本實(shí)用新型涉及一種避雷裝置,具體地說(shuō),是涉及一種壓控感應(yīng)場(chǎng)致等離子發(fā)射式避雷裝置。
背景技術(shù):
在避雷技術(shù)領(lǐng)域中,多年來(lái)各類(lèi)防雷標(biāo)準(zhǔn)中一直沿用富蘭克林接閃器作為直擊雷防護(hù)裝置,其基本原理是用高于被保護(hù)物體的金屬導(dǎo)體接閃雷電,并經(jīng)過(guò)引下線和接地裝置將雷電流泄放至大地。此種方法常常在被保護(hù)物近端引雷入地,由于瞬間電流過(guò)大,一般為200kA左右,產(chǎn)生的近端強(qiáng)電磁輻射、感應(yīng)過(guò)電壓、地電位反擊等負(fù)面因素,對(duì)微電子設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)造成易受雷擊危害的嚴(yán)重影響。
由于微電子設(shè)備的迅猛發(fā)展,設(shè)備對(duì)過(guò)電壓保護(hù)的要求越來(lái)越高,富蘭克林接閃器引雷的特點(diǎn)已經(jīng)不能滿足新的需要。前人在單針接閃器的基礎(chǔ)上研制出了消散陣列多針消雷技術(shù),利用金屬針的尖端電暈放電產(chǎn)生等離子體消散雷云感應(yīng)電荷,但由于產(chǎn)生的等離子體濃度不足,消散電流很小,約百微安級(jí),因此容易造成消雷失敗。
近年來(lái),由于新的電源逆變?cè)漠a(chǎn)生,前人又利用外接電源通過(guò)IGBT等元器件逆變的方式制造人造高壓,并在介質(zhì)阻擋電極中產(chǎn)生等離子體向外空間發(fā)散的方式消除直擊雷,但由于設(shè)備需要外接電源、元器件在惡劣環(huán)境中使用壽命降低等因素,導(dǎo)致設(shè)備體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受外界環(huán)境影響大,不利于工程應(yīng)用和推廣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的在于提供一種壓控感應(yīng)場(chǎng)致等離子發(fā)射式避雷裝置,解決現(xiàn)有技術(shù)中普通避雷接閃器裝置直接引雷入地,消散整列消雷器消散電流小,以及有源等離子避雷裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、容易受外界環(huán)境影響的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
壓控感應(yīng)場(chǎng)致等離子發(fā)射式避雷裝置,包括從上至下依次連接的上層極化電極層、中層極化電極、等離子感應(yīng)發(fā)射層和設(shè)備基座;其中,所述上層極化電極層包括相互連接的上層極化電極和上層壓控單元,所述中層極化電極連接在所述上層壓控單元上,所述等離子感應(yīng)發(fā)射層包括分別與所述中層極化電極連接的下層壓控單元、納米電極上陰極間隙和納米電極下陰極間隙,且該納米電極上陰極間隙與納米電極下陰極間隙結(jié)構(gòu)相同,均包括由表面納米材料處理的陰極棒和陽(yáng)電極溝道結(jié)構(gòu);在所述基座的底部還設(shè)置有接地端。
進(jìn)一步地,所述上層壓控單元包括與所述上層極化電極連接的第一壓控可變電阻器,和與該第一壓控可變電阻器連接的第一密閉陶瓷放電管。
再進(jìn)一步地,所述下層壓控單元包括與所述中層極化電極連接的第二壓控可變電阻器,和與該第二壓控可變電阻器連接的第二密閉陶瓷放電管;該第二密閉陶瓷放電管與設(shè)備基座連接。
優(yōu)選地,所述上層極化電極為橢球形。
優(yōu)選地,所述中層極化電極為扁球狀,且其外弧面均勻分布有消雷陣列式長(zhǎng)、短多針尖端。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型具有以下有益效果:
(1)本實(shí)用新型中的避雷設(shè)備置于被保護(hù)物外部雷云電場(chǎng)強(qiáng)感應(yīng)點(diǎn),既利用了多針電極結(jié)構(gòu)場(chǎng)致電子發(fā)射先驅(qū)放電產(chǎn)生的微小電流溢出衰減場(chǎng)強(qiáng),避免了雷云電場(chǎng)直接擊穿放電在上層電極上產(chǎn)生雷擊大電流的風(fēng)險(xiǎn),又通過(guò)極化電極的場(chǎng)致等離子發(fā)射產(chǎn)生的大量等離子體,向外部空間膨脹擴(kuò)散溢出,在外界雷云電場(chǎng)的作用下帶電粒子分層中和雷云上行先導(dǎo)激發(fā)電場(chǎng),衰減和消除上行先導(dǎo),在被保護(hù)物區(qū)域屏蔽雷云電場(chǎng),大大減少了傳統(tǒng)避雷針將直擊雷電流引入地下對(duì)保護(hù)物內(nèi)設(shè)備造成各種過(guò)電壓危害的概率。
(2)本實(shí)用新型不需要外接電源,通過(guò)設(shè)備自行感應(yīng)雷云電場(chǎng)提供設(shè)備所需能量;外型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷、可靠、重量輕,配有基座安裝法蘭,方便施工人員施工。
(3)本實(shí)用新型中的避雷裝置在工程應(yīng)用中需要可靠接地,但由于設(shè)備原理不是通過(guò)引雷入地實(shí)現(xiàn)防雷,對(duì)設(shè)備地網(wǎng)的接地電阻要求較低,可以利用建筑物自然接地體實(shí)現(xiàn)設(shè)備有效接地。
(4)本實(shí)用新型中的避雷裝置,在雷云電場(chǎng)的作用下向外界空氣中大量溢出等離子體,高能等離子體的膨脹特性使得其具有很大的表面積,并在避雷裝置周?chē)l(fā)散,有利于避免雷云對(duì)被保護(hù)物體繞擊的發(fā)生。
(5)本實(shí)用新型中的避雷裝置,不采用引雷入地實(shí)現(xiàn)防雷,特別適合于高山通信基站、雷達(dá)站、通信臺(tái)、廣播電視發(fā)射臺(tái)等高土壤電阻率區(qū)域建筑物和微電子設(shè)備的雷電防護(hù)需求。
(6)本實(shí)用新型中的避雷裝置,通過(guò)壓控單元控制各極化電極間隙兩端的電壓,從而與電極間隙配合,形成穩(wěn)定的場(chǎng)致等離子發(fā)射環(huán)境,產(chǎn)生高濃度等離子體。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。
圖2為本實(shí)用新型中納米電極上陰極間隙與納米電極下陰極間隙的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
1-陰極棒,2-絕緣墊塊,3-陽(yáng)電極溝道結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明,本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
如圖1所示,本實(shí)用新型公開(kāi)的壓控感應(yīng)場(chǎng)致等離子發(fā)射式避雷裝置,包括從上至下依次連接的上層極化電極層、中層極化電極、等離子感應(yīng)發(fā)射層和設(shè)備基座;其中,所述上層極化電極層包括相互連接的上層極化電極和上層壓控單元,所述中層極化電極連接在所述上層壓控單元上,所述等離子感應(yīng)發(fā)射層包括分別與所述中層極化電極連接的下層壓控單元、納米電極上陰極間隙和納米電極下陰極間隙,且該納米電極上陰極間隙與納米電極下陰極間隙結(jié)構(gòu)相同,均包括由表面納米材料處理的陰極棒和陽(yáng)電極溝道結(jié)構(gòu);在所述基座的底部還設(shè)置有接地端。從圖2中可以看出,絕緣墊塊均勻地間隙分布于陰極棒的周向上,通過(guò)相鄰絕緣墊塊和陰極棒配合,便形成了多個(gè)陽(yáng)電極溝道結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地,所述上層壓控單元包括與所述上層極化電極連接的第一壓控可變電阻器,和與該第一壓控可變電阻器連接的第一密閉陶瓷放電管。
再進(jìn)一步地,所述下層壓控單元包括與所述中層極化電極連接的第二壓控可變電阻器,和與該第二壓控可變電阻器連接的第二密閉陶瓷放電管;該第二密閉放電裝置與設(shè)備基座連接。
本實(shí)用新型整體安裝于被保護(hù)物體的上空無(wú)遮擋的開(kāi)放式空間中。當(dāng)被保護(hù)物體上空由于空氣強(qiáng)對(duì)流產(chǎn)生的氣體帶負(fù)電荷與地面形成的電場(chǎng)達(dá)到相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度值(約20kV/m)時(shí),在外電場(chǎng)的作用下上層極化電極、中層極化電極、納米電極上陰極間隙都分別感應(yīng)出上正下負(fù)的電荷,中層極化電極和納米電極上陰極間隙通過(guò)良導(dǎo)體連通其感應(yīng)電荷分別向兩端轉(zhuǎn)移,且上層極化電極、中層極化電極、納米電極上陰極間隙各電極間隙之間是上、下串聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),正、負(fù)電極間通過(guò)第一壓控單元和第二壓控單元將極間電位差限制在可控范圍,當(dāng)外界雷云電場(chǎng)突然增大時(shí)各間隙電極之間的電位差可控。同理當(dāng)雷云氣體帶正電荷時(shí),在外電場(chǎng)作用下,上層極化電極、中層極化電極和納米電極下陰極間隙各電極間隙之間感應(yīng)出電位差,并通過(guò)第一壓控單元和第二壓控單元限制極間電位差。中層極化電極、納米電極上陰極間隙、納米電極下陰極間隙、設(shè)備基座之間設(shè)計(jì)的納米材料電極間隙,在外電場(chǎng)的作用下感應(yīng)出電位差,由于間隙電極之間的電場(chǎng)比外界雷云電場(chǎng)放大數(shù)百倍(以雷云外電場(chǎng)20kV/m為例),感應(yīng)在間隙電極之間的電場(chǎng)達(dá)到納米材料場(chǎng)致發(fā)射開(kāi)啟電場(chǎng)約103kV/m水平,納米材料電極內(nèi)電子突破勢(shì)壘向極外發(fā)射與空間中氣體分子碰撞,從而使表面氣體分子等離子體化;高能等離子體團(tuán)有向外表面膨脹的特性,通過(guò)特殊的電極溝道向外界溢出,并在外界雷云電場(chǎng)的作用下與上、中層場(chǎng)致電子發(fā)射的電荷產(chǎn)生復(fù)合,發(fā)散上層極化電極的雷云感應(yīng)電荷、降低空間電場(chǎng)強(qiáng)度,抑制上行雷電先導(dǎo),從而屏蔽和消除雷云對(duì)避雷裝置的電壓擊穿放電,對(duì)避雷裝置保護(hù)范圍內(nèi)的物體實(shí)現(xiàn)直擊雷防護(hù)的要求。
優(yōu)選地,所述上層極化電極為橢球形;所述中層極化電極為扁球狀,且其外弧面均勻分布有消雷陣列式長(zhǎng)、短多針尖端。中層極化電極上的消雷陣列式長(zhǎng)、短多針尖端的功能在于:在雷云電場(chǎng)作用下形成類(lèi)尖端電暈放電的場(chǎng)致電子發(fā)射。
上層壓控單元和下層壓控單元,其特性為靜態(tài)電阻超過(guò)10G歐姆,類(lèi)似于絕緣體。當(dāng)電極兩端外加強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),其可以通過(guò)自身特性限制兩電極之間的電壓,在可控范圍內(nèi)與裝置各間隙形成配合,保證上層間隙形成穩(wěn)定的場(chǎng)致電子發(fā)射,下層間隙形成穩(wěn)定的場(chǎng)致等離子發(fā)射。
本文中所述的相關(guān)技術(shù)術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?/p>
納米電極上陰極間隙和納米電極下陰極間隙:由納米材料制作而成的陰極電極棒和陽(yáng)電極溝道組成間隙,由于大氣雷云存在正極性和負(fù)極性,整個(gè)設(shè)備中存在兩個(gè)這種電極間隙,為了便于區(qū)別,本文將之分別命名為納米電極上陰極間隙和納米電極下陰極間隙。
壓控可變電阻器:具有電壓控制功能的可變電阻器,本文中第一壓控可變電阻器和第二壓控可變電阻器均為相同的產(chǎn)品,但由于應(yīng)用環(huán)境不同,因此具體電壓不同。
密閉陶瓷放電管:密閉的陶瓷放電管,密閉方式不限,這屬于常規(guī)技術(shù),本文不作限定。
消雷陣列式長(zhǎng)、短多針尖端:分布在中層極化電極的各個(gè)方向上,由多個(gè)長(zhǎng)短不一的針狀結(jié)構(gòu)組成。現(xiàn)有的避雷裝置上一般都有這個(gè)設(shè)備,屬于現(xiàn)有技術(shù),在此不再贅述。
本實(shí)用新型原理新穎,設(shè)計(jì)巧妙,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于生產(chǎn),具有很高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例,并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制,但凡采用本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理,以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行非創(chuàng)造性勞動(dòng)而作出的變化,均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。