[發(fā)明專利]對物理事件的效應如閃電的效應進行防護的裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080012601.4
• 申請日: 2010-03-22
• 公開（公告）號: CN102369642A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發(fā)明（設計）人: F·洛佩;J·蘭戈;S·弗沃;L-A·勒福爾
• 申請（專利權）人: 易敵雷公司
• 主分類號: H02G13/00
• 分類號: H02G13/00;G01W1/16
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 劉敏

技術領域

本發(fā)明的對象在于一種對物理事件的效應如閃電的效應進行防護的裝置，該物理事件在電導體中產(chǎn)生電流。因此，本發(fā)明尤其適用于稱為避雷針的裝置。

背景技術

閃電實際上是一種具有大破環(huán)能力的高強度放電。目前這種自然現(xiàn)象仍難以預見。

為了直面這種情形，已知的防護閃電系統(tǒng)尋求以受控的方式向大地導引放電，以避免在工業(yè)設施和人口聚集中心產(chǎn)生損害。

避雷針仍是這些預防閃電系統(tǒng)中的基礎性元件之一。

如此已知實際中的避雷針類型的裝置，其例如布置在某些建筑物的頂部，其目的在于引受閃電，以使得閃電被疏導和引送到大地，并且如此不會擊打其它任何地方。

在基礎版本的避雷針中，避雷針由桅桿或金屬桿組成，桅桿或金屬桿的端部可以完全是漸尖的(尖端的)或圓形的，并且布置在高處。這種桿體通過導電電纜與大地相連接。

不同類型的改良型避雷針已經(jīng)得到開發(fā)，避雷針的效力得到提高。

這種避雷針更為細致地考慮如在下文中所闡述的由閃電構成的自然現(xiàn)象。

在暴風雨時，云層帶上電。由帶電云層和地面組成的系統(tǒng)——帶電云層和地面通過空氣層隔開數(shù)百米到數(shù)千米——承擔巨型電容器的角色，在該電容器中空氣承擔電介質(zhì)的角色。

與閃電相關聯(lián)的物理事件與電容器的退降(dégradation)方法完全類似。

如此，參照圖1a和1b，在由理想表面10、11組成的電容器中，電場線12垂直地從帶正電的表面10開始，并同樣垂直地進到帶負電的表面11(見圖1a)。

表面的不平整引起電場線12的集中效應(見圖1b)。電場的這種局部強化以尖端效應的名稱公知。

電場在凸凹不平的表面(aspérité)13周圍中的強烈梯度引起，從某個閾值開始，在電介質(zhì)中存在的分子的電離。

這種電離現(xiàn)象依次引起稱為電暈效應或電暈光效應的發(fā)光。在本說明書的下文中，電暈效應因此意指本身接著尖端效應進行的電離現(xiàn)象之后的發(fā)光。

在電離中釋放的帶電微粒通過電場沿著力線加速，并通過碰撞其它分子結束。這種碰撞引起新的電離，在新的電離時，釋放出新的帶電微粒，并且伴隨有相同的加速和碰撞方式。

最終結果被稱為電子雪崩，電子雪崩表現(xiàn)為傳導經(jīng)過在電容器板極之間的空間的電流。

這種雪崩通過在電場中容納的能量進行供給。該現(xiàn)象組成介電材料的退降方法或斷裂方法的開始，介電材料在電子雪崩發(fā)生處變?yōu)閷w。

如果如此建立的導電通路連接電容器的兩板極，通過尋求等于兩板級的帶電狀態(tài)，建立比電子雪崩的電流強烈很多的電流。

通過類比，和參照圖2a到2c，在大氣范圍內(nèi)，閃電是這樣一種現(xiàn)象：通過閃電電介質(zhì)(空氣層)被退降，建立將雷雨云15的放電帶向地面的導電通路14(見圖2a、2b、2c)。

最常見類型的閃電通過從云層向地面的下行放電14a開始，通常稱為下行示蹤器(traceur)14a(見圖2a)。

當接近碰撞區(qū)域時，這種示蹤器14a使得電場突然增大。這種增大引起在地面的不平整上出現(xiàn)電暈效應。

如此產(chǎn)生稱為上行示蹤器14b的不同的電子雪崩電流(圖2b)。這些電流向下行示蹤器14a傳導。當下行示蹤器14a和上行示蹤器14b之一接觸時，建立導電通路14，該導電通路允許云層15向地面放電(圖2c)。一旦電場的電流強度下降，余下的上行示蹤器14b耗盡。

避雷針因此基于尖端效應的原理。

實際上，避雷針利于在下行示蹤器接近時形成上行示蹤器。

此外，物體被布置在高處，以使得從避雷針離開的上行示蹤器對來自較低的不平整的可能的其它上行示蹤器具有優(yōu)勢。

如此通過將避雷針放置在高處，尋求最大化從避雷針離開的上行示蹤器與下行示蹤器建立接觸和建立導電通路的可能性。

一旦建立導電通路，該導電通路允許經(jīng)過避雷針和導電電纜將閃電的放電導引直至大地。

不同類型的改良型避雷針，和尤其是這些稱為觸發(fā)裝置避雷針(PDA)的避雷針，尋求通過從避雷針的桿體(上端部)產(chǎn)生上行示蹤器來對這種現(xiàn)象進行預測，所述上行示蹤器具有比通過位于附近的其它物體產(chǎn)生的上行示蹤器更大的優(yōu)勢，即放電的導電通路在該避雷針處建立而不是在位于附近的物體處建立的可能性更大。

這種改良型避雷針的原理在于利于產(chǎn)生生成上行示蹤器的電子雪崩(例如通過放電)的事實。

為了能夠使該上行示蹤器對由周圍環(huán)境的不平整自然產(chǎn)生的上行示蹤器具有優(yōu)勢，PDA應包括允許對下行示蹤器的到達進行預測的部件。