本發(fā)明涉及防雷裝置領(lǐng)域，特別是一種以軟件程序、電子、MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)、高壓放電電極和石墨導(dǎo)體接地材料來實現(xiàn)引雷及泄流的雷擊點精確定位及安全泄流的裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的防雷裝置是將一根接地避雷針或避雷帶安裝在被保護目標的頂部，避雷針的高度視被保護目標的形狀和頂部表面積而定，在雷擊危險區(qū)域內(nèi)，它的防雷能力和周圍建(構(gòu))筑物的高度、形狀和位置等有關(guān)。

其原理為，由于尖端效應(yīng)，避雷針先于被保護目標導(dǎo)通雷電的下行通道，率先接受雷擊電流并通過接地系統(tǒng)泄放，從而起到保護目標體的作用。

傳統(tǒng)的、普遍應(yīng)用的防雷裝置(避雷針、避雷帶)存在一定的缺陷，它無法確保雷擊危險區(qū)域內(nèi)的特定目標不遭雷擊，且可能發(fā)生地電位反擊對特定目標造成二次傷害。

現(xiàn)有技術(shù)還公開了一種防雷裝置及方法，公開號為CN101483963的專利公開了一種電荷引雷的方法及設(shè)備，該設(shè)備包括引雷導(dǎo)體、高壓輸送單元、泄流裝置、雷擊監(jiān)測裝置、接收線路單元、控制單元，通過雷擊監(jiān)測裝置監(jiān)測雷擊的到來，產(chǎn)生包含大氣電場中雷擊的到來和雷擊電荷極性特征的雷擊監(jiān)測信號，通過控制單元接收雷電監(jiān)測信號并將雷電監(jiān)測信號與一閾值比較，根據(jù)比較結(jié)果控制高壓輸送單元的動作，通過高壓輸送單元向引雷導(dǎo)體輸送與大氣電場所表明的雷擊電荷極性相反的電荷，進而通過泄流裝置將引雷導(dǎo)體傳送的雷擊電流從引雷導(dǎo)體上泄放掉。上述方案中的雷擊監(jiān)測裝置并未給出其具體裝置類型，且泄流裝置為接地導(dǎo)體或避雷器，沒有給出所用的材料和結(jié)構(gòu)，同時該電荷引雷的方法及設(shè)備沒有公開遠程監(jiān)測功能，對設(shè)備的運行狀況及其電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度不能進行遠程監(jiān)控和預(yù)警。

需要一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置及其工作方法，更好的解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有防雷裝置無法確保雷擊危險區(qū)域內(nèi)的特定目標不遭雷擊、可能發(fā)生地電位反擊對特定目標造成二次傷害、雷電監(jiān)測裝置和泄流裝置沒有具體化以及不能進行遠程監(jiān)測的問題，提供一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置、其工作方法、應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置，對雷擊點進行精確定位并安全泄放雷擊電流，雷擊點精確定位及安全泄流裝置包括：

MEMS地面大氣電場傳感器，用于設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

高壓升壓變換系統(tǒng)，用于接收MEMS地面大氣電場傳感器傳送的開機指令而開始工作，向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于該防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，實現(xiàn)雷擊點定位；

高壓放電電極系統(tǒng)，用于使置于防雷塔頂端的高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預(yù)先設(shè)定的雷擊危險值，并把定位雷擊點(即接受雷擊)獲得的雷電流通過高壓放電電極、引雷線送入石墨導(dǎo)體接地系統(tǒng)；

石墨導(dǎo)體接地系統(tǒng)，用于將來自高壓放電電極和引雷線的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放。

進一步地，所述雷擊點精確定位及安全泄流裝置，還包括遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)，其用于實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預(yù)警。

進一步地，所述高壓放電電極系統(tǒng)為交直流兩用系統(tǒng)，采用高壓電源設(shè)備和升壓變換電路。

本發(fā)明還提供一種雷擊點精確定位及安全泄流系統(tǒng)的工作方法，包括下述步驟：

雷擊發(fā)生前，雷擊信號和雷擊危險值界定階段，設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

雷擊發(fā)生前，高壓放電電極系統(tǒng)運行階段，高壓升壓變換系統(tǒng)向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，并通過高壓放電電極系統(tǒng)使高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預(yù)先設(shè)定的雷擊危險值；

雷擊發(fā)生時，雷擊點定位及安全泄放階段，把定位雷擊點(即接受雷擊)獲得的雷電流通過高壓放電電極、引雷線及石墨導(dǎo)體接地系統(tǒng)進行泄放。

進一步地，所述雷擊點精確定位及安全泄流裝置的工作方法，還包括：遠程實時監(jiān)控過程，實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預(yù)警。

本發(fā)明還提供一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置在油罐區(qū)的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的雷擊點精確定位及安全泄流裝置及其工作方法可產(chǎn)生以下有益效果：

1.通過采用MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)的地面大氣電場傳感器測定雷電極性信號，可先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)，高壓升壓變換系統(tǒng)向高壓放電電極系統(tǒng)施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，可準確測出雷電的極性，實現(xiàn)了測報雷電極性的實時性，確保雷擊危險區(qū)域內(nèi)的特定目標不遭雷擊，降低了生產(chǎn)成本和運行維護費用，大大減小了裝置的體積。

2.通過使用石墨導(dǎo)體接地系統(tǒng)，可根據(jù)不同地質(zhì)條件、不同土壤、不同氣候配置石墨導(dǎo)體接地材料，使接地電阻率長期、穩(wěn)定的處于1歐姆以下，消除了地電位反擊的二次災(zāi)害。

3.通過使用遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)，實時對雷擊點精確定位及安全泄流裝置的運行狀況進行監(jiān)控和預(yù)警。

4.使雷擊點定位塔上高壓放電電極的安裝高度可低于被保護目標物。

5.實現(xiàn)本發(fā)明裝置在固定和移動便攜兩種方式下實施。

本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置及其工作方法，適用于大型油罐區(qū)、危險品倉庫群、古建筑群落、發(fā)射(場、點)、雷達(通訊)基地、機場、大型營地、災(zāi)害應(yīng)急基地、公路收費站、大型避暑度假山莊、大型石化企業(yè)、電氣化企業(yè)等受雷擊危險程度高的區(qū)域內(nèi)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置步驟流程圖。

圖3是本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置實施例示意圖。

圖1中的附圖標記為：1-MEMS地面大氣傳感器；2-信號接收處理器；3-高壓電源；4-升壓變換裝置；5-雷擊點定位鐵塔；6-高壓放電電極；7-石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)；8-控制終端。

圖3中的附圖標記為：1-控制終端；2-高壓機箱；3-MEMS地面大氣傳感器；4-高壓放電電極；5-鐵塔；6-石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。

根據(jù)附圖1，構(gòu)建本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置的實施方案。

雷擊點精確定位及安全泄流裝置，包括：MEMS地面大氣傳感器(1)、信號接收處理器(2)、高壓電源(3)、升壓變換裝置(4)、高壓放電電極(6)、雷擊點定位鐵塔(5)、石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)(7)、控制終端(8)、高壓設(shè)備箱，高壓電源(3)及升壓變換裝置(4)構(gòu)成高壓升壓變換系統(tǒng)，其中，

MEMS地面大氣傳感器(1)，用于設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源(3)打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至升壓變換裝置(4)；

高壓升壓變換系統(tǒng)，用于接收MEMS地面大氣電場傳感器(1)傳送的開機指令而開始工作，向高壓放電電極(6)施以與已測定的雷電極性相反的高電壓(正高電壓或負高電壓)，使高壓放電電極(6)先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，實現(xiàn)雷擊點定位；

高壓放電電極(6)，其持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預(yù)先設(shè)定的雷擊危險值，并將雷電流送入石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)(7)；

石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)(7)，將來自高壓放電電極(6)的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放，且其具有的電阻率，可根據(jù)不同地質(zhì)條件、不同土壤、不同氣候配置的石墨導(dǎo)體接地材料，實現(xiàn)長期、穩(wěn)定地保持在1歐姆以下。

根據(jù)附圖2，本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置的工作方法的具體實施步驟包括：

通過控制終端控制雷擊點精確定位及安全泄流裝置的各個模塊；

通過MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器測定雷電的極性，并在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

高壓升壓變換系統(tǒng)接收MEMS地面大氣電場傳感器傳送的開機指令而開始工作，向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，其中高壓升壓變換系統(tǒng)具有高壓電源及升壓變換單元；

使置于防雷塔頂端的高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預(yù)先設(shè)定的雷擊危險值，并把定位雷擊點獲得的雷電流通過引雷線輸送至石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)；

石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)將來自高壓放電電極和引雷線的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放。

該工作方法具體實施步驟，還包括：

遠程實時監(jiān)控，實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預(yù)警。

根據(jù)附圖3，以危險程度較高的大型油罐區(qū)單元設(shè)計實施方案。

一、油罐區(qū)情況

油罐區(qū)地處北方平原，緊鄰大海，占地210畝，氣候四季分明，雨季多雷暴，土壤偏堿，潮濕，腐蝕性高；油罐區(qū)內(nèi)建有原油儲罐30個，均高30米，平均分布在相隔100米的三個區(qū)域內(nèi)；原油灌裝區(qū)占地6800平方米，鐵制頂點高度15米；辦公、生活區(qū)占地1200平方米，平面建筑面積500平方米，頂高5米，距油罐區(qū)100米；緊鄰變電房(內(nèi)置變壓器)占地20平方米，頂高5米。

二、雷擊點精確定位及安全泄流裝置的實施過程

1)通過對油罐區(qū)所在地的氣象資料、地形地貌、土壤和油罐區(qū)內(nèi)建筑物或構(gòu)筑物的高度、形狀、材質(zhì)以及它們在油罐區(qū)內(nèi)分布等情況的調(diào)查和實地勘察，設(shè)計本發(fā)明的雷擊點精確定位及安全泄流裝置的具體實施方案；

2)設(shè)計雷電流泄流接地網(wǎng)(6)的石墨導(dǎo)體接地材料配比、面積、深度、施工方案，并設(shè)計控制終端(1)、MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器(3)、升壓變換裝置、雷擊點定位鐵塔(5)的安裝位置，高壓放電電極(4)的安裝高度；

3)利用MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器(3)設(shè)定出本區(qū)域的雷擊危險值，石墨導(dǎo)體接地材料的形狀、配比、施工方案根據(jù)施工地情況而確定，且高壓放電電極的材質(zhì)、形狀和直徑以所加高壓數(shù)值的大小而確定；

4)具體方案：

通過MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器(3)測定雷電的極性，并在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)(圖3中未示出)；

高壓升壓變換系統(tǒng)接收開機指令開始工作，把與已測定的雷電極性相反的高電壓輸送至高壓放電電極(4)，使高壓放電電極(4)先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，實現(xiàn)雷擊點定位；

使置于防雷塔頂端的高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器(3)預(yù)先設(shè)定的雷擊危險值，并把定位雷擊點獲得的雷電流通過引雷線輸送至石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)(6)；

石墨導(dǎo)體接地網(wǎng)(6)將來自高壓放電電極(4)和引雷線的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放；

通過遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)(圖3中未示出)實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預(yù)警。

三、雷擊點精確定位及安全泄流裝置的工作方法的實施過程

雷擊發(fā)生前，雷擊信號和雷擊危險值界定階段，設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

雷擊發(fā)生前，高壓放電電極系統(tǒng)運行階段，高壓升壓變換系統(tǒng)向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，并由高壓放電電極系統(tǒng)使高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預(yù)先設(shè)定的雷擊危險值；

雷擊發(fā)生時，雷擊點定位及安全泄放階段，把定位雷擊點(即接受雷擊)獲得的雷電流通過高壓放電電極、引雷線及石墨導(dǎo)體接地系統(tǒng)進行泄放；

遠程實時監(jiān)控過程，實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預(yù)警。

以上所述的具體實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，僅用于對本發(fā)明進行說明性描述，而不作為限制性描述，因而實施例中的任何細節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員可在本發(fā)明的權(quán)利要求書所要求保護的范圍內(nèi)對其進行多種改變但都落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。