CN206628708U - 一种高铁用驱雷装置 - Google Patents

Abstract

一种高铁用驱雷装置，包括沿高铁轨道间隔设置的若干无源驱雷器，高铁轨道上间隔设有若干高铁变电站，高铁变电站上设有有源和无源驱雷器，有源和无源驱雷器连接有雷电预警系统。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；通过在高铁变电站上安装有源和无源驱雷器，有效保护高铁变电站的正常工作，确保为高铁进行供电。

Description

一种高铁用驱雷装置

技术领域：

本实用新型涉及高铁驱雷设备技术领域，具体涉及一种高铁用驱雷装置。

背景技术：

高铁已经成为现代主流交通工具，高铁的运行安全直接关系人们的生命安全，目前影响高铁运行安全的主要因素有人为因素和不可控因素，其中不可控因素主要是指雷电天气，雷电天气容易造成高铁雷击，严重影响高铁中电气化设备的正常运行，严重时会产生失灵，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，避雷针是富兰克林实用新型的，它的主要原理是吸引雷云电场集中于其金属针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，但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。

实用新型内容：

本实用新型的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种高铁用驱雷装置，它具有安装简单、成本低、驱雷可靠稳定等优点，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种高铁用驱雷装置，包括沿高铁轨道间隔设置的若干无源驱雷器，高铁轨道上间隔设有若干高铁变电站，高铁变电站上设有有源和无源驱雷器，有源和无源驱雷器连接有雷电预警系统。

所述高铁轨道一侧设有安装架，安装架上设有无源驱雷器。

所述相邻两无源驱雷器之间间距为1-2km。

所述有源和无源驱雷器包括机架，机架上端设有第一金属外罩，第一金属外罩上设有若干放电通孔，第一金属外罩外壁上对应放电通孔的位置设有中空放电针，中空放电针侧壁上设有若干开口，机架上端中部设有安装孔，安装孔内安装有纳米陶瓷绝缘子，纳米陶瓷绝缘子底部设有第一电极，第一电极与机架内壁之间设有间隙，第一电极通过接地线与大地连接，第一电极下方的机架上设有风机，机架上还设有电源、逆变器和变压器，电源通过导线依次与逆变器和变压器连接，变压器通过导线与纳米陶瓷绝缘子连接，电源通过导线分别与风机和雷电预警系统连接。

所述中空放电针末端设有若干一级放电针。

所述机架外部设有球形外壳。

所述第一金属外罩为铝金属外罩，所述第一电极为铝电极。

所述纳米陶瓷绝缘子设计为长短伞裙间隔状。

所述球形外壳采用钛合金或碳纤维轻质材料。

所述雷电预警系统包括雷电预警器、雷云电场强度测量仪、云层检测雷达、计数控制器和控制器，雷电预警器、雷云电场强度测量仪和计数控制器分别通过导线与控制器连接。

所述电源与逆变器之间连接有控制开关，控制开关与雷电预警系统连接。

所述无源驱雷器包括第二金属外罩，第二金属外罩外壁上均匀设有若干放电针，第二金属外罩开口端内壁安装有绝缘子，绝缘子底部设有第二电极，第二电极与第二金属外罩内壁之间间隔设置，第二电极通过接地线与大地连接。

所述第二金属外罩为铝金属外罩，所述第二电极为高导或超导金属电极。

所述放电针末端设有若干一级放电针。

所述第二金属外罩内部设有单个或多个等离子发生仓。

所述等离子发生仓包括内金属罩，内金属罩开口端内壁安装有内绝缘子，内绝缘子底部设有内电极，内电极与内金属罩内壁之间间隔设置，内电极通过接地线与大地连接。

本实用新型采用上述方案，针对现有高铁防雷存在的技术问题，设计了一种高铁用驱雷装置，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；通过在高铁变电站上安装有源和无源驱雷器，有效保护高铁变电站的正常工作，确保为高铁进行供电。

附图说明：

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型有源和无源驱雷器结构示意图；

图3是本实用新型无源驱雷器结构示意图；

图4是本实用新型等离子发生仓结构示意图；

其中，1、高铁轨道，2、无源驱雷器，201、第二金属外罩，202、放电针，203、绝缘子，204、第二电极，205、等离子发生仓，206、内金属罩，207、内绝缘子，208、内电极，3、高铁变电站，4、有源和无源驱雷器，401、机架，402、第一金属外罩，403、放电通孔，404、中空放电针，405、开口，406、安装孔，407、纳米陶瓷绝缘子，408、第一电极，409、风机，410、电源，411、逆变器，412、变压器，413、一级放电针，414、球形壳体，415、控制开关，5、雷电预警系统，6、安装架，7、接地线，8、高铁。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：

如图1-4所示，一种高铁用驱雷装置，包括沿高铁轨道1间隔设置的若干无源驱雷器2，高铁轨道1上间隔设有若干高铁变电站3，高铁变电站3上设有有源和无源驱雷器4，有源和无源驱雷器4连接有雷电预警系统5，充分利用高铁变电站3可供电特性实现有源和无源共同驱雷，针对高铁轨道1长且无法提供电源的特点在高铁轨道1上间隔设置若干无源驱雷器2，实现有针对性的对高铁变电站3和高铁轨道1进行驱雷，有效保护高铁轨道1上高铁运行安全和高铁变电站3的安全。

高铁轨道1一侧设有安装架6，安装架6上设有无源驱雷器2。

相邻两无源驱雷器2之间间距为1-2km。

有源和无源驱雷器4包括机架401，机架401上端设有第一金属外罩402，第一金属外罩402上设有若干放电通孔403，第一金属外罩402外壁上对应放电通孔403的位置设有中空放电针404，中空放电针404侧壁上设有若干开口405，机架401上端中部设有安装孔406，安装孔406内安装有纳米陶瓷绝缘子407，纳米陶瓷绝缘子407底部设有第一电极408，第一电极408与机架401内壁之间设有间隙，第一电极408通过接地线7与大地连接，第一电极408下方的机架401上设有风机409，机架401上还设有电源410、逆变器411和变压器412，电源410通过导线依次与逆变器411和变压器412连接，变压器412通过导线与纳米陶瓷绝缘子407连接，电源410通过导线分别与风机409和雷电预警系统5连接，实现有源和无源共同进行驱雷，有效保护高铁变电站的安全

中空放电针404末端设有若干一级放电针413，实现微安级放电。

机架401外部设有球形外壳414，有效保护机架401内的设备。

第一金属外罩402为铝金属外罩，第一电极408为铝电极，性价比高。

纳米陶瓷绝缘子407设计为长短伞裙间隔状。

球形外壳414采用钛合金或碳纤维轻质材料。

雷电预警系统5包括雷电预警器、雷云电场强度测量仪、云层检测雷达、计数控制器和控制器，雷电预警器、雷云电场强度测量仪和计数控制器分别通过导线与控制器连接，实现智能监测雷云和驱雷。

电源410与逆变器411之间连接有控制开关415，控制开关415与雷电预警系统5连接。

无源驱雷器2包括第二金属外罩201，第二金属外罩201外壁上均匀设有若干放电针202，第二金属外罩201开口端内壁安装有绝缘子203，绝缘子203底部设有第二电极204，第二电极204与第二金属外罩201内壁之间间隔设置，第二电极204通过接地线7与大地连接，实现无需电源进行驱雷，有效保护高铁轨道1上高铁8的运行安全。

第二金属外罩201为铝金属外罩，第二电极204为高导或超导金属电极。

放电针202末端设有若干一级放电针413。

第二金属外罩201内部设有单个或多个等离子发生仓205，提高等离子产生数量，确保驱雷效果。

等离子发生仓205包括内金属罩206，内金属罩206开口端内壁安装有内绝缘子207，内绝缘子207底部设有内电极208，内电极208与内金属罩206内壁之间间隔设置，内电极208通过接地线7与大地连接。

本实用新型的工作过程：

当高铁变电站附近有雷云时，雷云中的电荷不断聚集，有源和无源消雷器4开始工作，通常雷云带负电荷，雷云中的负电荷不断聚集，根据库伦定律可知，同时大地上聚集大量正电荷，在异性电荷相吸的作用下，雷云中的负电荷不断呈漏斗状下降，当负电荷聚集到一定数量后，雷云中的负电荷与第一金属外罩402上的一级放电针413之间形成微安级放电，即产生一级放电，雷云电荷击穿外界空气与一级放电针413连通后，大量负电荷聚集在第一金属外罩402上，此时大地上聚集的正电荷通过接地线10聚集到第一电极408上，第一电极408上的大量正电荷与第一金属402外罩上的大量负电荷不断聚集，产生电压差，当电压差增大到一定程度时就会击穿第一金属外罩402与第一电极408之间的空气，产生毫安级放电，即二级放电，从而电离出大量的等离子体，在雷云电场激励下可产生大于30mC/s消散电荷(即大于30mA消散电流)，等离子体中的正离子不断向上扩散，离子扩散高度通常达800m以上，与雷云中的负电荷中和，削弱雷云，产生的负离子经接地线流入大地中，从而实现无源驱雷，在无源驱雷工作的同时，接通220V电源12，然后经逆变器13和变压器14的作用将220V电压变换成3万伏电压，并将3万伏电压传输到纳米陶瓷绝缘子407的线圈上，纳米陶瓷绝缘子407在高电压的作用下击穿纳米陶瓷绝缘子407与第一金属外罩402之间的空气，即实现介质阻挡放电方式强电离空气产生高浓度非平衡低温等离子体，根据我国气体电子学和静电学著名专家邱军林、白希尧等测试，采用上述强电离空气方式可产生浓度为1014/m3—1016/m3的等离子体，同时启动风机409，在风机409的作用下，高浓度等离子依次经过放电通孔403和中空放电针404，并从中空放电针404上的开口405处流出释放到空气中，根据美国国家宇航局(NASA)为在佛罗里达航天基地进行火箭筒引雷方式防雷，对地面自然尖端物(草木尖端)在雷云电场作用下产生的离子沿空间高度分布所作的探空测试表明，离子可漂移至800m以上的高空，因此正离子能够漂浮至雷云中，与雷云中的负电荷中和，削弱雷云，实现有源驱雷，同时本申请的驱雷装置还可以与雷电预警器、雷云电场强度测量仪、云层检测雷达、计数控制器和控制器辅助电子设备配合使用，实现智能化检测雷云和控制驱雷，通过将有源驱雷与无源驱雷装置的有效结合，使整体结构更加紧凑，同时实现多级放电驱雷和驱雷更加的安全可靠。

当高铁轨道1附近出现雷云时，无源驱雷器开始工作，通常雷云带负电荷，根据库伦定律，大地上聚集大量的正电荷，正电荷通过接地线聚集到第二电极204上，随着雷云中的负电荷不断聚集，在第二电极204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，当负电荷与一级放电针413之间的间距和电压差达到一定数值时就会击穿外界空气，从而形成一级放电，电离空气产生等离子体，一级放电针413与雷云中的电荷导通后，大量的负电荷聚集在第二金属外罩201上，第二金属外罩201上的负电荷与第二电极204上的正电荷再次形成电压差，随着负电荷和正电荷的不断聚集，电压差不断增大，当电压差到达一定数值后，击穿第二电极204与第二金属外罩201之间的空气，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，离子通常漂浮距离在800m以上，削弱雷云，负电荷经接地线7导入大地，从而达到稳定驱雷的目的，有效保护高铁轨道1上运行的高铁8。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种高铁用驱雷装置，其特征在于：包括沿高铁轨道间隔设置的若干无源驱雷器，高铁轨道上间隔设有若干高铁变电站，高铁变电站上设有有源和无源驱雷器，有源和无源驱雷器连接有雷电预警系统。

2.根据权利要求1所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述高铁轨道一侧设有安装架，安装架上设有无源驱雷器。

3.根据权利要求1所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述相邻两无源驱雷器之间间距为1-2km。

4.根据权利要求1所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述有源和无源驱雷器包括机架，机架上端设有第一金属外罩，第一金属外罩上设有若干放电通孔，第一金属外罩外壁上对应放电通孔的位置设有中空放电针，中空放电针侧壁上设有若干开口，机架上端中部设有安装孔，安装孔内安装有纳米陶瓷绝缘子，纳米陶瓷绝缘子底部设有第一电极，第一电极与机架内壁之间设有间隙，第一电极通过接地线与大地连接，第一电极下方的机架上设有风机，机架上还设有电源、逆变器和变压器，电源通过导线依次与逆变器和变压器连接，变压器通过导线与纳米陶瓷绝缘子连接，电源通过导线分别与风机和雷电预警系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述中空放电针末端设有若干一级放电针，所述机架外部设有球形外壳，所述第一金属外罩为铝金属外罩，所述第一电极为铝电极。

6.根据权利要求5所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述纳米陶瓷绝缘子设计为长短伞裙间隔状，所述球形外壳采用钛合金或碳纤维轻质材料。

7.根据权利要求4所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述雷电预警系统包括雷电预警器、雷云电场强度测量仪、云层检测雷达、计数控制器和控制器，雷电预警器、雷云电场强度测量仪和计数控制器分别通过导线与控制器连接，所述电源与逆变器之间连接有控制开关，控制开关与雷电预警系统连接。

8.根据权利要求1所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述无源驱雷器包括第二金属外罩，第二金属外罩外壁上均匀设有若干放电针，第二金属外罩开口端内壁安装有绝缘子，绝缘子底部设有第二电极，第二电极与第二金属外罩内壁之间间隔设置，第二电极通过接地线与大地连接。

9.根据权利要求8所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述第二金属外罩为铝金属外罩，所述第二电极为高导或超导金属电极，所述第二金属外罩内部设有单个或多个等离子发生仓。

10.根据权利要求9所述的一种高铁用驱雷装置，其特征在于：所述等离子发生仓包括内金属罩，内金属罩开口端内壁安装有内绝缘子，内绝缘子底部设有内电极，内电极与内金属罩内壁之间间隔设置，内电极通过接地线与大地连接。