JP2024541163A - 高塔電子装置の防雷保護装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
避雷針は雷誘引作用を有し、雷電が避雷器(lightning arrester)に吸引された後、強力な雷電流が針に沿って大地に流入する過程において、強力な電磁パルスを生成するが、効果的なエネルギー吸収過程を実現できない。
雷電が針に吸引されると、数千アンペアの高周波電流が避雷針及びその接地引下線並びに接地装置を通過し、エネルギー吸収がない避雷針とリード線の電圧が高いため、針と被保護物との間の距離が安全距離より小さい場合、針及び引下線から被保護物へ反撃過電圧が発生し、保護されるコンピュータ及び通信機器を損傷する。純鉄材料を高周波電流通路とすることは電気的高インピーダンス閉塞障害を引き起こし、それにより過電圧危害をより発生しやすい。
高塔電子装置の防雷保護装置であって、高塔(すなわちフランクリン式避雷針)の頂部に取り付けられた耐高電圧の絶縁材料で構成された雷電荷絶縁バリア、及び上記雷電荷絶縁バリアの頂部に設けられた金属対地絶縁避雷器を含む。対地絶縁避雷器は雷電荷絶縁バリアによって塔体と絶縁する。上記対地絶縁避雷器は二重導体同軸ケーブル線を介して近地上に取り付けられた雷インパルスエネルギー消費吸収装置に接続される。上記雷インパルスエネルギー消費吸収装置の他端は接地端に接続される。雷インパルスエネルギー消費吸収装置は、コンデンサ極板、極性誘電体及び絶縁タンク容器を含む。上記絶縁タンク容器内の両側にコンデンサ極板が対称に取り付けられ、上記誘電体が絶縁タンク容器に充填され、誘電体における誘電材料分極効果の緩和特徴によって高周波パルス効果を生成し、さらに誘電体において双極子分極損失を生成して雷電界エネルギーを消費する。雷電荷絶縁バリアは耐高圧の碍子又はスリーブ式高圧碍子であり、碍子材料はセラミック碍子又はシリコーンゴム複合碍子体であり、耐圧レベルは100kVより大きい。対地絶縁避雷器は金属導体ロッドであり、鉄ロッド、ステンレス鋼ロッド、銅ロッド、アルミニウムロッド等の中実又は空芯導電体であってもよく、雷電荷絶縁バリアの上端に取り付けられ、地上電位Gと絶縁状態を呈する。二層導体同軸ケーブルは汎用導線に比べ、低周波インピーダンスと無誘導型の特徴を有し、その二層導体間は容量特性を呈する。
極性分子からなる極性誘電体の放電では、負コロナ放電の初期段階からカー効果によるTrichelパルス放電が発生する。負極性とは液体又は気体分子又は原子が電子に対して強い親和性を有し、コロナ電極(一般的に小さい曲率半径を有する電極を指す)に印加された電圧が開始電圧を超え、コロナ電極表面近傍の電界がイオン化の閾値電界を超え、さらに分極開始の過程を生成する。Trichelパルスとクラスタ放電の高周波パルスは類似性を有し、この類似性はTrichelパルスがちょうど発生段階にある時に最も顕著に現れる。このときの電流パルスは急峻なフロンティアを示し、同時に複数の異なるピークが出現し、Trichelパルス周波数は、f=10KHz~250KHzの間である。
1)磁気粘性流体(magnetorheological fluid)は磁場で磁化しやすい固体微粒子が液相に分散して形成された懸濁液であり、微粒子の透磁率μが基液と異なるため、外部電界Eの作用で微粒子が励起される。磁気粘性流体の分極は、磁気双極子モデルで近似することもできる。双極子間の力が十分に強ければ、微粒子は鎖状に凝集し、さらに柱状又は他の構造を形成し、固液分離が起こる可能性がある。この構造変化は、懸濁液の粘性の大きな変化をもたらし、その変化過程は、エネルギーの吸収及び損失過程を含む。この過程は、瞬時(ミリ秒単位で)に行うことができ、可逆的であり、良好な反復性を有する。
磁性液体中でB、H、Mの3つのベクトルが平行であるとすると、
B=μ0(H+M)=μH
したがって、
μ0M=(μ-μ0)H
一般に磁化強度Mと透磁率μの関数関係は下記の通りである:
M=M(T,V,H),μ=μ(T,V,H)
磁性液体の磁化強度Mが外部磁界強度Hに比例する線形磁化過程では、透磁率μは比容積vのみに依存し、磁界強度Hとは無関係である。
図1に示すように、具体的な実施において、高塔8電子装置の防雷保護装置であって、高塔8(すなわちフランクリン式避雷針)の頂部に取り付けられた耐高電圧の絶縁材料で構成された雷電荷絶縁バリア1、及び上記雷電荷絶縁バリア1の頂部に設けられた金属対地絶縁避雷器2を含む。対地絶縁避雷器2は雷電荷絶縁バリア1によって塔体と絶縁する。上記対地絶縁避雷器2は二重導体同軸ケーブル線3を介して近地上に取り付けられた雷インパルスエネルギー消費吸収装置4に接続される。雷インパルスエネルギー消費吸収装置4の他端は接地端に接続される。
Claims (9)
- 高塔電子装置の防雷保護装置であって、
雷電荷絶縁バリアと、対地絶縁避雷器と、雷インパルスエネルギー消費吸収装置と、二層導体同軸ケーブルと、を含み、
前記雷電荷絶縁バリアは、高電圧に耐える絶縁材料で構成され、高塔頂部に取り付けられ、
前記対地絶縁避雷器は、金属導体であり、前記雷電荷絶縁バリアの頂部に設けられ、且つ塔体と絶縁し、
前記雷インパルスエネルギー消費吸収装置は、コンデンサ極板、極性誘電体及び絶縁タンク容器を含み、前記絶縁タンク容器内の両側にコンデンサ極板が対称に取り付けられ、前記誘電体が絶縁タンク容器に充填され、誘電体における誘電材料分極効果の緩和特徴によって高周波パルス効果を生成し、さらに誘電体において双極子分極損失を生成して雷電界エネルギーを消費し、
前記二層導体同軸ケーブルは、前記対地絶縁避雷器と雷インパルスエネルギー消費吸収装置に接続され、対地絶縁避雷器における雷を雷インパルスエネルギー消費吸収装置に誘導し、前記雷インパルスエネルギー消費吸収装置の他端は接地端に接続される、ことを特徴とする高塔電子装置の防雷保護装置。 - 前記二層導体同軸ケーブルは内から外まで、内コア層導体、中間絶縁層、外コア層導体及び外層絶縁層という四層に分けられ、前記内部コア層導体の一端は対地絶縁避雷器の一端に接続され、他端は雷インパルスエネルギー消費吸収装置の一端に接続され、前記外コア層導体は接地端に接続される、ことを特徴とする請求項1に記載の高塔電子装置の防雷保護装置。
- 前記液相体は水、塩水、炭酸プロピレンの一種又は二種以上の組み合わせである、ことを特徴とする請求項4に記載の高塔電子装置の防雷保護装置。
- 前記固相粒子はチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸銅カルシウムの一種又は二種以上を混合してなり、
或いは前記固相粒子は、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸銅カルシウムのいずれか一種又は二種以上と、粘土、カオリン、石膏のうちの一種又は二種以上と、を混合してなる、ことを特徴とする請求項4に記載の高塔電子装置の防雷保護装置。 - 前記固相粒子と液相体との体積分率比は1:1~1:15である、ことを特徴とする請求項4に記載の高塔電子装置の防雷保護装置。
- 前記固相粒子はさらに、強磁性特性を有する材料を含み、磁性材料付きの誘電体は雷電場エネルギーを吸収することにより磁界エネルギーに変換し、且つ磁性流体の膨張又は圧力変化により電気エネルギーの吸収過程を実現する、ことを特徴とする請求項4に記載の高塔電子装置の防雷保護装置。
- 前記強磁性特徴を備える材料は、フェライト粉末、四酸化三鉄粉末、酒石酸カリウムナトリウム、リン酸二水素カリウムのうちの一種又は二種以上を混合してなる、ことを特徴とする請求項8に記載の高塔電子装置の防雷保護装置。
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