防地閃回擊保護裝置制造方法
【專利摘要】防地閃回擊保護裝置，主要由金屬球面電極1、阻抗變換器2、電荷儲集板3、阻抗抑制器4、支柱法蘭盤5組成；金屬球面電極1設(shè)置在阻抗變換器2的上方，電荷儲存板3設(shè)置在阻抗變換器2的下方，阻抗抑制器4設(shè)置在電荷儲集板3的下方，法蘭盤5設(shè)置在裝置的最下端，與阻抗抑制器4的外殼緊固連接；本裝置不會引起由高電位反擊而造成的雷電災(zāi)害，對接地電阻要求不高，有效地減少了傳統(tǒng)避雷針頻繁引雷入地而產(chǎn)生的地電位反擊、跨步電壓等嚴重問題，減少了從電源線、信號線、天線上的感應(yīng)雷，上行雷閃可減小繞擊雷和側(cè)擊雷的概率。
【專利說明】防地閃回擊保護裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子電氣設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及到一種直擊雷防護裝置。
技術(shù)背景
[0002]傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針是一種引雷入地的裝置，200多年來由于傳統(tǒng)避雷針的普及應(yīng)用，大大的減少了雷電對人、畜、物的直接傷害和破壞，但是隨著近幾十年微電子技術(shù)的快速發(fā)展，富蘭克林避雷針在實際應(yīng)用中顯露出它的一些局限性:
[0003]1、富蘭克林避雷針接閃時，強大的雷電流通過避雷針、引下線、接地裝置泄放入大地，這將會使整個泄流通道上產(chǎn)生很高的電位，當進入建筑物的各種管線(水管、煤氣管、電纜等)與泄流通道的距離達不到安全距離的要求時，泄流通道上的高電位會向附近的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生放電，引起由高電位反擊而造成的雷電災(zāi)害。
[0004]2、富蘭克林避雷針避雷針作為直擊雷保護裝置時，其接地電阻必須符合GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求。高山巖石等地質(zhì)環(huán)境非常惡劣的地區(qū)，土壤電阻率都很高，如需制作接地電阻符合規(guī)范要求的地網(wǎng)，往往投資非常巨大，接地電阻值卻未必滿意。在雷擊時，由于接地電阻偏大造成的地電位反擊損壞設(shè)備的現(xiàn)象非常嚴重。
[0005]3、雷電流泄放入地時，將會在地面產(chǎn)生很高的跨步電壓，跨步電壓將會對人、畜造成生命危害，嚴重時還可能斃命。
[0006]4、富蘭克林避雷針在接閃入地的過程中，強大的雷電流(數(shù)十千安?上百千安)以極快的速度(微秒級)沿避雷針及引下線進入地中的過程中，會產(chǎn)生強大的雷電電磁脈沖(LEMP)，雷電電磁脈沖對微電子設(shè)備是致命的，會造成更多的感應(yīng)雷擊損壞微電子設(shè)備的事故，特別是微電子設(shè)備相對集中的地方(如計算機系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、衛(wèi)星及微波通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)，電子導(dǎo)航系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)等等)，感應(yīng)雷擊對信息系統(tǒng)的安全構(gòu)成極大的威脅。另外，強大的雷電電磁脈沖(LEMP)容易引起局部的放電,將使油庫、液化氣庫、火藥庫等易燃、易爆場所發(fā)生起火甚至爆炸。
[0007]5、富蘭克林避雷針保護范圍不肯定，有繞擊和側(cè)擊發(fā)生。世界不少研究雷電的專家對避雷針能向其臨近建筑物提供多大的保護范圍作了系統(tǒng)的研究，得出的結(jié)論是對一根垂直傳統(tǒng)富蘭克林避雷針無法獲得一個十分肯定的安全保護區(qū)。避雷針在實際運行中的大量運行經(jīng)驗，也證明了避雷針保護范圍所存在的問題。
[0008]由于傳統(tǒng)富蘭克林避雷針在防雷中存在以上局限性，所以傳統(tǒng)避雷針特別不適合用來保護易燃、易爆環(huán)境及微電子設(shè)備等弱電系統(tǒng)設(shè)備，也不適合安裝在高土壤電阻率的地區(qū)。
[0009]四、實用新型內(nèi)容
[0010]發(fā)明目的:
[0011]本實用新型設(shè)計了一種防地閃回擊保護裝置，可與雷電的“梯級先導(dǎo)”相互作用，把被保護區(qū)域表面的感應(yīng)電荷及時地發(fā)散到空氣中，而在空氣中的電荷具有均勻化的趨勢，使得被保護物上方的電場強度和電流密度達不到擊穿空氣的數(shù)值，改變雷電的主放電渠道，有效防止在保護區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生地閃的“回擊”，使保護區(qū)內(nèi)不落直擊雷。
[0012]技術(shù)方案:
[0013]防地閃回擊保護裝置，主要由金屬球面電極、阻抗變換器、電荷儲集板、阻抗抑制器、法蘭盤組成；金屬球面電極設(shè)置在阻抗變換器的上方，電荷儲集板設(shè)置在阻抗變換器的下方，阻抗抑制器設(shè)置在電荷儲集板的下方，法蘭盤設(shè)置在裝置的最下端，與阻抗抑制器的外殼緊固連接。
[0014]上述防地閃回擊保護裝置，所述金屬球面電極、阻抗變換器、電荷儲集板、阻抗抑制器、法蘭盤相互之間通過螺桿、螺母固定連接。
[0015]上述防地閃回擊保護裝置，所述阻抗變換器是復(fù)合金屬氧化物半導(dǎo)體器件。
[0016]上述防地閃回擊保護裝置，所述阻抗抑制器是電感線圈。
[0017]有益效果
[0018]本防地閃回擊保護裝置有以下有益效果:
[0019]①由于本防地閃回擊保護裝置不接閃，沒有雷電流通過避雷針、引下線、接地裝置泄放入大地，避雷針、引下線、接地裝置上就不會產(chǎn)生高電位，也就不會引起由高電位反擊而造成的雷電災(zāi)害。
[0020]②在高土壤電阻率地區(qū)，若制作接地電阻值符合GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》要求的地網(wǎng)非常困難時，由于本裝置采用了用地電荷中和雷電下行先導(dǎo)的原理，接地的主要作用是為了向金屬球面電極沖填地電荷，故本裝置對接地電阻要求不高，接地電阻^ 10Ω即可，特殊情況可放寬到30 Ω。
[0021]③本裝置可有效防地閃回擊現(xiàn)象的發(fā)生，沒有強大的雷電流(數(shù)十千安~上百千安)通過接地裝置流入大地，只因金屬球面電極上的電荷通過空氣在電場的作用下向雷電先導(dǎo)溢出，電流僅為幾百毫安至幾百安培，因此有效地減少了傳統(tǒng)避雷針頻繁引雷入地而產(chǎn)生的地電位反擊、跨步電壓等嚴重問題。
[0022]④本裝置有效地大幅度減少雷電對地面的閃擊次數(shù)，相應(yīng)的大大減少了從電源線、信號線、天線上的感應(yīng)雷。
[0023]⑤本裝置采用了用上行先導(dǎo)去中和雷電下行先導(dǎo)的原理，由于雷云下行先導(dǎo)的分布不是“密集”分布，下行先導(dǎo)被中和以后不大可能就近出現(xiàn)新的下行先導(dǎo)，故其保護角較傳統(tǒng)避雷針大得多，可達到70°，冋時上彳丁雷閃可大大減小繞擊雷和側(cè)擊雷的概率。
[0024]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0025]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0026]圖2是阻抗變換器非線性伏安特性曲線圖，
[0027]圖3是防地閃回擊保護裝置使用狀態(tài)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，
[0028]圖4是雷云靜電感應(yīng)階段、裝載階段、阻斷階段、放電階段、結(jié)束階段的放電示意圖；
[0029]其中:1一金屬球面電極，2—阻抗變換器，3—電荷儲集板，4一阻抗抑制，5—法蘭盤，6-金屬球面電極的上球面，7-金屬球面電極的下底面；I 一泄漏區(qū)間，II 一箝位工作區(qū)域，III 一飽和區(qū)域；Rb-阻抗變換器；Cl-金屬球面電極與電荷儲集板之間的電容；L1—阻抗抑制器的電感；R1—引下線的阻抗；R2—地網(wǎng)的接地電阻?！揪唧w實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0031]實施例一:如圖1所示，防地閃回擊保護裝置由金屬球面電極1、阻抗變換器2、電荷儲集板3、阻抗抑制器4、法蘭盤5組成，金屬球面電極I設(shè)置在阻抗變換器2的上方，電荷儲集板3設(shè)置在阻抗變換器2的下方，阻抗抑制器4設(shè)置在電荷儲存板3的下方，法蘭盤5設(shè)置在裝置的最下端，與阻抗抑制器的外殼緊固連接。
[0032]上述實施例中金屬球面電極I的外表面包括金屬球面電極的上球面6和金屬球面電極的下底面7，使用時，金屬球面電極的上球面6在上,金屬球面電極的下底面7在下；金屬球面電極的下底面7與電荷儲集板3的上表面相對；
[0033]上述實施例中金屬球面電極1、阻抗變換器2、電荷儲集板3、阻抗抑制器4、法蘭盤5之間可采用焊接、粘接或其它機械連接方式固定在一起，但為了安裝、搬運、拆御方便，優(yōu)選相互之間通過螺桿、螺母等緊固件固定連接。
[0034]金屬球面電極1:由抗腐蝕鋁合金材料制成，為下方大地電荷提供一個聚集、釋放的區(qū)域，對其下方的被保護物起到一個保護傘的作用。
[0035]阻抗變換器2:在整個防直擊雷的過程中起高速開關(guān)的作用，當雷電先導(dǎo)被金屬球面電極吸引到其上方一定位置時，阻抗變換器快速由高阻狀態(tài)變換為低阻狀態(tài)，阻抗變換器下方的感應(yīng)電荷迅速聚集在金屬球面電極上，雷電先導(dǎo)與金屬球面電極之間電場強度繼續(xù)增大到接近擊穿空氣的臨界值時，阻抗變換器迅速由低阻狀態(tài)變換為高阻狀態(tài)，并釋放與雷電先導(dǎo)相反的電荷，中和雷電先導(dǎo)的異性電荷，有效地抑制地閃回擊的發(fā)生。
[0036]電荷儲集板3:選用不銹鋼材料制成，當被保護物的上方形成雷云時，電荷儲存板上將聚集與雷電先導(dǎo)極性相反的電荷，并與金屬球面電極的下端共同構(gòu)成電容的兩級，為阻抗變換器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換集聚能量。電荷儲集板也可以采用環(huán)狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但與金屬球面電極下端之間的電容值比電荷儲集板的板狀結(jié)構(gòu)小，電荷的儲集能力相對較弱。
[0037]阻抗抑制器4:是由電感線圈構(gòu)成。任何防雷措施都有可能失靈，當金屬球面電極和阻抗變換器失靈時，此時電荷儲集板可作為臨時接閃裝置，阻抗抑制器可以有效抑制雷電流的幅值，降低雷電流上升沿的陡度，同時減小感應(yīng)雷和高電位反擊的強度，減小由于泄放雷電流而造成的破壞。
[0038]法蘭盤5:由不銹鋼材料制成，主要起支撐和固定的作用。
[0039]根據(jù)國際電工委員會防雷小組(TC-81)副組長RICK GUMLEY先生的資料和實驗結(jié)果證明:①包圍尖端的電暈電荷會抑制該處的電場進一步提高；②在雷電電場強度達到約
3.0X103kV/m時，接地點產(chǎn)生每秒> I億個自由電子，接閃器才能啟動雪崩過程(產(chǎn)生最強的向上迎面流注與下行先導(dǎo)流注通道匯合形成主放電。)；③為使向上迎面流注在啟動后持續(xù)增長，接閃器與下行先導(dǎo)的空間電場強度必須> 200kV/m。
[0040]為了加強電場強度，研究了避雷針的結(jié)構(gòu)外形，即研究結(jié)構(gòu)外形與空間電場強度的關(guān)系。若空間電場強度為1，發(fā)現(xiàn)對于平坦表面為1:1，對于針尖為100:1?1000:1，為此提出最理想的接閃器形狀應(yīng)是介于平面與尖針之間，能力為15:1的近似球面。15:1意味當空間電場強度達到200 kV/m時，接閃器附近的電場強度約為3.0X IO3 kV/m。
[0041]本實用新型的金屬球面電極I即為球型接閃器，安裝在局部區(qū)域的最高點，接閃器在靜態(tài)時，能盡量減少包圍著接閃器球面的空間電荷，使接閃器球面表面電場相對平滑和電暈極小，以免影響雪崩啟動時電場強度增長的延誤，即向上迎面流注的發(fā)生時間，有效地把局部電荷密度減小到安全范圍之內(nèi)，干擾雷電先導(dǎo)繼續(xù)向保護區(qū)發(fā)展，阻止雷電在該區(qū)域主放電通道的形成，防止在保護區(qū)內(nèi)產(chǎn)生地閃的“回擊”現(xiàn)象，可使目標遭受直接雷擊的可能性大大降低。
[0042]本實用新型防地閃“回擊”的技術(shù)理論分析:(如圖3、圖4所示)
[0043]雷電先導(dǎo)接近地面上的防地閃回擊保護裝置時，使電荷往金屬球面電極I上聚集。雷電先導(dǎo)與大地之間的電場強度超過預(yù)定值時，阻抗變換器2在電場作用下變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，金屬球面電極I通過接地線與大地導(dǎo)通，金屬球面電極I上聚集大量與雷電先導(dǎo)極性相反的電荷，使得在被保護范圍內(nèi)雷電先導(dǎo)始終被金屬球面電極I所吸引，雷電先導(dǎo)進一步接近金屬球面電極I達到雷擊距離時(離地約5?50m左右)，可形成很強的地面大氣電場，使地面的正電荷向上運動，并產(chǎn)生從地面向上發(fā)展的正流光，這就是連接先導(dǎo)，連接先導(dǎo)大多發(fā)生于地面凸起物處。如果是傳統(tǒng)富蘭克林避雷針，“回擊”(當雷電先導(dǎo)與連接先導(dǎo)匯合，形成一股明亮的光柱，沿著雷電先導(dǎo)所形成的電離通道由地面高速沖向云中，這稱為回擊?；負舯壤纂娤葘?dǎo)明亮得多，回擊的傳播速度也比雷電先導(dǎo)的速度快得多，平均為5.0X 107m/s左右，變化范圍2.0X 107m/s?2.0 X 108m/s左右，回擊通道的直徑平均為幾厘米，其變化范圍為0.1?23cm，回擊具有較強的放電電流，峰值電流強度可達IO4A量級，因而發(fā)出耀眼的光亮)就會發(fā)生，雷電先導(dǎo)就會演變成雷擊。而此時，防地閃回擊保護裝置的阻抗變換器2在極短的時間內(nèi)突變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，金屬球面電極I上的電荷通過空氣在電場的作用下向雷電先導(dǎo)溢出，電流僅為幾百毫安至幾百安培，流過防地閃回擊保護裝置的阻抗變換器2的電流遠遠小于回擊電流，金屬球面電極I與雷云間的電場強度降低，有效阻止雷電先導(dǎo)的前進和發(fā)展，避免形成回擊。經(jīng)過以上過程后，金屬球面電極I與雷電先導(dǎo)又回到開始的狀態(tài)，準備好對雷電的下一次干預(yù)。在這一循環(huán)過程中，防地閃回擊保護裝置有效地抑制了云地之間雷電的演變。
[0044]為了說明本實用新型工作的物理過程，設(shè)定下列符號及意義:
[0045]Ej:金屬球面電極附近的電場強度；
[0046]Es:金屬球面電極與電荷儲集板之間的電場強度；
[0047]Ec:對應(yīng)于阻抗變換器導(dǎo)通狀態(tài)的電場強度；
[0048]Ecs:形成向上雷擊所需要的電場強度臨界值。
[0049]干預(yù)雷電先導(dǎo)演變發(fā)展為雷擊的工作過程可以劃分為五個階段:如圖4
[0050]第一階段:雷云靜電感應(yīng)階段。隨著向下發(fā)展的雷電先導(dǎo)接近金屬球面電極時，由于電場靜電感應(yīng)，可以在金屬球面電極和阻抗變換器的電極上富集成符號相反的電荷。此時Es < Ec，阻抗變換器呈高阻狀態(tài)，金屬球面電極可以看成是對地的電隔離體。
[0051]第二階段:裝載電荷階段。雷電先導(dǎo)進一步發(fā)展使Es > Ec (3kV?5kV/cm)，此時阻抗變換器導(dǎo)通成為導(dǎo)體，通過接地導(dǎo)線從地面向金屬球面電極裝載電荷。
[0052]第三階段:阻斷狀態(tài)。隨著雷電先導(dǎo)不斷接近金屬球面電極，在金屬球面電極附近的電場進一步增加，電荷的注入使阻抗變換器兩端的電場強度減弱，Es < Ec時，阻抗變換器變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。此時，金屬球面電極上電荷對其下面的物體起到“盾”的作用。
[0053]第四階段:放電階段。由于雷電先導(dǎo)始終在金屬球面電極附近，金屬球面電極附近的電場強度Ej繼續(xù)增高，達到接近Ecs值時，在金屬球面電極上方產(chǎn)生電暈放電。Ej繼續(xù)增高，當Ej ^ Ecs時，如果使用的是傳統(tǒng)避雷針，此時“回擊”發(fā)生，雷電先導(dǎo)就演變成雷擊。但是，由于阻抗變換器處于高阻狀態(tài)，在其作用下，“回擊”電流通路不暢通，只有小量的上升電子流形成，這種放電面向雷電先導(dǎo)下行的方向，其符號與雷電先導(dǎo)的符號相反，與雷電流發(fā)生中和作用，抑制回擊的發(fā)生。
[0054]第五階段:結(jié)束階段。該階段是防護干預(yù)的最后階段，此時雷電先導(dǎo)放電產(chǎn)生的電荷已經(jīng)消除，但Es還會再次增高，防地閃回擊保護裝置又開始前述的工作循環(huán)。因此，防地閃回擊保護裝置在每一次防護干預(yù)后又回復(fù)到原有的狀態(tài)，準備好下一次干預(yù)。
[0055]本實用新型主要設(shè)備結(jié)構(gòu)材料
[0056]考慮到安裝使用上的方便，本實用新型采用緊湊一體化設(shè)計。金屬球面電極I設(shè)置在阻抗變換器2的上方，電荷儲集板3設(shè)置在阻抗變換器2的下方，阻抗抑制器4設(shè)置在電荷儲集板3的下方，法蘭盤5設(shè)置在裝置的最下端，并計劃在引下線合理位置安裝雷電計數(shù)器，便于對雷擊情況進行智能監(jiān)測。
[0057]上述實施例工作原理:
[0058]雷電先導(dǎo)接近地面上的防地閃回擊保護裝置時，使電荷往金屬球面電極I上聚集。雷電先導(dǎo)與大地之間的電場強度超過預(yù)定值時，阻抗變換器2在電場作用下變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，金屬球面電極I通過接地線與大地導(dǎo)通，金屬球面電極I上聚集大量與雷電先導(dǎo)極性相反的電荷，使得在被保護范圍內(nèi)雷電先導(dǎo)始終被金屬球面電極I所吸引，雷電先導(dǎo)進一步接近金屬球面電極I達到雷擊距離時(離地約5~50m左右)，可形成很強的地面大氣電場，使地面的正電荷向上運動，并產(chǎn)生從地面向上發(fā)展的正流光，這就是連接先導(dǎo)，連接先導(dǎo)大多發(fā)生于地面凸起物處。如果是傳統(tǒng)富蘭克林避雷針，“回擊”(當雷電先導(dǎo)與連接先導(dǎo)匯合，形成一股明亮的光柱，沿著雷電先導(dǎo)所形成的電離通道由地面高速沖向云中，這稱為回擊。回擊比雷電先導(dǎo)明亮得多，回擊的傳播速度也比雷電先導(dǎo)的速度快得多，平均為5.0X 107m/s左右，變化范圍2.0X 107m/s~2.0 X 108m/s左右，回擊通道的直徑平均為幾厘米，其變化范圍為0.1~23cm，回擊具有較強的放電電流，峰值電流強度可達IO4A量級，因而發(fā)出耀眼的光亮)就會發(fā)生，雷電先導(dǎo)就會演變成雷擊。而此時，防地閃回擊保護裝置的阻抗變換器2在極短的時間內(nèi)突變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，金屬球面電極I上的電荷通過空氣在電場的作用下向雷電先導(dǎo)溢出，電流僅為幾百毫安至幾百安培，流過防閃電回擊保護裝置的阻抗變換器2的電流遠遠小于回擊電流，金屬球面電極I與雷云間的電場強度降低，有效阻止雷電先導(dǎo)的前進和發(fā)展，避免形成回擊。經(jīng)過以上過程后，金屬球面電極I與雷電先導(dǎo)又回到開始的狀態(tài)，準備好對雷電的下一次干預(yù)。在這一循環(huán)過程中，防地閃回擊保護裝置有效地抑制了云地之間雷電的演變。
[0059]主要技術(shù)參數(shù)
[0060]①標稱電壓:5kV
[0061]阻抗變換器在電場作用下出現(xiàn)IA電流時阻抗變換器兩端的電壓。
[0062]②標稱放電電流:5kA
[0063]雷云對地的電場在金屬球面電極和電荷儲集板之間感應(yīng)的電壓在IOkV左右時阻抗變換器的放電電流，即開始向金屬球面電極裝載電荷的電流。
[0064]③最大放電電流:100kA [0065]允許通過阻抗變換器的最大脈沖(峰值)電流值。[0066]④能量吸收能力:15kJ/ kV
[0067]阻抗變換器通過電流時能夠承受的電能。
[0068]⑤保護角:50°?70°
[0069]阻抗變換器工作原理:
[0070]阻抗變換器主要材料是以氧化鋅為主的復(fù)合金屬氧化物半導(dǎo)體元件，經(jīng)過成型、高溫燒結(jié)、表面處理等復(fù)雜工藝制成，是利用金屬氧化物半導(dǎo)體材料的非線性伏安特性的一種電壓敏感元件。當外加電壓較低時，流過阻抗變換器的電流很小，阻抗變換器呈高阻狀態(tài)；當外加電壓達到或超過標稱電壓Uc時，阻抗變換器的阻值急劇下降并迅速導(dǎo)通，其工作電流會增加幾個數(shù)量級，動作時間為納秒級。
[0071]圖2給出了阻抗變換器的伏安特性曲線，它是一條非線性曲線，在10_8?IO4 A的電流范圍內(nèi)大致可劃分為三個區(qū)間。
[0072]圖中所示區(qū)間1:區(qū)間I稱為泄漏區(qū)間，在這個區(qū)間內(nèi)，阻抗變換器中的電流很小，呈現(xiàn)出近似開路的高阻狀態(tài)，對應(yīng)于一個小于1.8 kV/cm的電場強度。
[0073]圖中所示區(qū)間I1:區(qū)間II稱為箝位工作區(qū)域，在這個區(qū)間內(nèi)，在10_3?IO4 A的電流范圍內(nèi)十分平坦，阻抗變換器中的電流大，動態(tài)電阻很小，呈現(xiàn)出近似導(dǎo)通的低阻狀態(tài)。
[0074]圖中所示區(qū)間II1:區(qū)間III稱為飽和區(qū)域，在這個區(qū)間內(nèi)，阻抗變換器的伏安特性曲線從原來的箝位工作區(qū)域的平坦狀態(tài)陡然上翹，動態(tài)電阻迅速增大，此時阻抗變換器的固有電阻開始起支配作用。
[0075]上述實施例的有益效果:本防地閃回擊保護裝置主要解決了富蘭克林避雷針5個方面的不足:1、富蘭克林避雷針接閃時，強大的雷電流通過避雷針、引下線、接地裝置泄放入大地，這將會使整個泄流通道上產(chǎn)生很高的電位，當進入建筑物的各種管線(水管、煤氣管、電纜等)與泄流通道的距離達不到安全距離的要求時，泄流通道上的高電位會向附近的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生放電，引起由高電位反擊而造成的雷電災(zāi)害。2、富蘭克林避雷針避雷針作為直擊雷保護裝置時，其接地電阻必須符合GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求。高山巖石等地質(zhì)環(huán)境非常惡劣的地區(qū)，土壤電阻率都很高，如需制作接地電阻符合規(guī)范要求的地網(wǎng)，往往投資非常巨大，接地電阻值卻未必滿意。在雷擊時，由于接地電阻偏大造成的地電位反擊損壞設(shè)備的現(xiàn)象非常嚴重。3、雷電流泄放入地時，將會在地面產(chǎn)生很高的跨步電壓，跨步電壓將會對人、畜造成生命危害，嚴重時還可能斃命。4、富蘭克林避雷針在接閃入地的過程中，強大的雷電流(數(shù)十千安?上百千安)以極快的速度(微秒級)沿避雷針及引下線進入地中的過程中，會產(chǎn)生強大的雷電電磁脈沖(LEMP)，雷電電磁脈沖對微電子設(shè)備是致命的，會造成更多的感應(yīng)雷擊損壞微電子設(shè)備的事故，特別是微電子設(shè)備相對集中的地方(如計算機系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、衛(wèi)星及微波通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)，電子導(dǎo)航系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)等等)，感應(yīng)雷擊對信息系統(tǒng)設(shè)備的安全構(gòu)成極大的威脅。另外，強大的雷電電磁脈沖(LEMP)容易引起局部的放電，將使油庫、液化氣庫、火藥庫等易燃、易爆場所發(fā)生起火甚至爆炸。5、富蘭克林避雷針保護范圍不肯定，有繞擊和側(cè)擊發(fā)生。世界不少研究雷電的專家對避雷針能向其臨近建筑物提供多大的保護范圍作了系統(tǒng)的研究，得出的結(jié)論是對一根垂直傳統(tǒng)富蘭克林避雷針無法獲得一個十分肯定的安全保護區(qū)。避雷針在實際運行中的大量運行經(jīng)驗，也證明了避雷針保護范圍所存在的問題。
【權(quán)利要求】
1.防地閃回擊保護裝置，其特征在于:主要由金屬球面電極(I)、阻抗變換器(2)、電荷儲集板(3)、阻抗抑制器(4)、法蘭盤(5)組成；金屬球面電極(I)設(shè)置在阻抗變換器(2)的上方，電荷儲集板(3 )設(shè)置在阻抗變換器(2 )的下方，阻抗抑制器(4 )設(shè)置在電荷儲集板(3 )的下方，法蘭盤(5)設(shè)置在裝置的最下端，與阻抗抑制器(4)的外殼緊固連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防地閃回擊保護裝置，其特征在于:所述金屬球面電極(I)、阻抗變換器(2)、電荷儲集板(3)、阻抗抑制器(4)、法蘭盤(5)相互之間通過螺桿、螺母固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防地閃回擊保護裝置，其特征在于:所述阻抗變換器(2)是復(fù)合金屬氧化物半導(dǎo)體器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防地閃回擊保護裝置，其特征在于:所述阻抗抑制器(4)是電感線圈。
【文檔編號】H01T19/00GK203722054SQ201420092915
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】孫建中, 鄭軍, 都明, 羅勇, 熊書軍, 孫勇 申請人:四川省奧凌通信工程有限責任公司