一種基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，該裝置利用電容儲(chǔ)存電荷的特性進(jìn)行雷電儲(chǔ)存和防護(hù)，按此設(shè)計(jì)的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置中包含有電容器件，即將電容器設(shè)置在雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置中，利用電容儲(chǔ)能原理進(jìn)行雷電儲(chǔ)存和防護(hù)，其原理新穎，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，可實(shí)施性強(qiáng)，能夠儲(chǔ)存雷電電荷能量，減少雷電災(zāi)害的發(fā)生幾率，降低雷電危害程度。
【專利說明】—種基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，特別是涉及一種適用于儲(chǔ)存雷電電能、對(duì)防止被保護(hù)物體被雷擊的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)雷電研究資料可以歸結(jié)雷電大致特征:雷電是產(chǎn)生在云云之間或云地之間的一種非常強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。雷云電位大約為幾百兆伏特，云地之間的放電電流大約為幾十千安培，放電時(shí)間大約為幾十微秒，兩重復(fù)放電的間隔時(shí)間大約為幾十毫秒，重復(fù)放電的次數(shù)大約為幾十次，一次閃電大約釋放幾十庫倫的電量，放電閃電長度大約為幾公里，閃電通道的直徑大約為幾十厘米。
[0003]可見，雷電具有非常巨大的能量。雷電能量取之不盡用之不竭，如果能被儲(chǔ)存利用，將為人類造福。使用雷電電能，是人類的一個(gè)夢想。但由于雷電具有高電壓、大電流、放電時(shí)間短和瞬時(shí)功率特別大的特點(diǎn)，讓人望而生畏，器件難以適用。雷電儲(chǔ)能研究進(jìn)展十分緩慢。迄今為止，未見到較為可行的技術(shù)方案。
[0004]雷電能量作用在物體上，破壞力極大。雷電直接擊在地面物體上，對(duì)物體造成直接效應(yīng)危害。雷電還通過電磁感應(yīng)等對(duì)物體造成間接效應(yīng)危害。雷電會(huì)造成人員傷亡、建筑物受損、電子元件損壞、設(shè)備故障。雷電危害很容易發(fā)生、會(huì)多次發(fā)生、會(huì)不定期發(fā)生，已非常嚴(yán)重地影響到了人們的生產(chǎn)生活。雷擊災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料顯示，雷擊災(zāi)害造成的損失十分巨大。雷電災(zāi)害成為世界十大自然災(zāi)害之一。
[0005]雷電防護(hù)包括對(duì)直接效應(yīng)危害和對(duì)間接效應(yīng)危害的防護(hù)。避雷針在直接效應(yīng)危害的防護(hù)中發(fā)揮了重要的作用，但雷擊避雷針時(shí)，雷電電磁感應(yīng)還比較強(qiáng)，二次效應(yīng)的破壞力還比較大。作為雷電間接效應(yīng)危害防護(hù)的電涌保護(hù)器由于現(xiàn)有器件功率不夠等原因，在有些場合下還難以滿足要求。
[0006]由于雷云距地面較高，不便于直接測量；雷電的參數(shù)，難以在實(shí)驗(yàn)室精確模擬，這些都影響了雷電能量存儲(chǔ)利用技術(shù)和雷電的防護(hù)技術(shù)研究的開展，很多技術(shù)問題還沒有解決。
[0007]近年來，電容器制造技術(shù)，特別是超級(jí)電容器的制造技術(shù)取得了飛躍發(fā)展。超級(jí)電容器(又名電化學(xué)電容器、雙電層電容器、黃金電容、法拉電容)，在很小的體積下達(dá)到上千法拉級(jí)別的電容量。這為雷電存儲(chǔ)和防護(hù)技術(shù)，提供了新的硬件條件，為解決以上問題開辟了新的途徑。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種提高雷電防護(hù)能力的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置。
[0009]本實(shí)用新型進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是提供一種進(jìn)行雷電電能利用裝置。
[0010]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:[0011]一種基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:包括儲(chǔ)存雷電放電能量的電容儲(chǔ)能單元，所述電容儲(chǔ)能單元包含電容器。
[0012]作為優(yōu)選，所述電容儲(chǔ)能單元還包括與電容儲(chǔ)能單元并聯(lián)的電涌保護(hù)器件；所述電容儲(chǔ)能單元通過固體或流體接地體與地相連。
[0013]作為優(yōu)選，還包括用于耗散雷電能量的延緩單元；還包括用于承接雷電的接閃器，所述接閃器為富蘭克林型避雷針、雙極性空間電荷放電分散型避雷針、雙極優(yōu)化型避雷針、優(yōu)化型避雷針或閃盾型避雷針；所述接閃器的接地引線與電容儲(chǔ)能單元相連后與地相連。
[0014]作為優(yōu)選,所述延緩單元包括延緩電阻；所述延緩電阻通過與電容儲(chǔ)能單元串聯(lián)或并聯(lián)后再與地相連；所述延緩單元還包括延緩電感；所述延緩電感通過與電容儲(chǔ)能單元串聯(lián)或并聯(lián)后再與地相連；所述延緩電感為空心電感、鐵氧體磁芯電感、非晶體磁芯電感或納米磁芯電感。
[0015]作為優(yōu)選，還包括充電控制單元，所述充電控制單元包括電阻器、升壓電路、電池、控制電路和探頭，所述升壓電路一個(gè)輸出端通過電阻器與電容儲(chǔ)能單元相連，升壓電路另一個(gè)輸出端直接與電容儲(chǔ)能單元相連，升壓電路的輸入端與電池相連，探頭通過控制電路與升壓電路相連。
[0016]作為優(yōu)選，所述電容儲(chǔ)能單元包括至少兩個(gè)。
[0017]作為優(yōu)選，所述電容儲(chǔ)能單元并聯(lián)。
[0018]作為優(yōu)選，所述電容儲(chǔ)能單元之間連接有電涌保護(hù)器件，所述電涌保護(hù)器件為空氣間隙、多層間隙、氣體放電管、壓敏電阻器和瞬態(tài)抑制二極管；所述電容儲(chǔ)能單元包括電壓延緩電路和電容儲(chǔ)能電路；所述電壓延緩電路包括至少兩級(jí)電壓延緩支路；所述電壓延緩電路包括脈沖電容和隔離器件；所述隔離器件為開關(guān)型防雷器件或限壓型防雷器件；所述接閃器通過延緩電阻與電容儲(chǔ)能單元連接，電容儲(chǔ)能單元之間并聯(lián)，電容儲(chǔ)能單元之間連接有電涌保護(hù)器件。
[0019]作為優(yōu)選，還包括與儲(chǔ)能電容相連的逆變單元；逆變單元的兩根輸入線并聯(lián)到儲(chǔ)能電容的兩端，兩根輸出線并聯(lián)在用電負(fù)載兩端。
[0020]作為優(yōu)選，電涌保護(hù)器中有電容儲(chǔ)能單元，所述電容儲(chǔ)能單元和其它的電涌防護(hù)單元并聯(lián)，電涌防護(hù)單元之間連接有退耦器件。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0022]1、本實(shí)用新型公開的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)能和防護(hù)方法及其裝置，能夠儲(chǔ)存雷電能量、減少雷電危害的發(fā)生幾率，降低雷電危害程度，其原理新穎，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，可實(shí)施性強(qiáng)；
[0023]2、本實(shí)用新型公開的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)能和防護(hù)方法及其裝置完善了雷電能量的儲(chǔ)存技術(shù)及雷電防護(hù)技術(shù)，將儲(chǔ)能與防護(hù)結(jié)合，功能更強(qiáng)；
[0024]3、由于采用延緩單元，可以增加雷電能量的耗散、降低雷電電流幅值和泄流路徑上的電壓幅值、降低雷電電流和泄流路徑上的電壓變化速度，增加了雷電泄流時(shí)間，大大降低對(duì)儲(chǔ)能電容器的性能要求，降低裝置的成本，同時(shí)大大降低雷電電磁脈沖的強(qiáng)度；
[0025]4、由于在電容儲(chǔ)能單元中采用了分流電路,雷電流通過分流電路分流,大大衰減了單條電容儲(chǔ)能電路流過的雷電流幅值，分流電路上的間隙確保在分流不均時(shí)電路能夠?qū)﹄娏鬟M(jìn)行重新分配，確保分流均勻。分流電路利于降低電容器的通流能力要求，從而降低整個(gè)裝置的成本，增強(qiáng)裝置在大電流等級(jí)雷電環(huán)境中的適用性；
[0026]5、由于在電容儲(chǔ)能單元中設(shè)置了電壓延緩電路，采用了脈沖電容與超級(jí)電容的搭配，充分利用了脈沖電容耐壓高，但容量小，超級(jí)電容耐壓低，但容量大的特點(diǎn)，能大大延緩電壓的上升速度，極大地降低超級(jí)電容的耐壓要求，比較可行地解決了超級(jí)電容耐壓問題，大大增加了方案的可實(shí)施性；
[0027]6、由于采用了超級(jí)電容，能極大地提高儲(chǔ)存的雷電電荷量，增大儲(chǔ)存能量；
[0028]7、由于采用逆變單元，能夠擴(kuò)充儲(chǔ)存在電容儲(chǔ)能單元上雷電電能的應(yīng)用場合；
[0029]8、由于采用了儲(chǔ)能電容器與保護(hù)間隙并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能大大增強(qiáng)電容器的安全性，還可以根據(jù)應(yīng)用的需要，通過間隙來調(diào)節(jié)儲(chǔ)能比例，從而減少電容器數(shù)量，實(shí)現(xiàn)在空間受限的場合應(yīng)用的目的；
[0030]9、由于采用了充電控制單元，能通過監(jiān)測雷云參數(shù)并判斷其電荷極性，將電荷有選擇性地注入到電容器中，從而可以根據(jù)需要快速地增加或減少雷云與裝置之間的電勢差，從而更好地實(shí)現(xiàn)延遲接閃，減少雷擊概率或提前接閃，增加雷擊概率的目的，實(shí)用性更強(qiáng)，實(shí)施效果更好；
[0031]10、在電涌保護(hù)器中使用了超級(jí)電容器，能進(jìn)一步降低電涌能量和到后一級(jí)電路的電流、鉗制電涌電壓，實(shí)現(xiàn)更好的防護(hù)效果，并且為電涌保護(hù)器的設(shè)計(jì)提供一種思路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施例一的原理示意圖。
[0033]圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例二的原理示意圖。
[0034]圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施例三的原理示意圖。
[0035]圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施例四的原理示意圖。
[0036]圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施例五的原理示意圖。
[0037]圖6為本實(shí)用新型具體實(shí)施例六的原理示意圖。
[0038]圖7為本實(shí)用新型具體實(shí)施例七的原理示意圖。
[0039]圖8為本實(shí)用新型具體實(shí)施例八的原理示意圖。
[0040]圖9為本實(shí)用新型具體實(shí)施例九的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0042]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0043]該實(shí)用新型利用電容儲(chǔ)存電荷，吸收電能的特性進(jìn)行雷電防護(hù)，按此設(shè)計(jì)的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置中包含有電容器件，作為雷電的直接效應(yīng)或間接效應(yīng)產(chǎn)生的危害的防護(hù)。
[0044]超級(jí)電容有別于不同電容的特性，就是電容量超級(jí)大，從而能儲(chǔ)存庫倫級(jí)別的電荷量，僅考慮電荷量的情況下，可以說100多庫倫雷電從理論上用一個(gè)超級(jí)電容器就能儲(chǔ)存。如果考慮雷云電勢、雷電電流等因素，那么需要再采用適當(dāng)?shù)碾娐芬韵拗齐妷汉碗娏?，達(dá)到雷電儲(chǔ)存和防護(hù)目的。
[0045]基于直接用于承接雷電進(jìn)行雷電儲(chǔ)存和防護(hù)的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，則需要用到超級(jí)電容器，對(duì)于對(duì)被保護(hù)物體進(jìn)行電涌保護(hù)的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，則也可僅使用脈沖電容器。
[0046]具體實(shí)施例一:
[0047]如圖1所示，一種基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，包括進(jìn)行雷電儲(chǔ)能放電的電容儲(chǔ)能單元，所述電容儲(chǔ)能單元與被保護(hù)物體串聯(lián)；還包括用于耗散雷電能量的延緩單元和用于承接雷電的接閃器；接閃器為富蘭克林型避雷針、雙極性空間電荷放電分散型避雷針、雙極優(yōu)化型避雷針、優(yōu)化型避雷針或閃盾型避雷針；接閃器的接地引線與電容儲(chǔ)能單元相連后與地相連。
[0048]所述接閃器接地的金屬導(dǎo)電體連接到延緩單元，接閃器的作用是承接雷電放電；所述延緩單元連接到電容儲(chǔ)能單元，延緩單元的作用是耗散雷電能量、降低雷電電流幅值和泄流路徑上的電壓幅值、降低雷電電流和泄流路徑上的電壓變化速度；所述電容儲(chǔ)能單元包含電容器(在本具體實(shí)施例中為超級(jí)電容)，其作用是利用電容器儲(chǔ)存電荷的特性進(jìn)行儲(chǔ)存雷電能量、影響雷電放電和改變雷電放電后的特性參數(shù)，達(dá)到雷電儲(chǔ)存和防護(hù)的目的。
[0049]富蘭克林型避雷針，為一種低阻抗的金屬接閃桿。
[0050]雙極性空間電荷放電分散型避雷針，特征為安裝在被保護(hù)對(duì)象頂端上，它最下部為基座，基座固定在建筑物上，基座連接電位緩解裝置支撐部件，電位緩解裝置支撐部件包括支撐件和放電刷子，接地電極和接地的引下線連接在基座上，放電刷子安裝在支撐件的外周面垂直方向上，在電位緩解裝置支撐部件的頂部設(shè)置有電位緩解裝置。雙極性空間電荷放電分散型避雷針的作用是雷擊發(fā)生前電暈放電階段，在雷云電場作用下雙極型避雷針產(chǎn)生比富蘭克林避雷針大得多的電暈電流，提高了發(fā)生放電現(xiàn)象時(shí)所需的電壓，使其在一定程度上減少了雷擊概率，避免了雷擊的發(fā)生，在電場強(qiáng)度大到雷電放電的程度時(shí)，承接直擊雷放電。
[0051 ] 雙極優(yōu)化型避雷針，特征是包括弓I雷入地裝置和電暈放電裝置。弓I雷入地裝置包括導(dǎo)電支撐體、固連在導(dǎo)電支撐體頂部的針頂、與導(dǎo)電支撐體電連接的感性阻抗器；在出現(xiàn)直擊雷擊時(shí)，針頂、導(dǎo)電支撐體、感性阻抗器、引下線和接地電極形成放電通路。電暈放電裝置包括安裝在導(dǎo)電支撐體上的絕緣襯套，套裝在襯套上的放電盤，位于放電盤之下且沿導(dǎo)電支撐體外周安裝的放電刷。雙極優(yōu)化型避雷針的作用是兼有雙極針的低接閃概率特性和優(yōu)化避雷針的改善雷電接閃過程、減小雷電感應(yīng)、降低地電位反擊的特性。在接閃概率低于富蘭克林避雷針的前提下使被保護(hù)物免受直擊雷的損壞，在電場強(qiáng)度大到雷電放電的程度時(shí)，承接直擊雷放電。
[0052]優(yōu)化型避雷針，特征是由基座、上下支座、數(shù)個(gè)阻抗鏈、接閃器、防閃罩、避雷單元和輻射振子等組成，接閃器為避雷針前端，防閃罩通過外殼上的法蘭盤由螺栓將防閃罩和外殼連結(jié)在一起，避雷單元內(nèi)有削波器、電子避雷器、雷電記錄器和報(bào)警器。優(yōu)化型避雷針的作用在電場強(qiáng)度大到雷電放電的程度時(shí)，承接直擊雷放電，由于避雷針本身具有阻抗限流單元、自動(dòng)控制單元，可預(yù)先將雷電流幅值、陡度減小，從而能有效地抑制和消弱地電位反擊及雷電感應(yīng)所造成的危害。
[0053]閃盾型避雷針，是一種雙極針的改進(jìn)型，特征是由針頭、絕緣襯套、懸浮感應(yīng)導(dǎo)體、支柱、放電刷、增強(qiáng)放電裝置和底座組成。針頭安裝在閃盾避雷針的頂部。支柱為導(dǎo)電金屬桿，上部與針頭相連，下部與底座相連。懸浮感應(yīng)導(dǎo)體呈斗笠狀，通過絕緣襯套固定在支柱的針頭下方，電氣上與支柱絕緣。放電刷呈螺旋形，盤繞固定在立柱上，在靜電感應(yīng)導(dǎo)體的下方，電氣上與支柱直接相連。閃盾型避雷針的作用通過雙極性空間電荷放電、分散技術(shù)，改變避雷針周圍電荷的分布，達(dá)到降低雷電來臨時(shí)針頂電場強(qiáng)度、提高接閃電壓的目的，在電場強(qiáng)度大到雷電放電的程度時(shí)，承接直擊雷放電。
[0054]具體實(shí)施例二:
[0055]如圖2所示，與具體實(shí)施例一的區(qū)別在于，電容儲(chǔ)能單元為超級(jí)電容和電涌保護(hù)器件；電涌保護(hù)器件為與超級(jí)電容并聯(lián)的間隙。間隙作為與電容儲(chǔ)能單元并聯(lián)的電涌保護(hù)器件，可以為空氣間隙、氣體放電管、多層間隙、壓敏電阻器及其組合體。
[0056]在本具體實(shí)施例中，接閃器的接地金屬導(dǎo)電體連接到所述超級(jí)電容Cl和間隙Fl的一個(gè)電極，電容器Cl和間隙Fl的另一個(gè)電極連接到大地；所述超級(jí)電容器Cl是儲(chǔ)能單元的器件，儲(chǔ)存所述接閃器傳導(dǎo)的電流。有電荷流進(jìn)超級(jí)電容Cl時(shí)，電容器端電壓上升；當(dāng)流入雷擊放電前的電暈電流時(shí)，所述超級(jí)電容Cl的端電壓上升；超級(jí)電容Cl的端電壓超過所述間隙Fl的擊穿電壓時(shí)，所述間隙Fl擊穿，變?yōu)榈妥瑁娙蓦姾尚狗?，電容端電壓下降；?dāng)電容端電壓下降到不能再擊穿間隙Fl的電壓時(shí)，間隙Fl恢復(fù)到高阻，電容再次被充電。超級(jí)電容Cl的端電壓未達(dá)到所述間隙Fl的擊穿電壓時(shí)，超級(jí)電容Cl產(chǎn)生電勢使雷云到裝置的電勢差減少了。由于所述電勢差直接影響雷擊放電通道的建立，即電勢差越小，雷云到裝置的這條放電路徑電暈電流越小，電離的空氣離子數(shù)目越少，雷擊放電通道的建立越慢，從而延緩了雷云放電。雷擊放電要建立雷擊放電通道，就需要更高的雷云電勢，從而提高了雷擊放電電壓。假如雷云電勢不能積累到雷擊放電電壓時(shí)，雷擊就不再發(fā)生，起到了降低雷擊概率的作用。假如當(dāng)雷云電勢積累到雷擊放電電壓時(shí)，雷云雷擊在所述接閃器上。因雷擊放電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雷擊前的電暈電流，所述超級(jí)電容Cl端電壓快速增加，當(dāng)電壓增加到所述間隙Fl的端電壓時(shí)，所述間隙Fl擊穿，間隙擊穿后電弧電阻非常小，雷電主要經(jīng)間隙Fl泄放電荷。間隙Fl可以調(diào)節(jié)擊穿電壓，調(diào)節(jié)電容器充電電壓的高低，從而調(diào)節(jié)儲(chǔ)存電荷量的高低。通過間隙來調(diào)節(jié)儲(chǔ)能比例，從而減少電容器數(shù)量，減小體積，實(shí)現(xiàn)在空間受限的場合應(yīng)用的目的。
[0057]具體實(shí)施例三:
[0058]如圖3所示，與具體實(shí)施例二的區(qū)別在于，裝置包含與儲(chǔ)能單元串聯(lián)的延緩單元；延緩單元包括串聯(lián)與接閃器與電容儲(chǔ)能單元的延緩電感和延緩電阻，所述延緩電感可以為空心電感、鐵氧體磁芯電感、非晶體磁芯電感或納米磁芯電感。延緩電阻為具備一定功率的電阻。延緩電感和延緩電阻的取值可以通過雷電電流大小、雷電的抑制程度、儲(chǔ)能比例進(jìn)行選擇。電容器也可以為脈沖電容器與超級(jí)電容的組合。
[0059]在本具體實(shí)施例中，所述延緩電感LI和延緩電阻Rl的作用是耗散雷電能量、降低雷電電流幅值和泄流路徑上的電壓幅值、降低雷電電流和泄流路徑上電壓的變化速度；電容器Cl和間隙Fl的另一個(gè)電極連接到固體接地體的一個(gè)電極，所述電容器的作用是儲(chǔ)存雷電能量、影響雷電放電和改變雷電放電后的特性參數(shù)；固體接地體的另一個(gè)電極連接到大地。在實(shí)際應(yīng)用中，也可以根據(jù)需要采用流體接地體進(jìn)行大地連接。
[0060]具體實(shí)施例四:
[0061]如圖4所示，與具體實(shí)施例二的區(qū)別在于，作為對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括充電控制單元，所述充電控制單元包括電阻器、升壓電路、電池、控制電路和探頭。在本具體實(shí)施例中，超級(jí)電容Cl的作用是儲(chǔ)存雷電能量、影響雷電放電和改變雷電放電后的特性參數(shù)；所述升壓電路的一個(gè)輸出端通過電阻R2后與超級(jí)電容Cl 一端相連，另一個(gè)輸出端直接與超級(jí)電容Cl另一端相連，升壓電路的輸入端與電池GBl相連，升壓電路將所述電池的電壓進(jìn)行升壓，為電容Cl充電；電阻R2的作用是限制超級(jí)電容Cl與升壓電路之間的電流幅度，減小進(jìn)入到升壓電路中的雷電流；所述探頭通過控制電路與升壓電路相連，所述探頭用于采集雷電極性的信號(hào)，傳送給控制電路；控制電路的作用是根據(jù)所述探頭的信號(hào)判定雷電電荷極性，控制升壓電路輸出的極性，使電容器Cl上充入不同極性的電荷；電容器上充入的電荷極性視應(yīng)用的需要，如果要實(shí)現(xiàn)延遲接閃，減少雷擊概率的雷電防護(hù)目的，控制電路控制升壓電路輸出，使電容器Cl上充入與雷電電荷極性相同的電荷，減少雷云到裝置的電勢差，從而減小電暈電流，延緩雷擊放電時(shí)間、提高雷擊放電電壓和降低雷擊概率；如果要實(shí)現(xiàn)提前接閃，增加雷擊概率的雷電防護(hù)目的，控制電路控制升壓電路輸出，使電容器Cl上充入與雷電極性相反的電荷，增加了雷云到裝置的電勢差，從而增大電暈電流，加快雷擊放電時(shí)間、降低雷擊放電電壓和增大雷擊概率。主動(dòng)在電容器上充入電荷，比電容器被動(dòng)的存儲(chǔ)電荷，電荷積累的速度更快，更有利于達(dá)到防護(hù)目的，增強(qiáng)防護(hù)效果。
[0062]具體實(shí)施例五:
[0063]如圖5所示,與具體實(shí)施例一的區(qū)別在于,所述電容儲(chǔ)能單元包括三個(gè)支路。所述三個(gè)支路并聯(lián)連接，支路兩兩之間使用間隙連接，形式上構(gòu)成分流電路。所述間隙可以使用空氣間隙、多層間隙、氣體放電管、壓敏電阻器或其組合體。所述分流電路作用是雷電流通過分流電路分流，衰減了單條電容儲(chǔ)能電路流過的雷電流幅值。分流電路上的間隙確保在分流不均時(shí)電路能夠?qū)﹄娏鬟M(jìn)行重新分配，確保分流均。器件和連接線纜的參數(shù)一致性越好，分流一致性越好。
[0064]所述電容儲(chǔ)能單元包括電壓延緩電路和電容儲(chǔ)能電路。所述電壓延緩電路中的電容為脈沖電容器，所述電容儲(chǔ)能電路的電容為超級(jí)電容器。所述電容延緩電路包括兩級(jí)以上電壓延緩之路。所述電壓延緩電路的作用是降低雷電電流峰值和變化率和降低雷電進(jìn)入電壓峰值及電壓的變化率。級(jí)聯(lián)的級(jí)數(shù)越多，電壓延緩的效果越好。所述電壓延緩電路包括脈沖電容和隔離器件，所述隔離器件為開關(guān)型防雷器件或限壓型防雷器件，開關(guān)型防雷器件可以為空氣間隙、多層間隙和氣體放電管，限壓型防雷器件可以為壓敏電阻器。在本具體實(shí)施例中為空氣間隙。
[0065]所述接閃器通過延緩電阻ROl與并聯(lián)的第一支路、第二支路和第三支路及第三間隙F03相連；第一支路和第二支路之間連接有第一間隙H)l，第二支路和第三支路之間連接有第二間隙H)2，第一支路和第三支路之間連接有第三間隙R)3。并聯(lián)的第一支路、第二支路和第三支路和第一間隙、第二間隙第三間隙構(gòu)成了分流電路。使用第一間隙H)l、第二間隙F02和第三間隙F03在分流的電路電路中起到分流不均時(shí)的鉗制作用。
[0066]所述第一支路包括并聯(lián)的第一脈沖電容CU、第二脈沖電容C12和第一超級(jí)電容C13，所述第一脈沖電容Cll和第二脈沖電容C12之間連接有第四間隙F11，所述第二脈沖電容C12和第一超級(jí)電容C13之間連接有并聯(lián)的第五間隙F12和第一電阻R12，所述第一脈沖電容Cll和第一超級(jí)電容C13之間連接有第二電阻RlI。第一電阻R12和第二電阻Rll可以提高電荷儲(chǔ)存的量。
[0067]所述第二支路包括并聯(lián)的第三脈沖電容C21、第四脈沖電容C22和第二超級(jí)電容C23，所述第三脈沖電容C21和第四脈沖電容C22之間連接有第六間隙F21，所述第四脈沖電容C22和第二超級(jí)電容C23之間連接有并聯(lián)的第七間隙F22和第三電阻R22，所述第三脈沖電容C21和第二超級(jí)電容C23之間連接有第四電阻R21。
[0068]所述第三支路包括并聯(lián)的第五脈沖電容C31、第六脈沖電容C32和第三超級(jí)電容C33，所述第五脈沖電容C31和第六脈沖電容C32之間連接有第八間隙F31，所述第六脈沖電容C32和第三超級(jí)電容C33之間連接有并聯(lián)的第九間隙F32和第五電阻R32，所述第五脈沖電容C31和第三超級(jí)電容C33之間連接有第六電阻R31。
[0069]具體實(shí)施例六:
[0070]如圖6所示，與具體實(shí)施例一的區(qū)別在于，接閃器通過延緩電阻Rl與儲(chǔ)能電容Cl相連。還包括與儲(chǔ)能電容相連的逆變單元；逆變單元的兩根輸入線并聯(lián)到儲(chǔ)能電容的兩端，兩根輸出線并聯(lián)在用電負(fù)載兩端。
[0071]在本具體實(shí)施例中，接閃器連接到延緩電阻Rl的一個(gè)電極，延緩電阻Rl的另一個(gè)電極連接到儲(chǔ)能電容Cl，所述延緩電阻Rl的作用是耗散雷電能量、降低雷電電流幅值和泄流路徑上的電壓幅值、降低雷電電流和泄流路徑上的電壓變化速度；所述儲(chǔ)能電容Cl另一端連接到大地；所述電容器的作用是儲(chǔ)存雷電電荷；逆變單元兩根輸入線并聯(lián)在電容器兩端，兩根輸出線并聯(lián)在用電負(fù)載兩端；所述逆變單元的作用是將電容器兩端的直流電逆變成交流電源，供給所述用電負(fù)載使用。由于有負(fù)載設(shè)備需要使用交流，故增加逆變器，可以擴(kuò)充應(yīng)用環(huán)境。
[0072]具體實(shí)施例七:
[0073]如圖7所示，一種雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，包括進(jìn)行存儲(chǔ)雷電電能的電容儲(chǔ)能單元。所述電容儲(chǔ)能單元直接構(gòu)成或與其它器件組合構(gòu)成電涌防護(hù)單元。所述電涌防護(hù)單元和其它的電涌防護(hù)單元并聯(lián)，電涌防護(hù)單元之間連接有退藕器件；退藕器件為電阻器和電感器。所述其它的電涌防護(hù)器件由空氣間隙、多層間隙、氣體放電管、壓敏電阻器和瞬態(tài)抑制二極管構(gòu)成。電涌流過電容儲(chǔ)能單元時(shí)，利用電容存儲(chǔ)電荷的特性儲(chǔ)存雷電能量，降低流入到后一級(jí)電涌電流，降低電壓幅值和電壓變化速度。
[0074]本具體實(shí)施例中的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，應(yīng)用于雷電間接效應(yīng)危害的防護(hù)。其功能是存儲(chǔ)電涌能量，鉗制被保護(hù)線路的電壓。此裝置包含若干級(jí)電涌防護(hù)單元，其中第η級(jí)防護(hù)單元使用儲(chǔ)能單元作為防護(hù)器件，第η級(jí)防護(hù)單元可直接由儲(chǔ)能單元構(gòu)成或由儲(chǔ)能單元與其它元件組合構(gòu)成。電涌脈沖流過第η級(jí)防護(hù)單元時(shí)，利用電容器特性，電涌能量被儲(chǔ)存，電壓緩慢上升，大大減弱電涌的危害。圖中η>1。
[0075]具體實(shí)施例八:
[0076]如圖8所示，裝置包含三級(jí)電涌防護(hù)單元，其中一級(jí)為電容儲(chǔ)能單元構(gòu)成的電涌防護(hù)單元；第一級(jí)電涌防護(hù)單元由氣體放電管構(gòu)成，第二級(jí)電涌防護(hù)單元由超級(jí)電容構(gòu)成，第三級(jí)電涌防護(hù)單元由瞬態(tài)抑制二極管構(gòu)成；三級(jí)電涌防護(hù)單元并聯(lián)，其中第一級(jí)和第二級(jí)之間連接有退耦器。[0077]在本具體實(shí)施例中，氣體放電管Vl是電涌防護(hù)電路的第一級(jí)；電容器Cl是電涌防護(hù)電路的第二級(jí)；瞬態(tài)抑制二極管VDl是電涌防護(hù)電路的第三級(jí)。電感LI是第一級(jí)與第二級(jí)的退耦器。
[0078]具體實(shí)施例九:
[0079]如圖9所示，裝置包含三級(jí)電涌防護(hù)單元，其中一級(jí)為電容儲(chǔ)能單元構(gòu)成的電涌防護(hù)單元；第一級(jí)電涌防護(hù)單元由氣體放電管、壓敏電阻器構(gòu)成，第二級(jí)電涌防護(hù)單元由超級(jí)電容、氣體放電管構(gòu)成，第三級(jí)電涌防護(hù)單元由瞬態(tài)抑制二極管構(gòu)成；三級(jí)電涌防護(hù)單元并聯(lián)，其中第一級(jí)和第二級(jí)之間連接有退耦器、第二級(jí)和第三級(jí)之間連接有退耦器；
[0080]在本具體實(shí)施例中，氣體放電管Vl和壓敏電阻RVl是電涌防護(hù)電路的第一級(jí)；氣體放電管V2和電容器Cl是電涌防護(hù)電路的第二級(jí)；瞬態(tài)抑制二極管VDl是電涌防護(hù)電路的第三級(jí)。電感LI是第一級(jí)與第二級(jí)的退耦器。電感L2是第二級(jí)與第三級(jí)的退耦器。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:包括儲(chǔ)存雷電放電能量的電容儲(chǔ)能單元，所述電容儲(chǔ)能單元包含電容器；所述電容儲(chǔ)能單元還包括與電容儲(chǔ)能單元并聯(lián)的電涌保護(hù)器件；所述電容儲(chǔ)能單元通過固體或流體接地體與地相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:還包括用于耗散雷電能量的延緩單元；還包括用于承接雷電的接閃器，所述接閃器為富蘭克林型避雷針、雙極性空間電荷放電分散型避雷針、雙極優(yōu)化型避雷針、優(yōu)化型避雷針或閃盾型避雷針；所述接閃器的接地引線與電容儲(chǔ)能單元相連后與地相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:所述延緩單元包括延緩電阻；所述延緩電阻通過與電容儲(chǔ)能單元串聯(lián)或并聯(lián)后再與地相連；所述延緩單元還包括延緩電感；所述延緩電感通過與電容儲(chǔ)能單元串聯(lián)或并聯(lián)后再與地相連；所述延緩電感為空心電感、鐵氧體磁芯電感、非晶體磁芯電感或納米磁芯電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:還包括充電控制單元，所述充電控制單元包括電阻器、升壓電路、電池、控制電路和探頭，所述升壓電路一個(gè)輸出端通過電阻器與電容儲(chǔ)能單元相連，升壓電路另一個(gè)輸出端直接與電容儲(chǔ)能單元相連，升壓電路的輸入端與電池相連，探頭通過控制電路與升壓電路相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4之一所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:所述電容儲(chǔ)能單元包括至少兩個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:所述電容儲(chǔ)能單元并聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:所述電容儲(chǔ)能單元之間連接有電涌保護(hù)器件，所述電涌保護(hù)器件為空氣間隙、多層間隙、氣體放電管、壓敏電阻器和瞬態(tài)抑制二極管；所述電容儲(chǔ)能單元包括電壓延緩電路和電容儲(chǔ)能電路；所述電壓延緩電路包括至少兩級(jí)電壓延緩支路；所述電壓延緩電路包括脈沖電容和隔離器件；所述隔離器件為開關(guān)型防雷器件或限壓型防雷器件；所述接閃器通過延緩電阻與電容儲(chǔ)能單元連接，電容儲(chǔ)能單元之間并聯(lián)，電容儲(chǔ)能單元之間連接有電涌保護(hù)器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:還包括與儲(chǔ)能電容相連的逆變單元；逆變單元的兩根輸入線并聯(lián)到儲(chǔ)能電容的兩端，兩根輸出線并聯(lián)在用電負(fù)載兩端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容儲(chǔ)能的雷電儲(chǔ)存和防護(hù)裝置，其特征在于:電涌保護(hù)器中有電容儲(chǔ)能單元，所述電容儲(chǔ)能單元和其它的電涌防護(hù)單元并聯(lián)，電涌防護(hù)單元之間連接有退耦器件。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK203722224SQ201320810327
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】王德言, 楊國華, 代德志, 鄭燕, 朱成 申請(qǐng)人:四川中光防雷科技股份有限公司