端与一级壳体顶部固连，底端通过螺栓与放电杆固连。

10.一种双泄流屏蔽拒雷方法，其特征在于：通过组装于一体的一级拒雷装置和二级拒雷装置，一级拒雷装置用于对弱小雷场进行防御，二级拒雷装置的放电能力大于一级拒雷装置的放电能力，二级拒雷装置用于对强大雷场进行防御；对于弱小雷场，一级拒雷装置产生的等离子体足以中和弱小雷场中的负电荷起到拒雷效果，二级拒雷装置不会产生等离子体；对于强大雷场，一级拒雷装置产生的等离子体数量远远达不到中和云层中的负电荷的程度，二级拒雷装置工作产生大量等离子体，足以中和强大雷场中的负电荷起到拒雷效果。

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