對于避雷的改進的制作方法

文檔序號:8013994
專利名稱:對于避雷的改進的制作方法
技術領域
本發明涉及對于避雷的改進,特別涉及對于避雷針(或者說得更具體些,避雷針系統的空中端部分)的閃電俘獲效率的改進。
背量技術本杰明·富蘭克林在1752年證實,電被吸引至削尖的金屬件。在1753年,他詳細地描述了包括尖頭桿的避雷針。在稍后的信中,以及在觀看了英國電學家的實踐之后,他觀察到尖端將產生電暈,通過將電流放入空氣,以緩慢的方式使空氣電離。然而,他還評論說,用鈍的桿俘獲雷擊可能更有效。
自富蘭克林時代以來,有很多發明用來改進原先的富蘭克林尖頭避雷針的俘獲能力。這些發明包括多點、放射性增強、以電池為動力的火花發生器;風力驅動的高壓發生器;以及最近的多點空中端,這些空中端在雷暴雨下發生的天然電場存在時產生火花。這種多點空中端的一個例子已在美國專利4,480,146中揭示。
在科學方面,越來越多的人承認,上述尖端電暈在其上方產生空間電荷。這種空間電荷介于雷云和接地點之間,其作用改變了在所述尖端觀察到的電場。在這一過程,作為主放電先導的漸近引下線必須更逼近接地點以觸發一上引攔阻放電。正是上、下放電空氣間隙的閉合最終完成了雷云至地地電氣通道。這一閉合造成了雷擊點。
近年來,從接地導體引起早期上引放電有兩個一般的概念。這兩個概念構成了稱之為早期流光放射(Early Streamer Emission,ESE)空中端的新技術的基礎。
一種ESE空中端采用脈沖布局以消除出現上引流光時觀察到的停頓。另一種,如在美國專利4,760,213(J.R.岡姆萊)中所揭示的,在存在靜電場時采用一種球面形狀以減小電暈。同樣的裝置在先導引下線引道的火花隙處產生觸發脈沖。觸發脈沖產生自由電子電離和光致電離以幫助引上線的形成。
另一種技術試圖藉在“閃絡點(flashover point)”產生前中和雷云和特殊位置之間電荷差異以在該特殊位置防止雷擊。這樣一種“耗散系統”在美國專利5,043,527中有揭示(R.B.卡本特爾)。
在美國專利5,043,527的揭示中,有多個電暈產生點,并有一條能耗散在雷云中電荷的權利要求。該裝置設計成在時間上和在電流幅值上推遲上引放電或引上線的形成,或者靠在先導引線或引下線能形成之前耗散雷云來防止上引放電或引上線的形成。
第三種方法,稱為延遲流光放射(Delayed Streamer Emision,DSE)概念,假設先導引線將形成,但試圖延遲來自大地端的響應。

發明內容
本發明的一個目的是提供一改進的避雷系統和方法。
因此,本發明的一個主要形式是對于一建造物或場所提供一種避雷系統,該系統包括一位于所述建造物上或在所述場所的ESE空中端,其中至少有一個DSE部件放在所述建造物上或放在所述場所,離開所述ESE空中端適當的距離,由此來擴展所述ESE空中端的保護半徑。
本發明的另一個主要形式是提供一種避雷方法,其中,把一個或多個ESE空中端與多個DSE部件適當加以安排,以保護將雷擊引至所述一個或數個ESE空中端的建造物或場所。
本發明的又一主要形式是為一建造物或場所提供一種避雷系統,其中,相應于各自正或負的引上線時間優勢,把多個無源避雷終端裝置在所述建造物或所述場所作適當組合,以擴展一次收集器的吸引半徑。
本發明的又一形式是提供DSE部件,其中,DSE部件包括多個提供電暈形成點的向上散開的尖頂,而該部件的串聯阻抗防止假雷電引上線的出現及其造成的傳播。
附圖概述下面將結合附圖詳細描述本發明,其中

圖1是用以確定一建造物上的通常的富蘭克林避雷針的吸引半徑的略圖;圖2是類似于圖1的略圖,以ESE空中端來代替富蘭克林避雷針;圖3是類似于圖1和圖2的略圖,按照本發明,將ESE和DSE兩種空中端安裝就位;圖4是按照本發明一個實施例的DSE陣列的側視圖;圖5是適于安裝在建造物護墻上的一DSE部件的透視圖;圖6是另一種圖5部件的透視圖。
本發明的最佳實施方式圖1示出確定在建造物12上的通常的富蘭克林避雷針10的吸引半徑的一種布局。我們必須首先決定產生一個代表引發距離的半徑D(雷擊距離)的球面S1所需的防護程度。這一距離由在引下線上的電荷來設置。它是在開始建立引上線時由引下線的頭部至地電勢點(earth point)的距離。
引下線電荷也與接著發生的雷擊的峰值放電電流相關。有許多研究者已對后者進行了測量,現在已能統計地對高于一給定的峰值電流以上所有放電作防護。例如,首次雷擊放電中的93%超過10kA,它與約3庫侖的引線電荷相關聯。
然而,盡管富蘭克林避雷針可能建立引上線并進行傳播,對富蘭克林避雷針10畫一按比例的球面S1并不能保證避雷針不被雷擊。競爭來自建造物上的其他點。可以畫出一等概率L軌跡,其中富蘭克林避雷針和其他的結構突出物具有同樣的概率發起一引上線。現在參照澳大利亞標準AS1768-1991,在此等概率軌跡內部是收集體積V。這提供了防護半徑RP,在圖1中,該半徑(RP1)沒有延伸至建造物的所有部分,因而是不適當的。
在圖2中,示出了ESE14的作用。圖中我們看到包含了Δ1項,它是由ESE作用而得的距離優勢。在通常情形下,從達到臨界的電場強度的時刻到引上線實際升空和傳播的時刻之間有一時延。減小這一時延可表示為增加引發距離。Δ1由ESE空中端14的時間優勢乘以引上線的傳播速度得出,以得到一距離優勢。對于建筑物仍然保持引發距離D的常規點,沒有Δ1。
Δ1的作用是把球面半徑增加至代表引發距離的球面S2的半徑。還要注意,其他的結構點未變,使上述作用更合適。因而防護半徑RP要比圖1中的防護半徑增加(見圖2中的RP2)。一ESE空中端在增加吸引能力方面的作用可由圖2清楚地看出,收集體積增加,見圖2中的IV。
在圖3中,示出按照本發明的一種做法,其中外結構點16可以不具有引發距離D。點16設計得產生電暈并實際上延遲對引上線的引發。具體地說,對于外結構點提供DSE裝置,這些裝置適當加以配置,用以擴展防護區域,這在下面將會明白。這樣,點16的引發距離將是D—Δ1。圖3示出,這樣的一延時藉進一步增加RP值而實際上增加了ESE空中端的俘獲能力。這樣,RP3(圖3)比RP2(圖2)和RP1(圖1)都要大。
在本發明中,我們用電幾何模型(electrogeometric model)來解釋由ESE和DSE空中端的作用組合帶來的好處,并揭示一具有DSE特征的空中端結構的設計。
在已經提到的4,760,213號美國專利中已經詳細描述了ESE空中端,并將該專利的揭示包括在此作為參考。在這樣一個ESE空中端中,預放電電暈的減少以及觸發電弧的存在對早升空能力有貢獻。這一能力也能在其他ESE裝置中獲得。
如所述,DSE概念與在4,760,213號美國專利中揭示的是相對立的。現在的目的是由設計尋找一些結構點,這些點可與ESE空中端相配套,并對這些點提供延遲產生引上線的裝置。這些裝置是多點金屬系統,該系統設計得可在這些系統的上方立刻產生空間電荷。本發明中采用的裝置不是用來俘獲放電而只是用來推遲引線的產生,從而俘獲優先級由ESE空中端決定。其他類型的DSE裝置也可用在本發明的系統中。
圖4示出按照本發明的多個部件18,用這些部件來延遲上引線引發,并符合本發明的系統的DSE標準。
這些部件利用下述物理性質的組合1.有一系列產生充足的電暈/空間電荷的尖端。
2.有一允許插入控制阻抗的絕緣塊。
3.有一限制進入引線通道的電流,因而延遲引線形成和傳播的串聯阻抗。
在圖4中示出了一多點布局的例,它適用于建造物上的長護胸墻。
每個部件18包括三個或更多個尖頂20,這些尖頂最好用不銹鋼制作,每個尖頂有一尖銳的梢部。
梢部較佳的間隔約為250毫米,相鄰部件18的梢部相隔約250毫米。
一絕緣部分22,包括一高釉陶瓷絕緣子,支撐著尖頂20。內電阻器24位于絕緣子22內,以限制引上線傳播的電流。
用一塊接地板26來支承部件18。板26由不銹鋼制成,并采用螺栓28或其他固定裝置將板固定在建造物12的護墻上。
圖4組件的總長度最好約為2米,在板26上方的高度約500毫米。
圖5和圖6示出大體按照圖4的兩個DSE帶。
圖5示出裝在護墻32上的一DSE帶。圖6示出另一種設計34,其內有一電阻24。
圖4至圖6的相當簡單的部件以下述方式工作。當存在高電場時,由多個點組合起來以消除電暈電流。例如,如果阻抗是一串聯電阻器,即使它的值在1兆歐的數量級,它也將不禁止這一動作。在電場為5千伏/米時,每個點可放出5微安,而如果有30個點,則總的排放量約為150微安。與在雷云與地之間出現的100兆伏相比,跨于1兆歐兩端的電壓降僅為150伏。因此電阻器對電暈的產生沒有影響,而最終的空間電荷將由于漸近引下線而遮蔽觀察到的電場。于是這一引下線將必須更逼近,以引發引上線。
如果一引下線確實逼近組件中的一個部件,就會試圖用大于10安培的電流產生引上線。該引上線將需要接近100安的振蕩電流以進行傳播。在引發狀態,需要10安培電流,例如用一個1兆歐的電阻器作阻抗將下跌10兆伏或總電勢的10%。上述電阻器的作用是雙重的。首先,空間電荷意味著引下線需要更逼近,以引發傳播。其次,由于在串聯阻抗中的大電壓降而推遲了傳播。
高電壓實驗室實驗證實,高的源阻抗嚴格阻止引上線的引發和傳播。因此,對具有ESE性能的鄰近空中端,利用所得優勢,可以使引上線的引發產生“延遲”。把上述DSE帶(圖4至圖6)放在位于ESE空中端的防護半徑之外的所有建造物頂部外緣上,從而如本說明書前面所述的那樣擴展防護半徑。
在本發明中,現有的ESE空中端的時間和傳播性能的組合與為DSE設計的新裝置相組合。這一組合將增強前者的吸引能力,并減小雷電旁路一次吸引器而擊損遠角和護墻的危險。還以確定整個雷電吸引系統真實防護區域的方式,用兩種空中端概念的時間優勢和劣勢,描述了一個電幾何模型。
權利要求
1.一種用于建造物或場所,包括位于所述建造物或所述場所的ESE空中端的避雷系統,其特征在于,至少有一個DSE部件位于所述建造物或所述場所上,與所述ESE空中端相距合適,由此擴展所述ESE空中端的防護半徑。
2.如權利要求1所述的避雷系統,其特征在于,多個DSE部件圍繞一ESE空中端以適當的距離隔開,以促使發生在所述系統附近的雷擊擊中所述ESE空中端。
3.如權利要求2所述的避雷系統,其特征在于,所述ESE空中端與所述DSE部件是無源裝置。
4.如權利要求3所述的避雷系統,其特征在于,每個所述DSE部件包含多個電暈形成點和一個串聯阻抗,以阻止雷電引上線的引發和其后的傳播,一DSE部件內電暈形成點之間的間隔大體上相等,并且相鄰部件和相鄰點之間的間隔也大體上相等。
5.如權利要求4所述的避雷系統,其特征在于,把所述DSE部件以相隔一定距離的方式安裝在狹長的基座帶或角形帶上,以裝在要避雷的建造物的護墻上,所述基座帶構成一接地板。
6.一種避雷的方法,其特征在于,用一個或多個ESE空中端再與多個DSE部件加以適當組合,用把雷擊引至所述一個或多個ESE空中端的辦法來保護一建造物或場所。
7.一種用于建造物或場所的避雷系統,其特征在于,把具有各自的正或負上引時間優勢的多個無源避雷終端裝置在所述建造物或場所處適當組合,以擴展一次收集器的吸引半徑。
8.一種DSE部件,其特征在于,它包括多個向上散開的尖頂(這些尖頂提供電暈形成點)和一串聯阻抗,以阻止雷電引上線的引發和其后的傳播。
9.如權利要求8所述的DSE部件,其特征在于,所述尖頂在它們的頂端有尖銳的梢部,這些梢部大體上互相等距地配置,并安裝在一絕緣子上,所述串聯阻抗器容納在絕緣子中,并與所述尖頂相連。
10.如權利要求9的一系列DSE部件構成的DSE裝置,其特征在于,所述一系列部件按一定間隔固定在狹長的接地板上,由此每個部件的串聯阻抗電氣連接至所述接地板,而相鄰部件的相鄰尖頂的梢部之間的間隔大體上等于每個部件的相鄰梢部之間的間隔。
全文摘要
一種避雷系統,其中包括一早期流光放射(ESE)空中端(14)和多個延遲流光放射(DSE)部件(18)。DSE部件以合適的間隔圍繞ESE空中端,由此使所述ESE空中端的防護半徑擴展而將雷電引至所述ESE空中端。DSE部件(18)有多個朝上散開的帶尖梢部的尖頂(20)、一個絕緣子(22)以及一個構成所述尖頂和接地板(26)之間的串聯阻抗的內部電阻器(24)。在接地板上裝有一系列DSE部件以提供一DSE裝置。
文檔編號H05F3/04GK1116885SQ94191036
公開日1996年2月14日 申請日期1994年1月31日 優先權日1993年1月29日
發明者約翰·理查德·岡姆萊, 斯蒂芬·約翰·岡姆萊 申請人:國際保護咨詢控股公司
再多了解一些
網友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1
天津十一选五推荐