PT89173B

PT89173B - Aperfeicoamentos nos dispositivos de proteccao contra os raios

Info

Publication number: PT89173B
Application number: PT8917388A
Authority: PT
Original assignee: Lewiner Jacques; Hennion Claude; Smycz Eugeniusz
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1994-01-31
Also published as: EP0320358A1; FR2624319A1; DE3886017D1; PT89173A; FR2624319B1; ES2047042T3; EP0320358B1

Description

APERFEIÇOAMENTOS NOS DISPOSITIVOS DE PROTECÇÃO CONTRA OS RAIOS

Para proteger os edifícios contra os raios são conhecidos os pára-raios, aparelhos constituídos por uma ponta ou haste metálica colocada verticalmente no topo dos edifícios a proteger e ligada ao solo.

Para aumentar a eficácia destes aparelhos, foi proposto que os mesmos emitam iões em tempo de tempestade, o que reforça o seu poder de atracção do raio, criando no espaço aéreo caminhos privilegiados para este.

Para afastar a obrigação de prever uma alimentação eléctrica especial para estes emissores de iões, foi já previsto colocar uma fonte radioactiva na vizinhança da haste, mas uma tal fórmula apresenta o inconveniente de disseminar na natureza fontes potencialmente perigosas.

Com a mesma finalidade, foi igualmente previsto produzir os iões por descarga eléctrica de elementos piezoeléctricos solicitados mecanicamente pelos ventos de tempestade, mas estes elementos e os seus suportes são frágeis e caros e o seu funcionamento supõe que soprem ventos suficientemente fortes.

Ainda com a finalidade indicada, foi previsto assegurar a alimentação eléctrica dos emissores de iões a partir do potencial electrostático naturalmente criado quando das tempestades entre o solo e as nuvens, recorrendo-se para este efeito a órgãos de tomada de potencial atmosférico. Estes órgãos ocupam muito espaço e são pouco estéticos.

A presente invenção tem igualmente por objecto suprimir, pelo menos em parte, o recurso a uma fonte de alimentação eléctrica permanente para a emissão dos iões e, para esse efeito, explorar um dos fenómenos que se manifestam naturalmente em tempo de tempestade.

fenómeno aqui explorado é a emissão de ondas electromagnéticas de frequência elevada pelos traçadores ionizados que são, por sua vez, formados nas nuvens ou perto do solo e que são susceptíveis de encaminhar o raio.

Os requerentes verificaram com efeito que estas ondas, que se propagam com a velocidade da luz, chegavam ao nível do aparelho de protecção muito antes que os próprios traçadores, os quais se apresentam sob a forma de plasmas que se propagam a cerca de 100 Km/s, e suficientemente em avanço para que a sua exploração imediata possa traduzir-se pela emissão iónica desejada no tempo pretendido, isto é, precisamente antes da queda do raio encaminhado pelos referidos traçadores na proximidade do aparelho.

Para explorar esta observação, os aparelhos de protecção contra o raio segundo a presente invenção compreendem ainda meios para provocar emissões de iões na proximidade imediata de uma ponta metálica ou análoga ligada à terra e são essencialmente caracterizados por compreenderem além disso uma sonda própria para detectar as ondas electromagnéticas de frequência superior a 100 KHz emitidas pelos traçadores e para transformar estas ondas na alta tensão necessária para a emissão iónica.

Em formas de realização preferidas, recorre-se além disso a uma e/ou outra das seguintes disposições:

- a sonda compreende como órgão de entrada uma bobina que apresenta um grande número de espiras, número compreendido em particular entre 5 000 e 20 000, enroladas em torno de um núcleo de

permeabilidade magnética elevada, nomeadamente de preferência superior a 500,

- a sonda compreende como órgão de entrada um condensador com eléctrodos paralelos e próximos, cuja capacidade é superior a 50 pF,

- o órgão de entrada da sonda está ligado directamente a um eléctrodo de descarga próprio para gerar iões ha vizinhança da ponta, desde que ela seja alimentada com uma tensão elevada, designadamente superior a 3 K⁵/,

- a sonda compreende, como órgão de entrada, uma bobina que apresenta um número de espiras compreendido entre 50 e 500, espiras enroladas em torno de um núcleo de permeabilidade magnética elevada, designadamente de preferência superior a 500, e, sucessivamente, depois do seu órgão de entrada, um condensador montado em derivação neste órgão de maneira a ser carregado pela saída deste último através de um rectificador, um comparador disposto de modo a fornecer uma tensão contínua U desde que a tensão V gerada nos terminais do condensador ultrapasse um limiar pré-determinado V , um oscilador s

disparado pela tensão U, um interruptor electrónico excitado pela saída deste oscilador e montado em série com o primário de um autotransformador, e um eléctrodo de descarga montado em série com o secundário do autotransformador, eléctrodo de descarga próprio para produzir electrões na vizinhança da ponta, desde que seja alimentado com uma alta tensão, em especial superior a 3 KV,

- na sonda segundo a alínea anterior, o oscilador é alimentado pela tensão U,

- na sonda segundo a penúltima alínea, o oscilador é alimentado por uma fonte eléctrica permanente.

A presente invenção compreende, pondo de parte estas dispo

sições principais, certas outras disposições, que se utilizam de preferência ao mesmo tempo e que serão consideradas mais explicitamente mais adiante.

No que se segue, vão descrever-se modos de realização segundo a presente invenção, com referência ao desenho anexo, de uma maneira evidentemente não limitativa. As figuras dos desenhos representam:

A fig. 1, o princípio de funcionamento de um aparelho de protecção contra o raio segundo a presente invenção.

A fig. 2, o esquema de uma primeira forma de realização de um tal aparelho.

A fig. 3, o esquema de uma segunda forma de realização de um tal aparelho; e

A fig. 4, a forma das tensões desenvolvidas respectivamente em vários pontos do aparelho esquematizado na fig. 3·

Na fig. 1, vê-se uma ponta metálica (1) disposta verticalmente a partir do topo de um edifício (2) e ligada à terra por um condutor (3)·

Na proximidade da extremidade da ponta (1) encontra-se um eléctrodo de descarga (4) apropriado para gerar iões (5) quando for alimentada por uma tensão elevada, geralmente superior a 3 KV.

Este eléctrodo de descarga (4) está por sua vez ligado a uma sonda (6) por intermédio de um circuito (7) de ligação e/ou de tratamento, ao qual voltaremos mais adiante.’

As nuvens que se formam por cima do edifício (2) era tempo de tempestade são visíveis em (8).

Quando se produzem descargas eléctricas num ponto (0) destas nuvens (8), pode considerar-se em primeira aproximação que estas descargas se traduzem pela criação de um traçador (9) que se

- 5 apresenta sob a forma de um plasma de partículas ionizadas que emitem uma radiação electromagnética intensa, numa gama de frequências muito larga (compreendida entre 1 KHz e 100 MHz) e propagando-se a uma velocidade relativamente pequena, em média da ordem de 100 Km/s, propagando-se a radiação ou onda electromagnética (10) de alta frequência emitida pelo traçador, por sua vez, com a velocidade da luz (cerca de 300 000 Km/s).

Tendo em conta esta diferença de velocidades, a onda em questão chega â sonda (6) antes de o traçador poder atingi-la; assim, se o ponto (0) estiver a 1 000 m da sonda (6), o atraso entre as chegadas sucessivas da onda do traçador ao nível da sonda é da ordem dos 10 ms.

Há pois a este nível um atraso não desprezável entre o instante em que é anunciada a chegada do raio e o instante desta chegada efectiva.

É este atraso que se explora segundo a presente invenção para provocar imediatamente a emissão dos iões susceptíveis de encaminhar correcbamente o raio para a ponta (1) quando ele chega à proximidade desta ponta.

Para este efeito, as ondas electromagnéticas (10), de frequência superior a 100 KHz, são detectadas e exploradas para gerar a alta tensão necessária para a emissão dos iões.

aparelho ou sonda destinado a esta exploração compreende uma antena, ou órgão de entrada (11), sensível às ondas indicadas, as quais geram um campo electromagnético de alta frequência correspondente a tensões eléctricas da ordem de alguns volts.

Este órgão de entrada (11) é em especial uma bobina que compreende um grande número de espiras enroladas em torno de um núcleo de permeabilidade magnética elevada.

número das espiras está de preferência compreendido entre

000 e 20 000, sendo por exemplo da ordem de 10 000, enquanto a permeabilidade do núcleo, cuja secção transversal é por exemplo da ordem de 1 cm^, é superior a 1 000, sendo este núcleo nomeadamente formado por ferrite.

referido órgão de entrada (11) poderia igualmente ser constituído por um condensador apresentando dois eléctrodos paralelos e próximos um do outro, sendo o seu afastamento nomeadamente da ordem de 1 a 100 mm, o que produz capacidades da ordem de 50 pF a 50 nF, de preferência da ordem de alguns nF.

Se a energia recolhida pelo órgão de entrada (11) for suficiente para gerar uma tensão eléctrica superior a 3 KV, este órgão pode ser ligado directamente ao eléctrodo de descarga (4) como está esquematizado na fig. 2.

Em formas de realização mais elaboradas, esquematizadas na fig. 3, um circuito electrónico (7) de tratamento está interposto entre o órgão de entrada (11) e o eléctrodo de descarga (4).

órgão de entrada (11) é nomeadamente uma bobina que apresenta um numero de espiras compreendido entre 50 e 500, enroladas em torno de um núcleo de permeabilidade magnética elevada, nomeadamente de preferência superior a 500, e de secção transversal recta o

da ordem de 1 cm , sendo nomeadamente esse núcleo feito de ferrite.

circuito (7) contém sucessivamente:

- um rectificador (12),

- um condensador (13), montado em derivação de modo a ser carregado progressivamente pela saída do órgão de entrada (11), rectificada em (12),

- um comparador (14), com uma entrada ligada aos terminais do condensador (13), disposto de modo a comparar a tensão V desenI * volvida nos terminais deste condensador com uma tensão de limiar V s

definida por um díodo de Zener (15),

- um oscilador (16) ligado à saída do comparador (14), e

- um interruptor electrónico (17) excitado pela saída do oscilador (16) e montado em série com o primário (18) de um autotransformador cujo secundário (19) está ligado ao eléctrodo de descarga (4).

A relação de transformação do autotransformador (18,19) está vantajosamente compreendida entre 4 e 20, sendo por exemplo igual a 5·

O funcionamento deste circuito é o seguinte:

Desde que a tensão V desenvolvida nos terminais do condensador (13) ultrapasse o limiar V , o comparador (14) fornece na sua O saída (A) uma tensão contínua U (ver a fig. 4) apropriada para disparar o oscilador (16), que fornece então na sua saída (B) um trem de impulsos de tensão W a uma frequência F, que é por exemplo da ordem de 10 KHz ou superior, correspondendo então cada período a um deslocamento do traçador da ordem de 10 m ou menos.

Este trem de impulsos W comanda alternadamente a abertura e o fecho do interruptor (17), o que desenvolve nos terminais do primário (18)/ponto (C) na fig. 3_7 ^um trem de impulsos X, cada um dos quais apresenta um pico (P).

A estes impulsos X correspondem nos terminais do secundário (19) impulsos de tensão Y, cada um dos quais inclui um pico (R), cuja amplitude é muito elevada: esta amplitude pode facilmente atingir ou mesmo ultrapassar 10 KV e corresponde à sucessão destes picos uma emissão crónica de iões (5), na extremidade da ponta (1), ao ritmo da frequência F.

No modo de realização esquematizado na fig. 3, a tensão de alimentação do circuito é retirada directamente do condensador (15), o qual armazena permanentemente a energia captada pela antena (11), energia que é retirada da radiação electromagnética (10).

Segundo uma variante, a tensão de alimentação é gerada por uma fonte permanente, tal como a pilha (20) representada a traço e ponto na fig. 3; neste caso, é necessário suprimir do esquema da referida figura o troço de fio vertical designado na mesma pela referência (T).

Os circuitos electrónicos do comparador e do oscilador (16) foram representados esquematicamente na fig. 3, mas não foram pormenorizados pelo facto de serem já conhecidos pelos técnicos.

Notar-se-á, no entanto, que o esquema adoptado para o oscilador (16) corresponde a uma realização extremamente simples, que consome muito pouca corrente, e susceptível de ser realizado, tal como aliás o comparador (14), com o auxílio de componentes semicondutores do tipo C MOS.

Por conseguinte, e qualquer que seja a forma de realização adoptada, dispõe-se finalmente de aparelhos de protecção contra o raio cuja constituição, funcionamento e vantagens resultam suficientemente do exposto.

É evidente, como resulta aliás do que antecedeu, que a invenção não se limita de modo nenhum aos seus modos de realização e de aplicação que foram especialmente encarados; pelo contrário, abrange todas as variantes.

Claims

Reivindicações

1. - Dispositivo de protecção contra os raios, que compreende uma ponta metálica ou similar (1) , disposta verticalmente e ligada à terra, e meios (4) para provocar emissões de iões (5) na proximidade imediata da ponta, caracterizado por compreender ainda uma sonda (6,7) apropriada para detectar as ondas electromaanéticas (10) de frequência superior a 100 KHz emitidas por traçadores (9) e para transformar estas ondas na alta tensão necessária para a emissão iónica.
2. - Dispositivo de protecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a sua sonda (6,7) compreender, como õrqão de entrada (11), uma bobina que apresenta um grande número de espiras enroladas em torno de um núcleo de permeabilidade magnética ele-

-10vada .
3. - Dispositivo de protecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a sua sonda (6,7) compreender, como órgão de entrada, um condensador de eléctrodos paralelos e próximos um do outro, cuja capacidade é superior a 50 pF.
4. - Dispositivo de protecção de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o órgão de entrada (11) da sonda estar directamente ligado a um eléctrodo de déscarga (4) apropriado para gerar iões na vizinhança da ponta (1) desde que a mesma seja alimentada com uma tensão elevada.
5. - Dispositivo de protecção de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a sonda compreender, como órgão de entrada (11), uma bobina que apresenta um número de espiras compreendido entre 50 e 500, enroladas em torno de um núcleo de permeabilidade magnética elevada, nomeadamente de preferência superior a 500, e sucessivamente, depois do seu órgão de entrada (11), um condensador (13), montado em derivação com este órgão de modo a ser carregado pela saída deste último através de um rectificador (12) , um comparador (14) disposto de modo a fornecer uma tensão contínua U desde que a tensão V ,desenvolvida nos terminais do s

condensador ultrapasse um limiar pré-determinado V um oscilador (16) disparado pela tensão U , um interruptor electrónico (17)

-11excitado pela saída deste oscilador e montado em série com o primário (18) de um autotransformador, e um eléctrodo de descarga (4) montado em série com o .secundário (19) do autotransformador, sendo o eléctrodo de descarga apropriado para gerar iões na vizinhança da ponta (1) desde que seja alimentado com uma tensão elevada.
6. - Dispositivo de protecção de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o oscilador (16) ser alimentado pela tensão V.
7. - Dispositivo de protecção de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o oscilador (16) ser alimentado por uma fonte eléctrica permanente (20),