[发明专利]一种基于位移电流的雷电电磁中和器及其参数计算方法

说明书

本发明提供了一种基于位移电流的雷电电磁中和器及其参数计算方法，所述雷电电磁中和器包括：接闪器(1)、可变电容(2)、可变电阻(3)和引下线(4)。本发明还提供了一种基于位移电流的雷电电磁中和器的参数计算方法，用于计算所述雷电电磁中和器的参数，所述方法包括：步骤1)基于雷云的近似等效电路模型和所述雷电电磁中和器建立闭合电路；步骤2)根据基尔霍夫第一定律计算t时刻的雷电电磁中和器的感应电压；步骤3)根据雷电电磁中和器的可变电容(2)的电容值，计算可变电容(2)产生的位移电流i_Cv、可变电阻(3)流过的传导电流i_R及产生的总位移电流I；步骤4)根据产生的总位移电流I计算闭合电路的中和参数。

技术领域

本发明属于雷电防护领域，具体涉及一种基于位移电流的雷电电磁中和器及其参数计算方法。

背景技术

雷闪放电是自然界所产生的一种大气中的火花放电。雷闪放电由带电荷的雷云引起。由于对流的存在，气流中的冰晶或水滴碰撞后分裂并电离，产生比重不同的带电微粒，在重力和浮力的作用下，带有正负电荷的微粒逐渐分离而产生分层。通常带正电的云粒在云的上部，而带负电的云粒在云的下部，并在地面上感应出大量的正电荷。整块雷云里边可以有若干个电荷中心。在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间、雷云和大地之间形成了很强的电场，其电位差可达数十至数百兆伏。随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气电离的临界电场强度(空气中约30千伏/厘米,有水滴存在时约10千伏/厘米),就会发生雷云之间或雷云对大地的火花放电。其电流达数十至数百千安，能量约一千兆焦，放电通道温度高达15000～20000℃,产生强烈的光和热,使空气急剧膨胀震动,发出霹雳轰鸣。在如此高的电场作用下，雷云内部空气通常处于动态电离状态而呈现较高的电导率。

雷云对大地的放电一旦发生，可能带来严重的危害。对人身安全、人工设施以及自然资源等构成了重大威胁。因此雷电防护非常重要。雷电防护的主要措施是装设避雷针。避雷针在雷云对地放电过程中通过接闪器尖端感应电荷的积累使地面电场畸变，影响放电的发展方向，吸引雷闪对避雷针放电，再经引下线和接地装置将雷电流引入大地，使被保护物免遭雷击。也就是说，雷云与避雷针之间的空气被强电场电离击穿，使空气不再绝缘，而是具有较高的电导率产生传导放电。虽然避雷针通过这种传导放电使自身引雷从而避免了人员、建筑被雷闪击中，但这种传导放电的引雷方式存在很多缺陷：

1、当雷云局部电荷过多，雷电流过大，接闪器及引下线将电流导入大地时可能产生瞬间高温致使金属融化引起火灾。

2、当避雷针附近有可燃性气体时，比如油库、森林等，避雷针引雷产生的弧闪具有火花放电的效应，可点燃可燃性气体，引发火灾。

3、当避雷针引雷时产生的巨大电磁脉冲，将对附近的电路造成破坏。比如，电子设备、电气设备、通信设备以及其中的芯片，都可能因遭受巨大电磁脉冲出现故障，甚至损坏。

上述技术缺陷的根本原因是只靠传导电流的手段泄放雷电荷，因此其安全隐患是无法克服的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种基于位移电流的雷电电磁中和器，采用可变电容并联可变电阻的方式，通过雷电感应激发雷云与电磁中和器之间的空间位移电流，该位移电流在雷云端通过雷云内部的电离效应转化为传导电流，使得雷云内部产生电荷的中和放电，减少了雷云的电荷量，削弱了雷电场，产生了感应防雷的效果，从本质上区别于传导电流引雷放电方式。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于位移电流的雷电电磁中和器，所述中和器包括：接闪器1、可变电容2、可变电阻3和引下线4；所述可变电容2和可变电阻3并联，然后分别与接闪器1及引下线4串联；

所述接闪器1，用于感应雷云电荷；

所述可变电容2，用于当其两端感应的雷云电压小于第一阈值时，产生mA级别及以下的小位移电流；否则，产生mA～kA级别及以上的大位移电流；