CN109687294A - 一种有源电晕场驱雷器 - Google Patents

Abstract

一种有源电晕场驱雷器，包括半球形外壳，所述半球形外壳上设有若干放电杆，所述半球形外壳底端与一支撑架固连，所述半球形外壳内设有离子激发仓，所述离子激发仓与设置在支撑架上的供电装置电相连，所述供电装置包括设置在支撑架上的电源、变频器、风机和变压器，所述电源通过导线分别与风机、变频器相连，变频器通过导线与变压器相连，所述变压器与离子激发仓电连接；它弥补现有技术的不足，采用有源主动激发电晕离子的方式，能够消除多种雷云电场强度下电击的现象，解决了以往依靠雷云电场被动激发离子的问题。

Description

一种有源电晕场驱雷器

技术领域

本发明涉及防雷器技术领域，尤其涉及一种有源电晕场驱雷器。

背景技术

270多年来国际防雷界主要采用普通避雷针(接闪器)、提前放电式避雷针和消散阵列式避雷针。普通避雷针能够利用外部雷云电场激发避雷针尖端放电减低及中和雷云电荷，同时还能吸引雷云电场将其集中于其金属针而增大针端电场强度，使雷云电场击穿金属针而将强大的雷电流经其接地体泄放入地。提前放电式避雷针是能够产生一个比普通避雷针更快的迎面先导，在自然的迎面先导形成前，迅速向雷电方向传播直至捕获雷电，并将其导入大地。消散阵列式避雷针是能够在雷云电场作用下产生电晕离子，中和雷云电荷避免其过分的积累而引发巨大的雷电击中事故。

普通避雷针、提前放电式避雷针均对接地电阻要求高、存在接触电压、跨步电压的风险且在接闪的过程中容易在被保护的物体上产生感应电流，不适合保护弱电设备。消散阵列式避雷针常常因其产生的离子远不足以消雷，通流量有限而被雷电击毁。另外，上述三种避雷针存在共同的缺陷：其利用外部雷云电场被动式激发尖端放电而不采用内部电源主动供电激发的方式，只能够当雷云电场达到特定的电场强度该种避雷针才能发挥作用，导致雷云电场强度单一，不能主动消除多种电场强度下雷击的现象。如专利“CN108963767A”所揭示的“一种电晕场驱雷器”，其无需电源、利用雷云电场自激发电晕放电进行驱雷，在自激发电晕放电也是被动式放电，使得雷云电场只有达到一定的强度才能被激发电晕放电，具有一定的工作滞后性，不能主动消除多种电场强度下雷击的现象。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容

本发明提供了一种有源电晕场驱雷器，它弥补现有技术的不足，采用有源主动激发电晕离子的方式，能够消除多种雷云电场强度下电击的现象，解决了以往依靠雷云电场被动激发离子的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种有源电晕场驱雷器，包括半球形外壳，所述半球形外壳上设有若干放电杆，所述半球形外壳底端与一支撑架固连，所述半球形外壳内设有离子激发仓，所述离子激发仓与设置在支撑架上的供电装置电相连，所述供电装置包括设置在支撑架上的电源、变频器、风机和变压器，所述电源通过导线分别与风机、变频器相连，变频器通过导线与变压器相连，所述变压器与离子激发仓电连接。设置电源能够为风机、变频器及变压器供电，通过变频器对变压器的变频，以及变压器的升压、能够将电压升至几万伏或几十万伏，主动激发离子激发仓产生电晕离子，解决了以往依靠雷云电场被动激发离子的问题，通过设置风机更能快速的将离子激发仓内的电晕离子推送到空气中与雷云电荷互相作用，大量电晕离子覆盖在防护设备上方，使被保护设备处于均匀电场中，抑制了上行先导的始发，部分电晕离子和雷云中雷电先导的电荷缓慢中和，削弱了雷云下行先导的发展速度和强度，从而阻断了雷电通道的形成。

还包括金属外罩，所述支撑架固定在金属外罩内，所述金属外罩为一球形壳体结构，该金属外罩设置为球形，可以在金属外罩内部形成均匀的电场，能够在驱雷器及被保护的物体上形成电晕屏蔽层，抑制上行先导的始发，在保护范围内不会形成闪电，无感应电流产生，避免雷击的现象发生。

所述离子激发仓包括设置在半球形外壳内的离子激发电极和接地电极，所述离子激发电极和接地电极分别由瓷套裹覆，这样能够避免离子激发电极与接地电极之间发生连电现象，导致离子不能激发，所述离子激发电极与接地电极之间通过绝缘板连接在半球形外壳内，且离子激发电极与接地电极之间设有放电间隙，使其能够在间隙之间产生电晕离子，所述离子激发电极通过导线与变压器的高压端相连，接地电极与变压器的接地端相连。如此变压器通过升压将电压升到几万伏或者几十万伏，主动激发离子激发电极激发电晕离子，因此，无论雷云电场处于什么强度阶段，离子激发仓均能激发电晕离子，无需靠雷云电场作用，自主性强，能够应用在不同雷云电场强度。

所述支撑架上端设有绝缘板，所述绝缘板为一弧形板，其弯曲方向与半球形外壳的弯曲方向相同，所述绝缘板上设有与放电杆对应且数目相同的的出风口，所述出风口处设有至少两片轻质塑料扇叶。将绝缘板设置为弧形结构能够保证其上的出风口的方向与放电杆的位置对应，有利于电晕离子在放电杆处集中。另外，在出风口处的绝缘板上设置扇叶，能够将直线送风转换为螺旋送风，螺旋送风具有一定的导向作用，螺旋送风能够提供稳定的离心力，使得电晕离子具有一定的约束作用，然而直线送风只能在惯性作用下沿送风方向逸散，收到接近电荷的作用就可能出现排斥力，相邻的放电杆之间的电荷可能会互相影响，螺旋送风能够给电晕离子一定的外部作用力，使得电晕离子在靠近放电杆位置集中，有效避免相邻放电杆处的离子相互作用，加快离子的消散速度。

所述放电杆为中空结构，末端设有若干周向阵列的放电针，所述放电杆内部与半球形外壳内部连通，放电杆设置为中空结构能够为电晕离子的消散提供通道。

还包括雷电预警器，及与雷电预警器相连的控制器，该控制器分别与变压器和变频器电连接，所述雷电预警器与电源通过导线连接，为雷电预警器提供电能，通过设置雷电预警器可以实现智能化检测雷云并进一步驱雷。

所述支撑架上还设有过滤器，所述过滤器设置在风机的进风口处。设置过滤器能够为风机提供干净清洁的空气，避免空气中的杂质粒子进入，影响风机工作。

所述半球形外壳为铝或铝合金外壳，采用铝或铝合金能够满足导电率的要求同时，材质轻，相比较轻材质的钛或钛合金价格低。

所述金属外罩为不锈钢外罩，采用不锈钢材质一方面能够满足基本的导电性能，另一方面不锈钢耐腐蚀性效果好，能够较好适应在雷云工况下工作环境。

在一个实施例中，在所述半球形外壳与所述支撑架之间设有防雨罩，防雨罩能够有效防止雨滴落入金属外罩内从而导致内部结构腐蚀或造成内部结构连电，损坏内部设备。

本发明的有益效果为：本申请通过采用有源主动激发电晕离子，解决了以往依靠雷云电场被动激发离子的问题，更是通过风机把电晕离子推送到空气中，加快了电晕离子扩散到空气中的速度，电晕离子不断与雷云电荷相互作用，大量电晕离子覆盖在防护设备上方，使被保护设备处于均匀电场中，抑制了上行先导的始发，部分电晕离子和雷云中雷电先导的电荷缓慢中和，削弱了雷云下行先导的发展和强度。同时，设置球体金属外罩能够在驱雷器及被保护的物体上方形成电晕屏蔽层，抑制上行先导的始发，在保护范围内不会形成闪电，无感应电流产生，避免了保护范围内雷击现象，更重要的是它无需靠雷云电场作用，自主性强，能够应用在不同雷云电场强度。另外，通过将绝缘板设置为弧形结构以及在绝缘板上设置出风口，能够使得出风口与放电杆的位置对应，有利于电晕离子在放电杆处集中，同时在出风口处设置扇叶，能够将直线送风转化为螺旋送风，螺旋送风具有一定的导向作用，能够提供稳定的离心力，使得电晕离子具有一定的约束作用，避免相邻放电杆处的离子相互作用，加快离子的消散速度。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的左视图且剖视图；

图3为图1中I处的放大图。

图中，1、半球形外壳，2、放电杆，3、放电针，4、防雨罩，5、金属外罩，6、离子激发电极，7、瓷芯，8、瓷筒，9、接地电极，10、绝缘板，11、变压器，12、电源，13、变频器，14、过滤器，15、风机，16、雷电预警器，17、控制器，18、导线,19、支撑架，20、过渡支撑，21、支撑杆，22、出风口，23、扇叶。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-3所示，一种有源电晕场驱雷器，包括半球形外壳1，所述半球形外壳1上设有若干放电杆2，该放电杆2可为长圆柱形杆或尖端为圆锥形的杆，或传统避雷针的金属针状，所述半球形外壳1底端与一支撑架19固连，该支撑架19设计为能够满足支撑半球形外壳1，且提供供电装置安装位置即可。上述半球形外壳1内设有离子激发仓，所述离子激发仓与设置在支撑架19上的供电装置电相连，上述供电装置包括设置在支撑架19上的电源12、变频器13、风机15和变压器11，另外电源12也可设置在整个驱雷器的外部，单独为驱雷器供电。上述电源12通过导线18分别风机15、变频器13相连，变频器13通过导线18与变压器11连接，上述变压器11与离子激发仓电连接。这里的风机15也可由鼓风机、风扇等代替，电源12为风机15、变频器13和变压器11供电，通过变频器13对变压器11的变频，以及变压器11的升压、能够将电压升至几万伏或几十万伏，主动激发离子激发仓产生电晕离子，解决了以往依靠雷云电场被动激发离子的问题，通过设置风机15更能快速的将离子激发仓内的电晕离子推送到空气中与雷云电荷互相作用，削弱雷云下行先导的发展速度和强度。

进一步的，上述技术方案还包括金属外罩5，所述支撑架19焊接在金属外罩5内，所述金属外罩5为一球形壳体结构，可在金属外罩5内部形成均匀的电场，能够在驱雷器及被保护的物体上形成电晕屏蔽层，抑制上行先导的始发，在保护范围内不会形成闪电，无感应电流产生，避免雷击的现象发生。

进一步的，上述支撑架19分为上、中、下三部分，上部分为工字形的中空壳体状，上端通过螺栓分别与绝缘板10和半球形外壳1通过螺栓固连，绝缘板10将半球形外壳1与支撑架19分成两个空腔，下部分也是工字形的中空壳体状，下端通过螺栓与过渡支撑20固连，中部通过两根支撑杆21将上、下部分连接，形成中部支撑空间。该供电装置安装在中部空间内。所述支撑架19的上、中、下部分均被金属外罩5围绕，但工字形状的上、下部分的两侧不与金属外罩5相交，且在上部分侧面设有能够将风推送至上部分工字形的中空壳体内，再通过绝缘板10上的出风口22进入到半球形外壳1内。上述绝缘板10为一弧形板，其弯曲方向与半球形外壳1的弯曲方向相同，所述绝缘板10上设有与放电杆2对应且数目相同的的出风口22，经放电杆2推送到大气中。将上述绝缘板10设置为弧形结构能够保证其上的出风口22的方向与放电杆2的位置对应。

进一步的，上述离子激发仓包括设置在半球形外壳1内的离子激发电极6和接地电极9，该离子激发电极6为一高压电极，其电压高达3万伏至10万伏之间，所述离子激发电极6和接地电极9分别由瓷套裹覆，离子激发电极6和接地电极9之间瓷筒8，离子激发电极6设置在瓷筒8内部且其外围包裹有瓷芯7，瓷芯7通过套筒固连在瓷筒8上，接地电极9设置在瓷筒8的外部，这样能够避免离子激发电极6与接地电极9之间发生直接连电现象，导致离子不能激发，所述离子激发电极6与接地电极9之间通过绝缘板10连接在半球形外壳1内，该绝缘板10同时通过螺栓固定在支撑架19的上部分，且离子激发电极6与接地电极9之间设有放电间隙，使其能够在间隙之间产生电晕离子，所述离子激发电极6通过导线18与变压器11的高压端相连，接地电极9与变压器11的接地端相连。如此变压器11通过升压将电压升到几万伏或者几十万伏，主动激发离子激发电极6激发电晕离子，因此，无论雷云电场处于什么强度阶段，离子激发仓均能激发电晕离子，无需靠雷云电场作用，自主性强，能够适应用在不同雷云电场强度。

进一步的，上述放电杆2为中空结构，末端设有若干周向阵列的放电针3，该放电针3设置在本实施例中设置为7个(放电针3设置的多少可根据雷电防护级别进行设计)，不仅仅局限在本实施例中的放电针3的个数，所述放电杆2内部与半球形外壳1内部连通，放电杆2设置为中空结构能够为电晕离子的消散提供通道。

进一步的，上述技术方案可还包括雷电预警器16，及与雷电预警器16相连的控制器17，该控制器17由单片机编程、PLC控制变压器11的升压数值，控制离子激发仓进行激发电晕离子，上述雷电预警器16还与变频器13电连接，控制变频器13调速控制风机15的通风量，调节电晕离子的消散速度，上述雷电预警器16与电源12通过导线18连接，还可将电源12与雷电预警器16设置为一体结构，电源12为雷电预警器16提供电能，通过设置雷电预警器16及控制器17可以实现智能化检测雷云并进一步驱雷。

进一步的，在支撑架19的下部分还设有过滤器14，所述过滤器14设置在风机15的进风口处。设置过滤器15能够为风机15提供干净清洁的空气，避免空气中的杂质粒子影响风机工作。

进一步的，上述半球形外壳1为铝或铝合金外壳，采用铝或铝合金能够满足导电率的要求同时，材质轻，相比较轻材质的钛或钛合金价格低。

进一步的，所述金属外罩5为不锈钢外罩，采用不锈钢材质一方面能够满足基本的导电性能，另一方面不锈钢耐腐蚀性效果好，能够较好适应在雷云工况下工作环境。

进一步的，在本实施例中根据雷电防护级别，将放电杆2设置为十三个(附图中仅显示九个)同时将放电针3设置为六支，分别均匀且圆周阵列式设置在放电杆2的周围。

在本实施例中，在所述半球形外壳1与所述支撑架19之间设有防雨罩4，，能够有效防止雨滴落入金属外罩5内导致内部结构腐蚀或造成内部结构连电，损坏内部设备。

本发明的工作过程为：

首先接通电源12，接通变压器11和变频器13，变压器11升压，变频器13调频，变压器11将高压通过导线18传入到离子激发电极6，离子激发电极6使得离子激发电极6与接地电极9之间的放电间隙产生电晕离子，风机15产生的风经过出风口22时，进而将更多集中的离子推送至空气中，电晕离子不断与雷云电荷互相作用，削弱雷云下行先导发展速度和强度，同时在驱雷器及被保护的物体上方形成电晕屏蔽层，抑制上行先导的始发，在保护范围内不会形成闪电，无感应电流的产生，避免了保护范围内的雷击现象。本申请的驱雷装置还能与雷电预警器16及与其连接的控制器17配合，雷电预警器16预知雷电信号信息，将信号传送至控制器17，控制器17接收信号控制变压器11升压和变频器13调频，进而达到离子激发仓激发电晕离子，进行驱雷。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：包括半球形外壳，所述半球形外壳上设有若干放电杆，所述半球形外壳底端与一支撑架固连，所述半球形外壳内设有离子激发仓，所述离子激发仓与设置在支撑架上的供电装置电相连，所述供电装置包括设置在支撑架上的电源、变频器、风机和变压器，所述电源通过导线分别与风机、变频器相连，变频器通过导线与变压器相连，所述变压器与离子激发仓电连接。

2.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：还包括金属外罩，所述支撑架固定在金属外罩内，所述金属外罩为一球形壳体结构。

3.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：所述离子激发仓包括设置在半球形外壳内的离子激发电极和接地电极，所述离子激发电极和接地电极分别由瓷套裹覆，所述离子激发电极与接地电极之间通过设置在支撑架连接在半球形外壳内，且离子激发电极与接地电极之间设有放电间隙，所述离子激发电极通过导线与变压器的高压端相连，接地电极与变压器的接地端相连。

4.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：所述支撑架上端设有绝缘板，所述绝缘板为一弧形板，其弯曲方向与半球形外壳的弯曲方向相同，所述绝缘板上设有与放电杆对应且数目相同的的出风口，所述出风口处设有至少两片轻质塑料扇叶。

5.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：所述放电杆为中空结构，末端设有若干周向阵列的放电针，所述放电杆内部与半球形外壳内部连通。

6.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：还包括雷电预警器，及与雷电预警器相连的控制器，该控制器分别与变压器和变频器电连接，所述雷电预警器与变频器电连接，所述雷电预警器与电源通过导线连接，为雷电预警器提供电能。

7.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：所述支撑架上还设有过滤器，所述过滤器设置在风机的进风口处。

8.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：所述半球形外壳为铝或铝合金外壳。

9.根据权利要求2所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：所述金属外罩为不锈钢外罩。

10.根据权利要求1所述的一种有源电晕场驱雷器，其特征在于：在所述半球形外壳与所述支撑架之间设有防雨罩。