[实用新型]无源复合强电离放电等离子拒雷装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及避雷技术中消雷阵列的技术领域，特别是涉及一种在雷云电场下高效聚消云、地电荷而有效避免直击雷的无源复合强电离放电等离子拒雷装置。

背景技术：

目前，直击雷防护技术领域典型的避雷装置有：接闪杆、消雷阵列和综合有源及无源等离子拒雷装置。其中，接闪杆即俗称的“避雷针”，根据最新国家标准《建筑物防雷设计规范》，“避雷针”已正名为“接闪杆”，其英文为Lightning Rod，简写为LR。提前放电接闪杆为改进型接闪杆，其英文为Early Streamer Emission，简写为ESE。消雷阵列俗称消雷器，其英文为Lightning Eliminating Array，简写为LEA。综合有源及无源等离子拒雷装置，其英文为Device of Compound Plasma for Lightning Rejection，简写为CPLR。

富兰克林250年前发明并沿用至今的LR的避雷机理是，利用LR针尖的尖端效应激化电场和激发上行先导引接雷电下行先导对其击穿，并经接地导体将雷电流泄放入地，从而在LR保护半径为其安装高度的范围内避免雷击被保护目标。但其泄放雷电流入地产生反击、强电磁辐射、感应过电压、人员跨步及接触电压等负面危害，对当今信息时代的电子设备及系统的危害尤重。此外，LR还存在尖端激发上行先导的离子量不足而对小电流雷击吸引不稳而雷电绕击被保护目标等问题，为此派生出以法国为代表的多种ESE，通常配置产生带电离子的辅助电极、放电间隙、蓄能电感、电容、等部件，向引雷主针端局部发送带电离子或脉冲高压，以使针端提前和准确激发上行先导引接雷击下行先导。为防止带电离子扩散，还采用在引雷针外围包裹绝缘材料防止带电离子向周围空间发散而仅向针尖上方集中发射等方式，实现更早、更准地引雷。

LEA摒弃了LR引雷入地的负面作用而吸取了LR的优点，即以自身的尖端效应产生高场强引雷，使被保护目标处于相对低场强而不引雷。因此既具有高场强引聚雷云电场电荷，又具有高效率消耗引聚电荷而自身不被雷电击穿、从而也使被保护目标处于低场强而不被雷电击穿，是直击雷防护装置的发展方向，LEA正是基于这一发展方向而构造的。

LEA于1971年实用于美国宇航局NASA的阿波罗登月飞船发射架防雷，以“非引雷入地”方式解决采用传统LR“引雷入地”产生的雷电电磁脉冲(LEMP)对电子系统造成的感应雷损害。LEA的防雷机理被NASA称为“电荷转移法”，也即我国俗称的“电荷中和法”。LEA的结构通常采用美国式多短针(以成百至上千根约300mm长的金属短针组成的半球辐射型阵列)和我国1979年由云南电力 中心试验所彭耀等构造的中国式少长针(以十数根数米长且针端有数根短辅针的金属少长针组成的半球辐射型阵列)结构。

图1所示为现有技术的少长针消雷阵列的结构图，消雷阵列包括基座和以阵列形式安装在基座上的少长针阵列。在雷云电场感应下阵列尖端电晕放电产生等离子体，在雷云电场及其在地面感应的异极性电场的吸引下，等离子体中的异极性离子分离并分别向异极性电场漂移和向空间低离子浓度区扩散。实际上，由于LEA阵列针引聚雷云电场电荷和接地体、钢塔引聚地面感应电场电荷，多数带电离子在阵列针端和接地体、钢塔附近已与云、地电荷中和。均匀和减弱雷云电场在地面感应的电场而形成强迫均匀场，使雷云电场对地面物体及LEA本体的感应电场均达不到电压击穿的水平。

可见，LEA的构造和目的在于尽量提高击穿电压耐受水平，与此相反，对LR进行改进的ESE的构造和目的则在于尽量降低击穿电压耐受水平。

然而，LEA在对空间电场进行强迫均匀化的同时,也减弱了其自身针端的电场强度,因而相应减少了产生带电离子的能力，呈现出电离放电的自屏蔽效应，即便是增加阵列针杆数量也不能改善，因决定LEA消雷能力的因素是离子发散电流，而自屏蔽效应限制了离子发散电流的进一步增长，因此现有的LEA的消雷能力受到了限制。在最好的构造和运行环境条件下(如在容易电离的高海拔地区)，LEA在雷电活动期间的离子发散电流也小于2mA，而在动态气象和环境条件下(如在不容易电离的低海拔地区)，发散电流还会更小而不足以稳定消雷，导致LEA本体或其保护范围内的被保护目标遭受雷电击穿的概率较高，使防雷领域的多数人士对LEA持争议或否定态度，离子发散电流过小成为LEA实用的致命问题。