專(zhuān)利名稱(chēng)：避雷裝置干/濕基于輝光的流光抑制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種避雷裝置。
背景技術(shù)：
背景技術(shù)：
眾所周知，大多數(shù)雷電放電與主要帶負(fù)電的云有關(guān)。會(huì)遇到兩類(lèi)主要 的雷擊自非常高的結(jié)構(gòu)體向上的閃電和與負(fù)階梯下行先導(dǎo)(negative descending stepped leader)相關(guān)的更普遍的閃擊(參考[1，[2)。負(fù)下行 先導(dǎo)由負(fù)空間電荷鞘所圍繞，當(dāng)負(fù)先導(dǎo)接近地面時(shí)，該負(fù)空間電荷鞘會(huì)在 其影響范圍內(nèi)的任何接地物體上感應(yīng)正(像)電荷。接地結(jié)構(gòu)體越高，結(jié) 構(gòu)體離下行負(fù)先導(dǎo)的路徑越近，在接地結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的電荷便越多。
眾所周知，雷擊電流是在幾KA至幾百KA的寬范圍中變化并具有 25-35 KA的中間值的統(tǒng)計(jì)變量。結(jié)構(gòu)體的吸引半徑，即，結(jié)構(gòu)體俘獲下行 先導(dǎo)的圍繞結(jié)構(gòu)體的最大徑向距離，隨與負(fù)空間電荷套有關(guān)的雷擊電流和 結(jié)構(gòu)體高度增加。
近年來(lái)，基于長(zhǎng)空氣間隙擊穿的物理研究逸艮，基本上提高了我們對(duì) 于不同的地面結(jié)構(gòu)體遭受雷擊的機(jī)制的理解。具體而言，弄清了接地物體 在雷擊機(jī)制中所起的作用。建模(參考[6)表明吸引半徑包括兩部分由 結(jié)構(gòu)體發(fā)射的正先導(dǎo)所跨越的主部(2/3或更多)和構(gòu)成負(fù)與正先導(dǎo)頂端 之間最終躍變(jump)的少部(lesser part)。
靜電場(chǎng)分析表明，在任何結(jié)構(gòu)體的表面和附近的電場(chǎng)增強(qiáng)主要由云電 荷和/或下行負(fù)先導(dǎo)感應(yīng)到接地結(jié)構(gòu)體上的正(像)電荷造成，并且這遠(yuǎn)超 過(guò)歸因于云電荷和/或下行先導(dǎo)自身的背景場(chǎng)。依賴于接地物體的結(jié)構(gòu)特
性，當(dāng)周?chē)目諝獍l(fā)生電離時(shí)達(dá)到由感應(yīng)電荷造成的起始(inception )場(chǎng)， 造成電暈放電和正流光(streamer)形成。依賴于接地結(jié)構(gòu)體的幾4可形狀 和感應(yīng)的正電荷的量，正流光的長(zhǎng)度可以增長(zhǎng)到米的范圍。
如果正流光達(dá)到臨界尺寸(參考[3]，[4p ,在流光結(jié)(junction)處形 成高傳導(dǎo)柱(stem)至結(jié)構(gòu)體，并由此形成正先導(dǎo)。與具有約400-500KV/m 的平均梯度的正流光相反，先導(dǎo)梯度是先導(dǎo)電流和其存在時(shí)長(zhǎng)的函數(shù)。對(duì) 于1A的電流，先導(dǎo)梯度為30-50KV/m，即約正流光梯度的十分之一，但 對(duì)于100A的量級(jí)的先導(dǎo)電流，先導(dǎo)梯度下降至2-3KV/m。這表明，與正 流光相反，正先導(dǎo)能夠行進(jìn)100m范圍的距離而不需要不實(shí)際的高電勢(shì)。
重要的是注意到，在最終躍變時(shí)并不是由接地結(jié)構(gòu)體發(fā)射的每一個(gè)正 先導(dǎo)都會(huì)走完能夠相遇下行負(fù)先導(dǎo)的軌道。隨著正先導(dǎo)從結(jié)構(gòu)體4亍進(jìn)得越 來(lái)越遠(yuǎn)，其運(yùn)動(dòng)將逐漸被諸如空間電勢(shì)和位于先導(dǎo)頂端前面的電場(chǎng)的參數(shù) 所控制，該參數(shù)受接地結(jié)構(gòu)體的影響逐漸減小并逐漸由下行先導(dǎo)電荷所決 定。當(dāng)條件不適合繼續(xù)傳播時(shí)，正先導(dǎo)停止，并且產(chǎn)生正流光/正先導(dǎo)過(guò)程 的相關(guān)的接地結(jié)構(gòu)體不被雷擊。
-故向下的負(fù)雷電雷擊的物體是這樣的物體，歸因于他們的感應(yīng)的正電 荷，"成功"產(chǎn)生了長(zhǎng)的正流光，導(dǎo)致正先導(dǎo)的形成，該正先導(dǎo)在增加電場(chǎng) 的區(qū)域中行進(jìn)，以在所謂的最終躍變中與接近的下行負(fù)雷電先導(dǎo)匯合。當(dāng)
500-600KV/m時(shí)，發(fā)生最終躍變。
從負(fù)下行雷電先導(dǎo)來(lái)看，具有各自的感應(yīng)的正電荷的所有接地物體處 于這樣的竟?fàn)幹?，該竟?fàn)幋_定接地物體中的哪一個(gè)將產(chǎn)生顯著的正流 光活度(activity)，和接地物體中的哪一個(gè)將"成功"產(chǎn)生完成通向最終躍 變的軌道的正先導(dǎo)。如果沒(méi)有高的結(jié)構(gòu)體"成功"完成至最終躍變的軌道，
負(fù)下行先導(dǎo)將默i人行進(jìn)至地面。因此，如果意圖減小這樣的雷擊的危險(xiǎn)， 對(duì)于任何的結(jié)構(gòu)體而言，保持電靜默，即在產(chǎn)生長(zhǎng)的正流光的竟?fàn)幹惺遣?活潑或抑制的，將是非常有益的。
上述雷擊的第二種類(lèi)型為上行閃電，它以上行正流光/先導(dǎo)過(guò)程的形式 發(fā)生，而不存在負(fù)下行先導(dǎo)。在具有超過(guò)100m高度的平地上的結(jié)構(gòu)體中， 該種類(lèi)型的雷擊的概率變得顯著。他們還可以發(fā)生在山頂?shù)牡偷枚嗟慕Y(jié)構(gòu) 體上。這里，因?yàn)椴淮嬖谙滦邢葘?dǎo)，僅僅由云的負(fù)電荷所直接產(chǎn)生的結(jié)構(gòu) 體上的感應(yīng)正電荷導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)體處或附近的場(chǎng)增強(qiáng)。
對(duì)于上行雷擊，正先導(dǎo)起始所需要的環(huán)境(地面)場(chǎng)主務(wù)農(nóng)賴于結(jié)構(gòu) 體高度。對(duì)于高的結(jié)構(gòu)體，臨界環(huán)境場(chǎng)實(shí)際上通過(guò)簡(jiǎn)單的關(guān)系式Eg-1600/h 與結(jié)構(gòu)體高度相關(guān)，其中Eg以KV/m給出，結(jié)構(gòu)體高度以米給出(參考 [1]，[2])。即使對(duì)于最高的結(jié)構(gòu)體，臨界環(huán)境場(chǎng)超過(guò)3KV/m(參考[1,[2])。 因此，同樣，如果意圖減小向上雷擊的危險(xiǎn)，對(duì)于任何的結(jié)構(gòu)體而言，保 持電靜默，即在產(chǎn)生長(zhǎng)的正流光的竟?fàn)幹惺遣换顫娀蛞种频幕蛐枰韧ǔ?br> 情況高的場(chǎng)，將是非常有益的。 現(xiàn)有
背景技術(shù)：
避雷實(shí)踐可分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)為Franklin棒或架空地線的變形，其 目的為向雷擊電流提供優(yōu)選路徑并由此防止?jié)撛诘膿p害。這些系統(tǒng)不主張 影響雷擊發(fā)生的概率。
避雷實(shí)踐的另 一 大類(lèi)可以稱(chēng)為"耗散系統(tǒng)"，例如美國(guó)專(zhuān)利 No.5，043，527 (Carpenter)，美國(guó)專(zhuān)利No.4，910，636 (Sadler等)，美國(guó) 專(zhuān)利No.4，605,814 ( Gillem )。這些系統(tǒng)4吏用線或棒的點(diǎn)或尖端以產(chǎn)生空 間電荷。對(duì)于這些裝置如何工作，存在一些矛盾的敘述，具有很少的科學(xué) 依據(jù)或沒(méi)有科學(xué)依據(jù)。 一些耗散系統(tǒng)提議者主張，空間電荷的產(chǎn)生可以中 和云的負(fù)電荷，并由此消除雷擊，但這是不切實(shí)際的任務(wù)。其它的耗散系 統(tǒng)提議者主張，從保護(hù)的結(jié)構(gòu)體耗散離子將減少通過(guò)順風(fēng)吹而積累的電荷， 并減小或最小化帶電云與保護(hù)的結(jié)構(gòu)體之間的電勢(shì)差。
這些主張當(dāng)然是物理上無(wú)效的，因?yàn)榻拥亟Y(jié)構(gòu)體上的感應(yīng)(像)電荷 是這樣的電荷，只要云或下行先導(dǎo)的產(chǎn)生感應(yīng)的電荷存在，該結(jié)構(gòu)體上的 電荷會(huì)保留在其適當(dāng)?shù)奈恢貌⒉豢赡鼙缓纳⒌街車(chē)目諝庵?。此外，金?不發(fā)射正離子是>^知的科學(xué)事實(shí)。相反，正空間電荷通過(guò)電離過(guò)程形成， 該電離過(guò)程導(dǎo)致電子被電極(結(jié)構(gòu)體)收集并注射到地面，之后在周?chē)?br> 氣中留下正離子空間電荷。同樣，必要地改變?cè)婆c接地物體之間的電勢(shì)意 味著改變?cè)频碾妱?shì)的不切實(shí)際的任務(wù)，因?yàn)楦鶕?jù)定義，接地結(jié)構(gòu)體(除非 遭雷擊)總是或?qū)?huì)保持在地電勢(shì)。 本發(fā)明的目的的聲明
本發(fā)明的目的為在不同的大氣條件下控制在結(jié)構(gòu)體終端中的正流光/ 先導(dǎo)的起始。
控制來(lái)自接地結(jié)構(gòu)體終端的正先導(dǎo)起始的第 一可能性為修改終端的幾 何形狀。然而必須注意，如果結(jié)構(gòu)體終端的等價(jià)半徑(被限定為空間電勢(shì) 除以終端表面處的電場(chǎng))低于臨界值(所謂的臨界半徑)，那么結(jié)構(gòu)體的 幾何形狀實(shí)際上對(duì)正先導(dǎo)起始沒(méi)有影響。另一方面，如果通過(guò)具有大曲率 半徑的導(dǎo)電表面修改終端幾何形狀，確實(shí)可以增加先導(dǎo)起始空間電勢(shì)，但
僅僅是在干燥條件下。然而在下雨時(shí)，大電極的先導(dǎo)起始水平(level)將 與等效半徑等于或小于臨界半徑的終端相同(參考[5])。
用于控制結(jié)構(gòu)體終端的放電活度的第二技術(shù)為使用空間電荷屏蔽。對(duì) 于要成功保護(hù)結(jié)構(gòu)體終端的產(chǎn)生正空間電荷的裝置，一些先決條件依次為
1. 空間電荷產(chǎn)生裝置在正流光才莫式時(shí)必須不產(chǎn)生電暈。這樣的正流光 產(chǎn)生將4吏正空間電荷產(chǎn)生失去意義，并且根據(jù)上述機(jī)制實(shí)際上增加了裝置 遭雷擊的概率。僅這條要求便排除了許多基于點(diǎn)放電的裝置，因?yàn)楣c(diǎn) 或點(diǎn)陣列易于正流光的產(chǎn)生。
2. 裝置必須能夠是無(wú)流光的，不僅在干燥條件下，而且在潮濕條件下。 該要求是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)槔纂娡ǔＥc下雨相關(guān)。僅在干燥條件下才根據(jù) 需要運(yùn)行的裝置將不足夠。
3. 裝置必須能夠在即使刮風(fēng)的情況下也能無(wú)流光地產(chǎn)生足夠高速率 的空間電荷以實(shí)現(xiàn)其希望的目標(biāo)。此外，緊密鄰近地封裝大數(shù)目的放電點(diǎn) 將不能解決該問(wèn)題，因?yàn)榫o密的點(diǎn)將互相作用并因此限制了他們產(chǎn)生空間 電荷的能力。
4. 裝置必須提供一些控制空間電荷的產(chǎn)生的裝置，以便可以應(yīng)用于各 種情況和條件。
5.為了在需要時(shí)抑制從接地結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生正流光，裝置必須在雷擊前環(huán) 境場(chǎng)增加時(shí)可得的相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)，并在負(fù)先導(dǎo)向地面移動(dòng)產(chǎn)生超過(guò) lKV/ns的空間電勢(shì)變化的幾十^:秒內(nèi)無(wú)流光地產(chǎn)生足夠高的空間電荷速率。
鑒于上述，本發(fā)明的又一目的為提供一種干/濕基于輝光的流光抑制 器，其滿足為用于控制自接地鈷^i伖沐竑的放電活唐的^間 而列出的所有需要的標(biāo)準(zhǔn)，

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種避雷裝置，用于減少要保護(hù)的物體受到常規(guī) 和上行雷擊，所述裝置包括
支撐結(jié)構(gòu)體，適合于接地；以及
空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體，其纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體并形成線圏，用于在所述 要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生與云電荷極性相反的空間電荷，所述空間電荷在所 述要^f呆護(hù)的物體上感應(yīng)出與所述云電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)的電荷 極性相反的電荷，并抑制從所述要保護(hù)的物體形成流光，每一個(gè)空間電荷 產(chǎn)生導(dǎo)體具有不超過(guò)O.lmm的直徑，用于在干燥和潮濕兩種條件下減小在 其上纏繞每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的所述支撐結(jié)構(gòu)體的電暈起始電壓。
優(yōu)選地，所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體選自導(dǎo)電線、導(dǎo)電線束、導(dǎo)電纖維、 導(dǎo)電絲(filament)、導(dǎo)電絲束、導(dǎo)電線制造的紗、導(dǎo)電線束制造的紗、 導(dǎo)電纖維制造的紗、導(dǎo)電絲制造的紗、導(dǎo)電絲束制造的紗、導(dǎo)電線制造的 針織物(knmed fabric)、導(dǎo)電線束制造的針織物、導(dǎo)電纖維制造的針織 物、導(dǎo)電絲制造的針織物、導(dǎo)電絲束制造的針織物、導(dǎo)電線制造的織物 (woven fabric)、導(dǎo)電線束制造的織物、導(dǎo)電纖維制造的織物、導(dǎo)電絲 制造的織物、導(dǎo)電絲束制造的織物，并且其中所述線、纖維以及絲中每一 種具有不超過(guò)O.lmm的直徑。
優(yōu)選地，所述支撐結(jié)構(gòu)體是接地的并選自連續(xù)超環(huán)面(toroid)、 分段超環(huán)面、連續(xù)金屬超環(huán)面、分段金屬超環(huán)面、避雷柱(lightning pole )、
傳輸線路的架空地線、變電站的架空地線、牽線以及風(fēng)輪機(jī)葉片。
優(yōu)選地，所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體以形成單層導(dǎo)體 或多層導(dǎo)體。
優(yōu)選地，所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿縱向方向和/或橫向方向纏繞所述支 撐結(jié)構(gòu)體。
在^f吏用時(shí)，當(dāng)適宜地成形裝置和確定裝置的尺寸并將裝置暴露至雷擊
之前的電場(chǎng)時(shí)，該裝置ii^輝光模式電暈放電并在潮濕和干燥兩種情況下 產(chǎn)生高和可預(yù)測(cè)速率的正空間電荷。即使在刮風(fēng)條件下，該正空間電荷產(chǎn) 生速率足夠在限定區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)體或?qū)w上感應(yīng)負(fù)電荷并抑制正流光的發(fā) 展，由此減少常規(guī)和上行雷擊的危險(xiǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造避雷裝置的方法，所述避雷 裝置用于減少要保護(hù)的物體受到常規(guī)和上行雷擊，所述方法包括以下步驟
a) 提供適合于接地的支撐結(jié)構(gòu)體；
b) 圍繞所述支撐結(jié)構(gòu)體纏繞空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體以形成線圏，用于在 所述要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生與云電荷極性相反的空間電荷，所述空間電荷 在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)出與所述云電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)的 電荷極性相反的電荷，并抑制從所述要保護(hù)的物體形成流光，每一個(gè)空間 電荷產(chǎn)生導(dǎo)體具有不超過(guò)O.lmm的直徑，用于在干燥和潮濕兩種條件下減 小在其上纏繞每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的所述支撐結(jié)構(gòu)體的電暈起始電 壓。
優(yōu)選地，步驟b)包括下列步驟選擇所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體所形成 的所述線圏的給定的繞線節(jié)距，以及選擇纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體的所述空間 電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的給定的長(zhǎng)度，以控制在所述要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生空間電 荷的速率。
優(yōu)選地，步驟a)包括如下步驟，即對(duì)于任何給定的環(huán)境場(chǎng)，選擇所 述支撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定高度，以控制所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體所暴露 到的電場(chǎng)的值。
優(yōu)選地，步驟a)包括如下步驟，即對(duì)于任何給定的環(huán)境場(chǎng)和所述支
撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定的高度，選擇所述支撐結(jié)構(gòu)體的給定的長(zhǎng)度和選 擇所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的給定的長(zhǎng)度，以控制在所述要保護(hù)的物體鄰近 產(chǎn)生空間電荷的速率的值。
優(yōu)選地，步驟a)包括如下步驟，即對(duì)于任何給定的環(huán)境場(chǎng)和所述支 撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定的高度，選擇所述支撐結(jié)構(gòu)體的給定的直徑并選 擇所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的長(zhǎng)度，以控制在所述要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生空 間電荷的速率的值。
優(yōu)選地，所述支撐結(jié)構(gòu)體是導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)體并且步驟a)包括如下步 驟，即對(duì)于任何給定的環(huán)境場(chǎng)和所述支撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定的高度， 選擇所述支撐結(jié)構(gòu)體的直徑，以控制所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體所暴露到的電 場(chǎng)。
優(yōu)選地，步驟a)包括在所述要保護(hù)的物體的頂上或鄰近設(shè)置所述支 撐結(jié)構(gòu)體的步驟。
優(yōu)選地，步驟b)包括將所述線圏嵌入到所述要保護(hù)的物體中的步驟。 優(yōu)選地，所述物體自身作為所述支撐結(jié)構(gòu)體。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了兩個(gè)或更多個(gè)避雷裝置，用于減少要 保護(hù)的物體受到常規(guī)和上行雷擊，每一個(gè)裝置包括
支撐結(jié)構(gòu)體，適合于接地；以及
空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體，其纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體并形成線圏，用于在所述 要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生與云電荷極性相反的空間電荷，所述空間電荷在所 述要保護(hù)的物體上感應(yīng)出與所述云電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)的電荷 極性相反的電荷，并抑制從所述要保護(hù)的物體形成流光，每一個(gè)空間電荷 產(chǎn)生導(dǎo)體具有不超過(guò)O.lmm的直徑，用于在干燥和潮濕兩種條件下減小在 其上纏繞每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的所述支撐結(jié)構(gòu)體的電暈起始電壓，其 中每一個(gè)避雷裝置彼此間隔給定的距離。
優(yōu)選地，這里公開(kāi)的本發(fā)明是與所有現(xiàn)有系統(tǒng)相區(qū)別的避雷裝置，因
為
*其使用由非常細(xì)(直徑不超過(guò)O.lmm)的導(dǎo)電線或纖維、或由這樣的纖維或線制造的織物構(gòu)成的線圏來(lái)產(chǎn)生空間電荷。
即使在極高的電場(chǎng)中，其僅在無(wú)脈沖輝光(pulse-less-free)(無(wú)流光)模式產(chǎn)生電暈。 *其在潮濕和干燥條件下均可運(yùn)行。*其在潮濕河干燥條件下均可運(yùn)行。*其提供了控制空間電荷產(chǎn)生速率的裝置。*此外，因?yàn)榕c結(jié)構(gòu)體頂端和云或下行先導(dǎo)之間的距離相比，裝置(抑制器)與保護(hù)的結(jié)構(gòu)體之間距離很短，其通過(guò)感應(yīng)適宜極性的大量電荷完成了這樣的實(shí)際的任務(wù)，即抵消云或下行負(fù)先導(dǎo)對(duì)所保護(hù)的結(jié)構(gòu)體的作用。
優(yōu)選地，所述裝置包括支撐結(jié)構(gòu)體，其至少部分為金屬或?qū)щ?，例如各種形狀和尺寸的超環(huán)面或架空地線、或牽線。所述裝置可替代地包括不導(dǎo)電的支撐結(jié)構(gòu)，例如風(fēng)輪機(jī)的葉片。在兩種情況下，支撐電極或支撐結(jié)構(gòu)體被非常細(xì)(直徑不超過(guò)O.lmm或0.00394"，不過(guò)在直徑處于10-50微米范圍內(nèi)可以得到最佳效果)的導(dǎo)電線、纖維、絲或絲束、由這樣的細(xì)纖維或線以單層或多層制成的紗或織物或針織物沿縱向和/或橫向方式纏繞， 以形成連續(xù)或分段的電線圏。優(yōu)選地，由耐候材料例如不銹鋼制造導(dǎo)電線或纖維或絲。該導(dǎo)電線或纖維被電連接至地，并且其是如此之細(xì)以至于在干燥和潮濕兩種條件下當(dāng)其發(fā)生電暈時(shí)，其產(chǎn)生輝光型放電而不會(huì)形成流光。當(dāng)裝置為高于地面的希望高度適宜地成形和定尺寸時(shí)，該裝置可以在低至2KV/m的環(huán)境(地面)場(chǎng)以及數(shù)百KV/m范圍的高環(huán)境場(chǎng)中無(wú)流光地產(chǎn)生空間電荷。在濕/干基于輝光的流光抑制器鄰近積累的十毫庫(kù)侖范圍的正空間電荷(考慮到其像電荷)可以感應(yīng)足夠的負(fù)電荷以在裝置周?chē)鷶?shù)十米范圍的距離內(nèi)抑制正流光的產(chǎn)生。
超環(huán)面電極支撐結(jié)構(gòu)體的有利性質(zhì)為，其可以容易地改造為現(xiàn)有的避雷/Franklin棒。同樣，應(yīng)用本發(fā)明以保護(hù)傳輸線路和/或變電站具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即抑制器線圏可以容易地適配于現(xiàn)有地線。
使用金屬超環(huán)面電極作為電線圏的支撐結(jié)構(gòu)體，對(duì)于歸因于云或下行先導(dǎo)的環(huán)境場(chǎng)的任何常見(jiàn)值而言，提供了控制和加強(qiáng)線圏實(shí)際所暴露到的
電場(chǎng)的方法。這通過(guò)調(diào)整超環(huán)面的次和主直徑以及高于地面的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 除了通過(guò)電極的尺寸和高于地面的高度來(lái)控制場(chǎng)之外，線圏的繞線節(jié) 距將確定線圏的長(zhǎng)度，并因此確定裝置周?chē)恼姾僧a(chǎn)生速率。這提供了 電荷控制和確定裝置(抑制器)對(duì)歸因于云或負(fù)下行先導(dǎo)的環(huán)境場(chǎng)的敏感 度的獨(dú)特可能性。
基于相同的條件通過(guò)使用多個(gè)適宜間隔的抑制器線圏(多個(gè)地線)， 所描述的本發(fā)明提供了增加電荷產(chǎn)生的額外的簡(jiǎn)單方法。對(duì)于超環(huán)面的情 況，雙-超環(huán)面-電極設(shè)置中的單個(gè)超環(huán)面之間的間隔應(yīng)顯著大于單個(gè)超環(huán) 面的次直徑，并顯著小于單個(gè)超環(huán)面的主直徑。在多-超環(huán)面設(shè)置中的連續(xù) 的雙超環(huán)面的必要性和間隔由保護(hù)的結(jié)構(gòu)體的高度和單個(gè)超環(huán)面的主直徑 確定。
眾所周知，空間電荷沿電場(chǎng)移動(dòng)并祐義和雨滴帶走。
抑制器線圏產(chǎn)生的正空間電荷具有兩個(gè)分量。當(dāng)歸因于云的環(huán)境電場(chǎng) 在抑制器線圏的空間電荷產(chǎn)生元件上一但導(dǎo)致電暈起始，就產(chǎn)生第 一分量。 這是相對(duì)慢的過(guò)程，但是由風(fēng)或雨去除的任何電荷立刻會(huì)使垂直于電極(超 環(huán)面、地線或牽線)表面的電場(chǎng)增強(qiáng)，并增加電荷產(chǎn)生的速率，直到電荷 去除與電荷產(chǎn)生之間達(dá)到平衡狀態(tài)。
在負(fù)先導(dǎo)向下傳播向地面期間，歸因于電場(chǎng)增強(qiáng)，產(chǎn)生空間電荷的第
二分量。公知，負(fù)下行先導(dǎo)速度具有l(wèi)()Sm/s的量級(jí)。這意味著，負(fù)先導(dǎo)在 約10ms內(nèi)覆蓋lkm的距離。對(duì)于幾十米/s的風(fēng)速和幾米/s的下落雨滴的 速度，抑制器在10ms時(shí)長(zhǎng)內(nèi)所產(chǎn)生的空間電荷實(shí)際上將停滯，并將起到 其被指派的作用。
因?yàn)檫@樣的獨(dú)特的性質(zhì)，即在千燥和潮濕條件下產(chǎn)生高速率的空間電 荷而沒(méi)有流光，即使在刮風(fēng)條件下也可以在鄰近的(保護(hù)的)結(jié)構(gòu)體上感 應(yīng)出負(fù)電荷。在保護(hù)的結(jié)構(gòu)體上的這樣的感應(yīng)的負(fù)電荷抵消了云或下行負(fù) 先導(dǎo)的負(fù)電荷在結(jié)構(gòu)體上感應(yīng)的正電荷。這具有抑制從保護(hù)的結(jié)構(gòu)體形成 正流光的效果，或具體而言，抑制了流光達(dá)到轉(zhuǎn)變成先導(dǎo)放電所需要的臨 界尺寸，并因此減小了結(jié)構(gòu)體對(duì)雷電附著過(guò)程的參與，由此減小雷擊損害。
在常規(guī)下行雷電的情況下，抑制器具有這樣的目的，該目的為減小或 完全消除任何結(jié)構(gòu)體的由正先導(dǎo)所潛在跨越的那部分吸引半徑。在結(jié)構(gòu)體 或任何物體在地面上具有有限的投影面積的情況下，這因此將基本上減小
吸引半徑ra并可以將圍繞結(jié)構(gòu)體的暴露面積(;rra2)最多減小至原暴露面 積的1/10。
將電力線路和變電站暴露至雷擊非常相似于上述的結(jié)構(gòu)體暴露。然而， 一個(gè)區(qū)別為，歸因于導(dǎo)體和結(jié)構(gòu)體的有限的高度，電力裝置不易受到向上 的雷電并僅受到歸因于下行先導(dǎo)的雷擊。雖然有時(shí)在變電站門(mén)架(portal) 上使用避雷棒，但主要通過(guò)架空地線實(shí)施電力線路導(dǎo)體的避雷。歸因于雷 電的線路和變電站的絕緣閃絡(luò)(flashover)有兩種截然不同的發(fā)生機(jī)制。 第一種為"屏蔽失效"，其中雖然存在架空地線的保護(hù)但電力導(dǎo)體仍遭到 雷擊。第二種機(jī)制稱(chēng)為"反向閃絡(luò)(backflashover)"，其這樣產(chǎn)生，當(dāng) 塔頂端或架空地線遭雷擊時(shí)，其電勢(shì)立即升高超過(guò)地電勢(shì)，并使導(dǎo)體與塔 結(jié)構(gòu)體之間的絕緣體串過(guò)壓(overstress)。在兩種情況下，歸因于下行負(fù) 先導(dǎo)的在線路導(dǎo)體或架空地線上感應(yīng)的正電荷使周?chē)目諝膺^(guò)壓，產(chǎn)生正 流光。這些流光，當(dāng)達(dá)到臨界尺寸時(shí)，便產(chǎn)生正上行先導(dǎo)，該正上行先導(dǎo) 在附著機(jī)制中起主要作用，并因此在確定導(dǎo)體或架空地線的側(cè)向吸引距離 中也起主要作用。
纏繞架空地線的無(wú)流光濕/干基于輝光的流光抑制器線圏產(chǎn)生正空間 電荷云，該正空間電荷云進(jìn)而在地線和保護(hù)的電導(dǎo)體上感應(yīng)出負(fù)電荷。這 將抑制正流光/先導(dǎo)的產(chǎn)生過(guò)程，并顯著減小其側(cè)向吸引距離。
對(duì)于與屏蔽失效相關(guān)的雷擊電流，通常在5-15kA的范圍，附著機(jī)制 的建模(參考[6)表明，導(dǎo)體發(fā)射的正先導(dǎo)基本覆蓋側(cè)向吸引距離的一半。 因此，濕/干基于輝光的流光抑制器線圏可以將側(cè)向吸引距離減小為原吸引 距離的一半或更少。與反向閃絡(luò)相關(guān)的雷擊電流，通常為100kA的范圍。 這里，自地線上行的正先導(dǎo)可以覆蓋側(cè)向吸引距離的2/3，使得在減小與 反向閃絡(luò)相關(guān)的雷擊次數(shù)時(shí)應(yīng)用濕/干基于輝光的流光抑制器將更有效。
對(duì)于上行雷電的情況，抑制自結(jié)構(gòu)體形成正流光具有這樣的效果，使
從保護(hù)的結(jié)構(gòu)體形成上行先導(dǎo)所需要的環(huán)境場(chǎng)增加，其中該環(huán)境場(chǎng)由云電
荷引起。歸因于云電荷的環(huán)境地面場(chǎng)是統(tǒng)計(jì)變量，其通常在2kV/m-18kV/m 的范圍內(nèi)變化(參考[l，[2])。結(jié)構(gòu)體發(fā)生上行雷電的臨界環(huán)境場(chǎng)由簡(jiǎn)單 的表達(dá)式Eg=1600/h給出。所以，例如，135m的通訊塔將具有12kV/m的 臨界環(huán)境場(chǎng)，而對(duì)于與具有553m的高度的CN塔相似的結(jié)構(gòu)體，臨界環(huán) 境場(chǎng)為3kV/m。因此，通過(guò)升高需要的臨界環(huán)境場(chǎng)并依賴于結(jié)構(gòu)體的高度 和產(chǎn)生的空間電荷的量，抑制器將具有減小或完全消除從這樣的結(jié)構(gòu)體的 上行雷擊的效果。
通過(guò)閱讀下列參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的非限制性的描述，將更好地理 解本發(fā)明以及其各種優(yōu)點(diǎn)。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，由空間電荷產(chǎn)生元件所圍繞的常規(guī) 避雷棒的側(cè)視圖，非常細(xì)(直徑小于0.1mm)的導(dǎo)電線、纖維、絲、絲束 或紗形成電抑制器線圏；
圖2a和2b分別是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用作支撐結(jié)構(gòu)體的簡(jiǎn)明 單超環(huán)面電極的側(cè)視和俯視圖3a和3b分別是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用作支撐結(jié)構(gòu)體的分段 超環(huán)面電極的側(cè)視和俯視圖4a是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的單連續(xù)超環(huán)面和用作空間電荷產(chǎn) 生導(dǎo)體的細(xì)導(dǎo)電線或纖維的截面視圖，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿橫向纏繞超 環(huán)面形成抑制器線圏；
圖4b是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的分M環(huán)面和用作空間電荷產(chǎn)生 導(dǎo)體的細(xì)導(dǎo)電線或纖維的截面視圖，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿橫向纏繞超環(huán) 面形成抑制器線圏；
圖4c是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的雙超環(huán)面和用作空間電荷產(chǎn)生導(dǎo) 體的細(xì)導(dǎo)電線或纖維的截面視圖，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿橫向纏繞形成雙 抑制器線圏；
圖4d是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的雙超環(huán)面和用作空間電荷產(chǎn)生導(dǎo) 體的細(xì)導(dǎo)電線或纖維的截面視圖，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿橫向纏繞形成單 抑制器線圏；
圖5a是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的連續(xù)超環(huán)面和由用作空間電荷產(chǎn) 生導(dǎo)體的細(xì)導(dǎo)電線或纖維制造的織物或針織物的截面視圖，該空間電荷產(chǎn) 生導(dǎo)體沿縱向和橫向纏繞超環(huán)面形成抑制器線圏；
圖5b是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的連續(xù)超環(huán)面和用作空間電荷產(chǎn)生 導(dǎo)體的細(xì)導(dǎo)電線或纖維的截面視圖，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿縱向纏繞超環(huán) 面形成抑制器線圏；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的在自支撐的避雷柱上安裝的多個(gè)雙 超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器的側(cè)視圖7是塔的側(cè)視圖，該塔具有頂部安裝的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的 雙超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器，其固定到傳統(tǒng)避雷棒和接地系統(tǒng)；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的雙超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑 制器的側(cè)視圖，該雙超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器被直接安裝到塔上 并通過(guò)常規(guī)接地系統(tǒng)接地；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的安裝到塔上的多超環(huán)面濕/干基于 輝光的流光抑制器的側(cè)視圖10是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的絕緣風(fēng)輪機(jī)葉片和具有地線的嵌 入的濕/干基于輝光的流光抑制器線圏的截面視圖11是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的頂部安裝的超環(huán)面濕/干基于輝光 的流光抑制器的側(cè)視圖，該超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器被設(shè)置到具 有地線的船上；
圖12是才艮據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具有嵌入的抑制器線圏的高電壓 DC觸發(fā)空氣隙(trigaron)的示意圖13是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)施為安裝到要保護(hù)的結(jié)構(gòu)體上 的超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器的避雷裝置的示意圖14a是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的安裝有濕/干基于輝光的流光抑
制器線圏的架空地線的側(cè)視圖，該架空地線懸在輸電線路的塔或變電站的 支撐結(jié)構(gòu)體之間；
圖14b是圖14a示出的架空地線的縱向細(xì)節(jié)的側(cè)視圖15是才艮據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的兩個(gè)變電站門(mén)架(portal)的平面
圖，該兩個(gè)變電站門(mén)架具有兩個(gè)安裝有濕/千基于輝光的流光抑制器線圏的
架空地線，以及兩個(gè)安裝在柱上的超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器； 圖16a是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具有牽線的通訊塔的剖視立面
圖，該牽線安裝有濕/干基于輝光的流光抑制器線圏；
圖16b是圖16a示出的牽線的縱向細(xì)節(jié)的側(cè)視圖；以及
圖17是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的安裝到金屬煙囪上的超環(huán)面濕/干
基于輝光的流光抑制器。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，示出了由形成電抑制器線圏的空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12所纏繞 的避雷棒10。空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12可以是非常細(xì)(其直徑不超過(guò)O.lmm ) 的導(dǎo)電線、纖維、絲、絲束、由這樣的纖維或線制造的紗或織物或針織物。 導(dǎo)電線等以限定繞線節(jié)距距離WP的給定繞線節(jié)距纏繞避雷棒10。
參考圖2a、 2b、 3a、 3b,示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用作支撐 結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)明單超環(huán)面電極14和分段超環(huán)面電極16。示出了超環(huán)面電極14、 16具有次直4圣d、主直徑D、內(nèi)主直徑Di以及外主直徑Do。這些建立了 可以為本發(fā)明的目的而變化的各種參數(shù)和尺寸。
參考圖4a、 4b，分別示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的單連續(xù)金屬超 環(huán)面14和分段超環(huán)面16，用作空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12的細(xì)導(dǎo)電線或纖維沿 橫向纏繞單連續(xù)金屬超環(huán)面14和分段超環(huán)面16的每一個(gè)，形成抑制器線
參考圖4c，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的兩個(gè)連續(xù)超環(huán)面14和 用作空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12的細(xì)導(dǎo)電線或纖維，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12沿 橫向纏繞，形成雙抑制器線圏。
參考圖4d，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的兩個(gè)連續(xù)超環(huán)面14和 用作空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12的細(xì)導(dǎo)電線或纖維，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12沿 橫向纏繞，形成單抑制器線圏。
參考圖5a,示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的連續(xù)超環(huán)面14和用作 空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12的細(xì)導(dǎo)電纖維或線所制成的織物或針織物18，該空 間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12沿縱向和橫向纏繞超環(huán)面14，形成多層抑制器線圏。
參考圖5b，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的連續(xù)超環(huán)面和用作空間 電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12的細(xì)導(dǎo)電線或纖維，該空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12沿縱向纏繞 超環(huán)面，形成抑制器線圏。
參考圖6，示出了才艮據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具有在其上安裝的與圖 4a所示類(lèi)似的多個(gè)雙超環(huán)面抑制器線圏20的自支撐的避雷柱10，其形成 了避雷裝置1。因?yàn)橐约?xì)導(dǎo)體12纏繞的超環(huán)面14被安裝到UL認(rèn)證的避 雷棒上，所以可以在任何使用常規(guī)避雷棒的位置使用超環(huán)面電極或超環(huán)面 濕/千基于輝光的流光抑制器線圏，從而容易地形成避雷裝置1。柱10被 顯示為由牽線22支撐，并連接到接地電極24。
參考圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的避雷裝置1，其被安裝在 塔26的頂上。避雷裝置1包括安裝到常規(guī)避雷棒10并連接至接地系統(tǒng)或 接地電極24的雙超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器線圏20。
參考圖8，示出了根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的避雷裝置l，其圍繞塔 26安裝。該避雷裝置1包括連接至接地電極24的雙超環(huán)面濕/干基于輝光 的流光抑制器線圏20。
參考圖9，雖然以單個(gè)單元闡述了本發(fā)明，但可以以串列使用多個(gè)單 元，以使物體，例如高通訊塔26電靜默。在該示例中，示出了鄰近頂部直 接安裝的避雷裝置或抑制器1和更鄰近塔26的底部的一些避雷裝置或柱上 抑制器l，并被連接至接地系統(tǒng)24。
參考圖10，示出了根據(jù)本發(fā)明又一優(yōu)選實(shí)施例的用于保護(hù)風(fēng)輪機(jī)葉片 28的避雷裝置。在該示例中，抑制器線圏30可以被制成為例如嵌入到作 為該情況下的支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪機(jī)葉片28的絕緣葉片中。通過(guò)線32將嵌入
的線圏30連接至地，該線32又被連接至常規(guī)避雷金屬尖端36的常規(guī)地線 34。
參考圖11，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的用于保護(hù)水上交通 工具或船38的避雷裝置。在該示例中，抑制器線圏40被安裝到船38的桅 桿上并被連接至地線42。
參考圖12,示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具有嵌入的抑制器線圏 30的高電壓DC觸發(fā)空氣隙(trigaron)的示例。在負(fù)高電壓電極46與正 地電壓電極48之間限定可調(diào)整的空氣隙44，其通過(guò)絕緣電阻器50被連接 至觸發(fā)電極。通過(guò)抑制正流光，根據(jù)本發(fā)明的裝置可用來(lái)增加空氣隙的最 小擊穿電壓，例如在Trigatron的情況，和減小擊穿電壓的^t( dispersion ) 以防止在施加觸發(fā)脈沖之前間隙不穩(wěn)定打火花。Trigatron的替代設(shè)置為將 抑制器承載電極30連接至正電勢(shì)源，同時(shí)將相反的電極接地。
參考圖13，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的避雷裝置，該避雷裝置 被實(shí)施為安裝到要保護(hù)的結(jié)構(gòu)體54上的超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制 器l。通過(guò)地線42將該抑制器1連接至地電極24。負(fù)云電荷60在地面上 感應(yīng)正電荷62,在結(jié)構(gòu)體54上感應(yīng)正電荷64,在濕/千基于輝光的流光抑 制器1上感應(yīng)正電荷65。抑制器1上的感應(yīng)的正電荷65導(dǎo)致抑制器周?chē)?的空氣電離并無(wú)流光地產(chǎn)生足夠的正空間電荷66，以在要保護(hù)的結(jié)構(gòu)體54 上感應(yīng)負(fù)電荷68，即使在下雨70和刮風(fēng)72條件下，抵消由云感應(yīng)的電荷 并由此抑制正流光的形成。歸因于抑制器正電荷66，在地面中同樣產(chǎn)生了 負(fù)電荷74。
參考圖14a和14b，空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12纏繞架空地線76形成電線 圏，該架空地線76懸在輸電線路塔或變電站的支撐結(jié)構(gòu)體之間或任何使用 架空地線的地方。
參考圖15，示出了兩個(gè)變電站門(mén)架(portal),該變電站門(mén)架具有兩 個(gè)安裝有濕/干基于輝光的流光抑制器線圏的架空地線76,和兩個(gè)安裝在 柱上的超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器78。變電站門(mén)架包括絕緣串80、 母線82、鋼門(mén)架、以及地線支撐86。
參考圖16a和16b，空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體12纏繞用于支撐結(jié)構(gòu)體卯的 牽線88，形成電線圏。只需要僅僅在牽線88的一部分上纏繞電荷產(chǎn)生導(dǎo) 體?？梢钥蛇x地提供頂部安裝的超環(huán)面抑制器l。
參考圖17，可以將超環(huán)面濕/干基于輝光的流光抑制器1安裝到金屬 煙囪92上。抑制器被連接至地電極24。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試
在2006年一月23至31日之間，本專(zhuān)利的發(fā)明人進(jìn)行并見(jiàn)證了在 Hydro Quebec高電壓實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)。測(cè)試的目的為確定下列情 況的細(xì)線的效果
電極的電暈起始電壓；
*脈沖電流(流光)的產(chǎn)生與DC電流(輝光模式電暈)的關(guān)系；
* 1.5米雙超環(huán)面空氣隙的擊穿電壓，其中測(cè)試電極作為陽(yáng)極。 構(gòu)建了多個(gè)相同的不銹鋼測(cè)試電極，每一個(gè)電極包括兩個(gè)超環(huán)面，該
兩個(gè)超環(huán)面的主直徑為一米以及次直徑為2.54cm (—英寸)，并將超環(huán)面 以30cm (12英寸)的間隔對(duì)稱(chēng)地安裝在不銹鋼框架上。 一個(gè)雙超環(huán)面測(cè) 試電極是棵的并作為"控制，，，而以下列變化的量的材料纏繞另一測(cè)試電極
* 50微米(直徑)不銹鋼線；
*由275條12微米(直徑)不銹鋼纖維的絲所組成的束； *由12微米(直徑)不銹鋼纖維的絲束制造的織物。 在第一系列實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試電極被安裝在直徑10cm ( 4英寸)的豎直鋁 柱上并高于地面3.5m。約6m直徑的導(dǎo)電盤(pán)以高于地面5米的高度懸在測(cè) 試電極之上或懸在高于測(cè)試電極1.5米。在潮濕和干燥條件下，在直流電 壓(DC)下單獨(dú)測(cè)試每一個(gè)電極。在約45秒內(nèi)將導(dǎo)電盤(pán)的電壓升至負(fù) 600KV，我們注意電暈起始電壓(通過(guò)測(cè)量電流流動(dòng)并監(jiān)視可見(jiàn)的放電和 可聽(tīng)的噪聲)，該電壓凈皮保持在600KV—分鐘，然后升高電壓直到擊穿。 注意到，對(duì)于干燥棵"控制"電極，電暈起始電壓約400KV,并且1.5米間 隙的擊穿電壓為約650KV。此外，從400KV升高到直至擊穿，產(chǎn)生了顯 著的流光活度。當(dāng)相同的電極是潮濕的時(shí)，電暈起始電壓約250KV，擊穿
電壓幾乎沒(méi)有改變，并具有顯著的流光活度。
然而，當(dāng)適當(dāng)量的細(xì)線或細(xì)纖維或由這樣的纖維制造的織物纏繞測(cè)試 電極并暴露至同樣的條件時(shí)，觀察到了顯著的差異。在潮濕和干燥兩種情
況下，電暈起始電壓減小為低至150KV。間隙的擊穿電壓增加了約150KV, 并且電極產(chǎn)生高達(dá)1.7mA的DC電流，或者其以約1.7mC/s的速率產(chǎn)生空 間電荷。此外，在潮濕和干燥兩種情況下，從電壓升高直至擊穿，電極才艮 本不產(chǎn)生流光。
在第二系列測(cè)試中，將測(cè)試電極直接連接至正DC電源并倒置地懸在 通過(guò)電流測(cè)試旁路接地的大鋼盤(pán)之上3.5米。將電壓逐步升高至800KV， 并在每一個(gè)平臺(tái)期進(jìn)行測(cè)量和觀察。觀察到，在潮濕和干燥兩種情況下， 棵測(cè)試電極具有顯著的流光活度，但是同樣，一:s^在適當(dāng)配置的細(xì)線或 細(xì)纖維，消除了任何的流光活度并產(chǎn)生了大量的空間電荷。未設(shè)計(jì)第二系 列實(shí)驗(yàn)達(dá)到間隙擊穿。
參考文件
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5. Influence of Rain on Switching Impulse Sparkover Voltage of Large Electrode Air-Gaps, Farouk A.M. Rizk, IEEE Trans. On
Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-95, No.4 July/August 1976， pp.1394-1402 6. Modeling of Transmission Line Exposure to Direct Lightning Strokes, Fa醒k A.M. Rizk， IEEE Trans. On Power Delivery, Vol.5, October 1990, pp.1983-199權(quán)利要求
1.一種避雷裝置，用于減少要保護(hù)的物體受到常規(guī)和上行雷擊，所述裝置包括支撐結(jié)構(gòu)體，適合于接地；以及空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體，其纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體并形成線圈，用于在所述要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生與云電荷極性相反的空間電荷，所述空間電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)出與所述云電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)的電荷極性相反的電荷，并抑制從所述要保護(hù)的物體形成流光，每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體具有不超過(guò)0.1mm的直徑，用于在干燥和潮濕兩種條件下減小在其上纏繞每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的所述支撐結(jié)構(gòu)體的電暈起始電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的避雷裝置，其中所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體選自導(dǎo)電 線、導(dǎo)電線束、導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電絲、導(dǎo)電絲束、導(dǎo)電線制造的紗、導(dǎo)電線 束制造的紗、導(dǎo)電纖維制造的紗、導(dǎo)電絲制造的紗、導(dǎo)電絲束制造的紗、 導(dǎo)電線制造的針織物、導(dǎo)電線束制造的針織物、導(dǎo)電纖維制造的針織物、 導(dǎo)電絲制造的針織物、導(dǎo)電絲束制造的針織物、導(dǎo)電線制造的織物、導(dǎo)電 線束制造的織物、導(dǎo)電纖維制造的織物、導(dǎo)電絲制造的織物、導(dǎo)電絲束制 造的織物，并且其中所述線、纖維以及絲中每一種具有不超過(guò)0.1mm的直 徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的避雷裝置，其中所述支撐結(jié)構(gòu)體是接地的并選自 連續(xù)超環(huán)面、分段超環(huán)面、連續(xù)金屬超環(huán)面、分段金屬超環(huán)面、避雷柱、 傳輸線路的架空地線、變電站的架空地線、牽線以及風(fēng)輪機(jī)葉片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的避雷裝置，其中所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體纏繞所述 支撐結(jié)構(gòu)體以形成單層導(dǎo)體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的避雷裝置，其中所迷空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體纏繞所述 支撐結(jié)構(gòu)體以形成多層導(dǎo)體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的避雷裝置，其中所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿縱向方 向纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3的避雷裝置，其中所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體還沿橫向 方向纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3的避雷裝置，其中所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體沿縱向方 向和橫向方向纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體。
9. 一種制造避雷裝置的方法，所述避雷裝置用于減少要保護(hù)的物體受 到常規(guī)和上行雷擊，所述方法包括以下步驟a) 提供適合于接地的支撐結(jié)構(gòu)體；以及b) 圍繞所述支撐結(jié)構(gòu)體纏繞空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體以形成線圏，用于在 所述要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生與云電荷極性相反的空間電荷，所述空間電荷 在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)出與所述云電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)的 電荷極性相反的電荷，并抑制從所述要保護(hù)的物體形成流光，每一個(gè)空間 電荷產(chǎn)生導(dǎo)體具有不超過(guò)O.lmm的直徑，用于在干燥和潮濕兩種條件下減 小在其上纏繞每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的所述支撐結(jié)構(gòu)體的電暈起始電 壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體選自導(dǎo)電線、 導(dǎo)電線束、導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電絲、導(dǎo)電絲束、導(dǎo)電線制造的紗、導(dǎo)電線束制 造的紗、導(dǎo)電纖維制造的紗、導(dǎo)電絲制造的紗、導(dǎo)電絲束制造的紗、導(dǎo)電 線制造的針織物、導(dǎo)電線束制造的針織物、導(dǎo)電纖維制造的針織物、導(dǎo)電 絲制造的針織物、導(dǎo)電絲束制造的針織物、導(dǎo)電線制造的織物、導(dǎo)電線束 制造的織物、導(dǎo)電纖維制造的織物、導(dǎo)電絲制造的織物、導(dǎo)電絲束制造的 織物，并且其中所述線、纖維以及絲中每一種具有不超過(guò)0.1mm的直徑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述支撐結(jié)構(gòu)體是接地的并選自 連續(xù)超環(huán)面、分段超環(huán)面、連續(xù)金屬超環(huán)面、分段金屬超環(huán)面、避雷柱、 傳輸線路的架空地線、變電站的架空地線、牽線以及風(fēng)輪機(jī)葉片。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中步驟b)包括下列步驟選擇所述 空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體所形成的所述線圏的給定的繞線節(jié)距，以及選擇纏繞所 述支撐結(jié)構(gòu)體的所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的給定長(zhǎng)度，以控制在所述要保護(hù) 的物體鄰近產(chǎn)生所述空間電荷的速率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中步驟a)包括以下步驟對(duì)于任何 給定的環(huán)境場(chǎng)選擇所述支撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定高度，以控制所述空間 電荷產(chǎn)生導(dǎo)體所暴露到的電場(chǎng)的值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中步驟a)包括以下步驟對(duì)于任何 給定的環(huán)境場(chǎng)和所述支撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定高度，選擇所述支撐結(jié)構(gòu) 體的給定長(zhǎng)度并選擇所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的給定長(zhǎng)度，以控制在所述要 保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生所述空間電荷的速率的值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中步驟a)包括以下步驟對(duì)于任何 給定的環(huán)境場(chǎng)和所述支撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定高度，選擇所述支撐結(jié)構(gòu) 體的給定的直徑并選擇所述空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的長(zhǎng)度，以控制在所述M 護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生所述空間電荷的速率的值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述支撐結(jié)構(gòu)體是導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)體，并且步驟a)包括以下步驟對(duì)于任何給定的環(huán)境場(chǎng)和所述支撐結(jié)構(gòu)體高于地面的給定高度，選擇所述導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)體的直徑，以控制所述空間電 荷產(chǎn)生導(dǎo)體所暴露到的電場(chǎng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟a)包括在所述要保護(hù)的物體 的頂上設(shè)置所述支撐結(jié)構(gòu)體的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟a)包括緊密鄰近所述要保護(hù) 的物體設(shè)置所述支撐結(jié)構(gòu)體的步驟。
19. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟b)包括將所述線圏嵌入到所 述要保護(hù)的物體中的步驟。
20. 兩個(gè)或更多個(gè)避雷裝置，用于減少要保護(hù)的物體受到常規(guī)和上行雷擊，每一個(gè)裝置包括支撐結(jié)構(gòu)體，適合于接地；以及空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體，其纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體并形成線圏，用于在所述 要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生與云電荷極性相反的空間電荷，所述空間電荷在所 述要保護(hù)的物體上感應(yīng)出與所述云電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)的電荷 極性相反的電荷，并抑制從所述要保護(hù)的物體形成流光，每一個(gè)空間電荷 產(chǎn)生導(dǎo)體具有不超過(guò)0.1mm的直徑，用于在干燥和潮濕兩種條件下減小在 其上纏繞每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的所述支撐結(jié)構(gòu)體的電暈起始電壓，其 中每一個(gè)避雷裝置彼此間隔給定的距離。
全文摘要
一種避雷裝置，用于減少要保護(hù)的物體受到常規(guī)和上行雷擊。所述裝置包括適合于接地的支撐結(jié)構(gòu)體；以及空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體，其纏繞所述支撐結(jié)構(gòu)體并形成線圈，用于在所述要保護(hù)的物體鄰近產(chǎn)生與云電荷極性相反的空間電荷。所述空間電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)出與所述云電荷在所述要保護(hù)的物體上感應(yīng)的電荷極性相反的電荷，并抑制從所述要保護(hù)的物體形成流光。每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體具有不超過(guò)0.1mm的直徑，用于在干燥和潮濕兩種條件下減小在其上纏繞每一個(gè)空間電荷產(chǎn)生導(dǎo)體的所述支撐結(jié)構(gòu)體的電暈起始電壓。
文檔編號(hào)H05F3/00GK101341640SQ200680048034
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者法魯克·A·M·里茲克, 阿姆魯·里茲克 申請(qǐng)人:法魯克·A·M·里茲克;阿姆魯·里茲克