本發(fā)明涉及防雷裝置領(lǐng)域，特別是一種以軟件程序、電子、MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)、高壓放電電極和石墨導體接地材料來實現(xiàn)引雷及泄流的雷擊點精確定位及安全泄流的裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的防雷裝置是將一根接地避雷針或避雷帶安裝在被保護目標的頂部，避雷針的高度視被保護目標的形狀和頂部表面積而定，在雷擊危險區(qū)域內(nèi)，它的防雷能力和周圍建(構(gòu))筑物的高度、形狀和位置等有關(guān)。

其原理為，由于尖端效應，避雷針先于被保護目標導通雷電的下行通道，率先接受雷擊電流并通過接地系統(tǒng)泄放，從而起到保護目標體的作用。

傳統(tǒng)的、普遍應用的防雷裝置(避雷針、避雷帶)存在一定的缺陷，它無法確保雷擊危險區(qū)域內(nèi)的特定目標不遭雷擊，且可能發(fā)生地電位反擊對特定目標造成二次傷害。

現(xiàn)有技術(shù)還公開了一種防雷裝置及方法，公開號為CN101483963的專利公開了一種電荷引雷的方法及設(shè)備，該設(shè)備包括引雷導體、高壓輸送單元、泄流裝置、雷擊監(jiān)測裝置、接收線路單元、控制單元，通過雷擊監(jiān)測裝置監(jiān)測雷擊的到來，產(chǎn)生包含大氣電場中雷擊的到來和雷擊電荷極性特征的雷擊監(jiān)測信號，通過控制單元接收雷電監(jiān)測信號并將雷電監(jiān)測信號與一閾值比較，根據(jù)比較結(jié)果控制高壓輸送單元的動作，通過高壓輸送單元向引雷導體輸送與大氣電場所表明的雷擊電荷極性相反的電荷，進而通過泄流裝置將引雷導體傳送的雷擊電流從引雷導體上泄放掉。上述方案中的雷擊監(jiān)測裝置并未給出其具體裝置類型，且泄流裝置為接地導體或避雷器，沒有給出所用的材料和結(jié)構(gòu)，同時該電荷引雷的方法及設(shè)備沒有公開遠程監(jiān)測功能，對設(shè)備的運行狀況及其電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度不能進行遠程監(jiān)控和預警。

需要一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置及其工作方法，更好的解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有防雷裝置無法確保雷擊危險區(qū)域內(nèi)的特定目標不遭雷擊、可能發(fā)生地電位反擊對特定目標造成二次傷害、雷電監(jiān)測裝置和泄流裝置沒有具體化以及不能進行遠程監(jiān)測的問題，提供一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置、其工作方法、應用。

本發(fā)明提供一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置，對雷擊點進行精確定位并安全泄放雷擊電流，雷擊點精確定位及安全泄流裝置包括：

MEMS地面大氣電場傳感器，用于設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

高壓升壓變換系統(tǒng)，用于接收MEMS地面大氣電場傳感器傳送的開機指令而開始工作，向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于該防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，實現(xiàn)雷擊點定位；

高壓放電電極系統(tǒng)，用于使置于防雷塔頂端的高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預先設(shè)定的雷擊危險值，并把定位雷擊點(即接受雷擊)獲得的雷電流通過高壓放電電極、引雷線送入石墨導體接地系統(tǒng)；

石墨導體接地系統(tǒng)，用于將來自高壓放電電極和引雷線的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放。

進一步地，所述雷擊點精確定位及安全泄流裝置，還包括遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)，其用于實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預警。

進一步地，所述高壓放電電極系統(tǒng)為交直流兩用系統(tǒng)，采用高壓電源設(shè)備和升壓變換電路。

本發(fā)明還提供一種雷擊點精確定位及安全泄流系統(tǒng)的工作方法，包括下述步驟：

雷擊發(fā)生前，雷擊信號和雷擊危險值界定階段，設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

雷擊發(fā)生前，高壓放電電極系統(tǒng)運行階段，高壓升壓變換系統(tǒng)向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，并通過高壓放電電極系統(tǒng)使高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預先設(shè)定的雷擊危險值；

雷擊發(fā)生時，雷擊點定位及安全泄放階段，把定位雷擊點(即接受雷擊)獲得的雷電流通過高壓放電電極、引雷線及石墨導體接地系統(tǒng)進行泄放。

進一步地，所述雷擊點精確定位及安全泄流裝置的工作方法，還包括：遠程實時監(jiān)控過程，實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預警。

本發(fā)明還提供一種雷擊點精確定位及安全泄流裝置在油罐區(qū)的應用。

本發(fā)明提供的雷擊點精確定位及安全泄流裝置及其工作方法可產(chǎn)生以下有益效果：

1.通過采用MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)的地面大氣電場傳感器測定雷電極性信號，可先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)，高壓升壓變換系統(tǒng)向高壓放電電極系統(tǒng)施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，可準確測出雷電的極性，實現(xiàn)了測報雷電極性的實時性，確保雷擊危險區(qū)域內(nèi)的特定目標不遭雷擊，降低了生產(chǎn)成本和運行維護費用，大大減小了裝置的體積。

2.通過使用石墨導體接地系統(tǒng)，可根據(jù)不同地質(zhì)條件、不同土壤、不同氣候配置石墨導體接地材料，使接地電阻率長期、穩(wěn)定的處于1歐姆以下，消除了地電位反擊的二次災害。

3.通過使用遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)，實時對雷擊點精確定位及安全泄流裝置的運行狀況進行監(jiān)控和預警。

4.使雷擊點定位塔上高壓放電電極的安裝高度可低于被保護目標物。

5.實現(xiàn)本發(fā)明裝置在固定和移動便攜兩種方式下實施。

本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置及其工作方法，適用于大型油罐區(qū)、危險品倉庫群、古建筑群落、發(fā)射(場、點)、雷達(通訊)基地、機場、大型營地、災害應急基地、公路收費站、大型避暑度假山莊、大型石化企業(yè)、電氣化企業(yè)等受雷擊危險程度高的區(qū)域內(nèi)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置步驟流程圖。

圖3是本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置實施例示意圖。

圖1中的附圖標記為：1-MEMS地面大氣傳感器；2-信號接收處理器；3-高壓電源；4-升壓變換裝置；5-雷擊點定位鐵塔；6-高壓放電電極；7-石墨導體接地網(wǎng)；8-控制終端。

圖3中的附圖標記為：1-控制終端；2-高壓機箱；3-MEMS地面大氣傳感器；4-高壓放電電極；5-鐵塔；6-石墨導體接地網(wǎng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。

根據(jù)附圖1，構(gòu)建本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置的實施方案。

雷擊點精確定位及安全泄流裝置，包括：MEMS地面大氣傳感器(1)、信號接收處理器(2)、高壓電源(3)、升壓變換裝置(4)、高壓放電電極(6)、雷擊點定位鐵塔(5)、石墨導體接地網(wǎng)(7)、控制終端(8)、高壓設(shè)備箱，高壓電源(3)及升壓變換裝置(4)構(gòu)成高壓升壓變換系統(tǒng)，其中，

MEMS地面大氣傳感器(1)，用于設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源(3)打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至升壓變換裝置(4)；

高壓升壓變換系統(tǒng)，用于接收MEMS地面大氣電場傳感器(1)傳送的開機指令而開始工作，向高壓放電電極(6)施以與已測定的雷電極性相反的高電壓(正高電壓或負高電壓)，使高壓放電電極(6)先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，實現(xiàn)雷擊點定位；

高壓放電電極(6)，其持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預先設(shè)定的雷擊危險值，并將雷電流送入石墨導體接地網(wǎng)(7)；

石墨導體接地網(wǎng)(7)，將來自高壓放電電極(6)的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放，且其具有的電阻率，可根據(jù)不同地質(zhì)條件、不同土壤、不同氣候配置的石墨導體接地材料，實現(xiàn)長期、穩(wěn)定地保持在1歐姆以下。

根據(jù)附圖2，本發(fā)明雷擊點精確定位及安全泄流裝置的工作方法的具體實施步驟包括：

通過控制終端控制雷擊點精確定位及安全泄流裝置的各個模塊；

通過MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器測定雷電的極性，并在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

高壓升壓變換系統(tǒng)接收MEMS地面大氣電場傳感器傳送的開機指令而開始工作，向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，其中高壓升壓變換系統(tǒng)具有高壓電源及升壓變換單元；

使置于防雷塔頂端的高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預先設(shè)定的雷擊危險值，并把定位雷擊點獲得的雷電流通過引雷線輸送至石墨導體接地網(wǎng)；

石墨導體接地網(wǎng)將來自高壓放電電極和引雷線的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放。

該工作方法具體實施步驟，還包括：

遠程實時監(jiān)控，實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預警。

根據(jù)附圖3，以危險程度較高的大型油罐區(qū)單元設(shè)計實施方案。

一、油罐區(qū)情況

油罐區(qū)地處北方平原，緊鄰大海，占地210畝，氣候四季分明，雨季多雷暴，土壤偏堿，潮濕，腐蝕性高；油罐區(qū)內(nèi)建有原油儲罐30個，均高30米，平均分布在相隔100米的三個區(qū)域內(nèi)；原油灌裝區(qū)占地6800平方米，鐵制頂點高度15米；辦公、生活區(qū)占地1200平方米，平面建筑面積500平方米，頂高5米，距油罐區(qū)100米；緊鄰變電房(內(nèi)置變壓器)占地20平方米，頂高5米。

二、雷擊點精確定位及安全泄流裝置的實施過程

1)通過對油罐區(qū)所在地的氣象資料、地形地貌、土壤和油罐區(qū)內(nèi)建筑物或構(gòu)筑物的高度、形狀、材質(zhì)以及它們在油罐區(qū)內(nèi)分布等情況的調(diào)查和實地勘察，設(shè)計本發(fā)明的雷擊點精確定位及安全泄流裝置的具體實施方案；

2)設(shè)計雷電流泄流接地網(wǎng)(6)的石墨導體接地材料配比、面積、深度、施工方案，并設(shè)計控制終端(1)、MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器(3)、升壓變換裝置、雷擊點定位鐵塔(5)的安裝位置，高壓放電電極(4)的安裝高度；

3)利用MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器(3)設(shè)定出本區(qū)域的雷擊危險值，石墨導體接地材料的形狀、配比、施工方案根據(jù)施工地情況而確定，且高壓放電電極的材質(zhì)、形狀和直徑以所加高壓數(shù)值的大小而確定；

4)具體方案：

通過MEMS(微機電系統(tǒng))地面大氣電場傳感器(3)測定雷電的極性，并在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)(圖3中未示出)；

高壓升壓變換系統(tǒng)接收開機指令開始工作，把與已測定的雷電極性相反的高電壓輸送至高壓放電電極(4)，使高壓放電電極(4)先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，實現(xiàn)雷擊點定位；

使置于防雷塔頂端的高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器(3)預先設(shè)定的雷擊危險值，并把定位雷擊點獲得的雷電流通過引雷線輸送至石墨導體接地網(wǎng)(6)；

石墨導體接地網(wǎng)(6)將來自高壓放電電極(4)和引雷線的雷擊產(chǎn)生的電流安全泄放；

通過遠程監(jiān)控控制系統(tǒng)(圖3中未示出)實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預警。

三、雷擊點精確定位及安全泄流裝置的工作方法的實施過程

雷擊發(fā)生前，雷擊信號和雷擊危險值界定階段，設(shè)定雷擊危險值，在達到雷擊危險值時指令高壓電源打開，并測定雷電的極性，把雷電極性信號先于雷電危險值信號傳輸至高壓升壓變換系統(tǒng)；

雷擊發(fā)生前，高壓放電電極系統(tǒng)運行階段，高壓升壓變換系統(tǒng)向高壓放電電極施以與已測定的雷電極性相反的高電壓，使高壓放電電極先于防雷區(qū)域內(nèi)所有被保護建筑物或構(gòu)筑物達到擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度而優(yōu)先被雷擊，并由高壓放電電極系統(tǒng)使高壓放電電極持續(xù)被施加與雷電極性相反的高電壓而持續(xù)具有高于擊穿空氣數(shù)值(1×10V/m)的電勢差強度，直至該防雷區(qū)域內(nèi)的雷擊危險值低于MEMS地面大氣電場傳感器預先設(shè)定的雷擊危險值；

雷擊發(fā)生時，雷擊點定位及安全泄放階段，把定位雷擊點(即接受雷擊)獲得的雷電流通過高壓放電電極、引雷線及石墨導體接地系統(tǒng)進行泄放；

遠程實時監(jiān)控過程，實時對電流、電壓、接地電阻、鐵塔垂直度進行監(jiān)控和預警。

以上所述的具體實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，僅用于對本發(fā)明進行說明性描述，而不作為限制性描述，因而實施例中的任何細節(jié)不應構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員可在本發(fā)明的權(quán)利要求書所要求保護的范圍內(nèi)對其進行多種改變但都落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。