電力、電子設(shè)備雷電預(yù)警防護裝置及預(yù)警防護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雷電監(jiān)控設(shè)備，尤其涉及一種電力、電子設(shè)備雷電預(yù)警防護裝置及預(yù)警防護方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了避免雷電損壞設(shè)備，通信、電力、交通等各行業(yè)的電力及電子設(shè)備都需要進行雷電防護。當前對電力及電子設(shè)備的雷電防護，首先按照相關(guān)國家/行業(yè)標準建設(shè)避雷設(shè)施(如:避雷針(器)，接地網(wǎng)等)，然后按照不同的防護區(qū)域在設(shè)備的電源、信號等線路中加裝浪涌保護器進行保護。
[0003]上述浪涌保護器的工作原理是:當雷電流進入電源或信號線后，通過高靈敏度的浪涌保護器將線路接地，使雷電流通過接地系統(tǒng)流入大地；更具體來說，是當閃電電流脈沖進入線路以后通過氣體放電管、壓敏電阻等針對出現(xiàn)的瞬時高壓，導通接地線路對地放電，從而達到保護后續(xù)設(shè)備的目的。由于閃電脈沖電流的上升沿都是微秒量級，因此，要求該類裝置針對不同類型的脈沖必須在納秒量級的時間內(nèi)動作，完成對地放電，所以對浪涌保護器的靈敏度要求極高，增加了制造難度。另外，由于該類浪涌保護器都是針對一些特定的雷電流波形設(shè)計如:8/20微秒等，對于信號線而言，如果是通過天線耦合入信號線的電流，該類浪涌保護器的保護作用難以達到預(yù)期效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種能提前監(jiān)測雷電并進行預(yù)警和防護的電力、電子設(shè)備雷電預(yù)警防護裝置及預(yù)警防護方法。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
[0006]一種電力、電子設(shè)備雷電預(yù)警防護裝置，包括避雷器，還包括電流傳感器、磁天線、信號處理器，所述電流傳感器安裝于高處易于遭受雷擊的引雷導體上并用于感應(yīng)測量所述引雷導體上的電流，所述磁天線安裝于距離所述電流傳感器的水平距離小于100m的范圍內(nèi)，所述電流傳感器的信號輸出端和所述磁天線的信號輸出端分別與所述信號處理器的信號輸入端連接，所述信號處理器的預(yù)警信號輸出端與所述避雷器的控制信號輸入端連接。
[0007]上述結(jié)構(gòu)中，電流傳感器用于感應(yīng)測量所述引雷導體上的電流，能夠采集到在引雷導體上始發(fā)的上行先導的電流脈沖信號；磁天線用于采集由雷暴云中始發(fā)并向地面發(fā)展的下行梯級先導的磁場脈沖信號；信號處理器用于對信號進行濾波去噪和計算判斷處理，并在滿足條件時向避雷器發(fā)送預(yù)警信號，采用常規(guī)的信號處理器即可實現(xiàn)。
[0008]具體地，所述引雷導體為避雷針，所述電流傳感器套裝于所述引雷導體外，所述電流傳感器為線圈或同軸分流器，所述避雷器包括交流輸入端的電源避雷器和信號輸入端的信號避雷器，所述電源避雷器的控制信號輸入端和所述信號避雷器的控制信號輸入端分別與所述信號處理器的預(yù)警信號輸出端連接。
[0009]—種電力、電子設(shè)備雷電預(yù)警防護裝置采用的預(yù)警防護方法，包括以下步驟:
[0010](1)信號處理器采集電流傳感器的雷電流脈沖信號并進行如下條件判斷:
[0011]①雷電流脈沖信號寬度是否為10-100微秒？
[0012]②雷電流脈沖信號頻譜能量是否集中分布于0?300KHZ，且頻譜特征表現(xiàn)為隨著頻率上升能量遞減？
[0013]③是否連續(xù)兩次及以上出現(xiàn)滿足上述條件①、②的雷電流脈沖信號？
[0014](2)信號處理器采集磁天線的磁場脈沖信號，先通過積分電路，完成磁場脈沖信號的積分運算，再進行如下條件判斷:
[0015]A、磁場脈沖信號的時寬是否不超過1微秒？
[0016]B、是否連續(xù)兩次以上出現(xiàn)滿足上述條件A的雷電流脈沖信號？
[0017](3)在信號處理器采集的電流傳感器的雷電流脈沖信號同時滿足上述條件①、②、③，且信號處理器采集的磁天線的磁場脈沖信號同時滿足上述條件A、B的條件下，信號處理器向避雷器發(fā)出預(yù)警信號，由避雷器完成接地保護，避雷器在1?2秒后自動恢復(fù)正常供電或信號傳輸，然后繼續(xù)重復(fù)上述步驟(1)、(2)、(3);如果沒有同時滿足上述條件①、②、③、A、B，則重復(fù)上述步驟(1)、(2)、(3)0
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]本發(fā)明通過監(jiān)測閃電發(fā)展過程中，在電力、電子設(shè)備附近的引雷導體如避雷針上由于上行先導產(chǎn)生的電流，以及由雷暴云產(chǎn)生的下行梯級先導產(chǎn)生的脈沖磁場來判斷電力、電子設(shè)備是否可能被閃電襲擊，從而在閃電襲擊地面數(shù)十?數(shù)百微秒前發(fā)出預(yù)警，而無需納秒量級的高靈敏度器件即可使相關(guān)接地保護端即避雷器完成接地保護動作，不再是雷電流已經(jīng)入侵系統(tǒng)電路后再根據(jù)電壓等電參數(shù)判斷進行保護，使得對電力、電子設(shè)備的保護更有保障，同時，當閃電襲擊了被保護設(shè)備附近(未直接襲擊設(shè)備本身)，由于相關(guān)保護端已經(jīng)接地，則亦可避免由于雷電電磁脈沖通過相關(guān)線路耦合對設(shè)備造成損害；本預(yù)警防護裝置無需針對不同的雷電流波形進行設(shè)計再防護，可以針對任何雷電流波形，因此相比傳統(tǒng)防雷設(shè)備更具普遍意義。
【附圖說明】
[0020]圖1是75:地閃中的下行梯級先導和上行先導發(fā)展不意圖；
[0021]圖2-1是一次自然閃電中雷電負梯級先導接近地面且閃電回擊發(fā)生之前由于鐵塔上始發(fā)上行先導而在鐵塔上測量得到的電流脈沖；
[0022]圖2-2是圖2-1中“A”的放大圖；
[0023]圖2-3是圖2-1中“B”的放大圖；
[0024]圖3是本發(fā)明所述電力、電子設(shè)備雷電預(yù)警防護裝置應(yīng)用時的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0026]首先，為了便于理解本發(fā)明的創(chuàng)新思路和原理，下面結(jié)合附圖對雷電現(xiàn)象進行詳細說明:
[0027]通常而言，對電力、電子設(shè)備造成危害和損壞的主要是云地閃(發(fā)生在云體與地面之間的大氣放電現(xiàn)象，稱為云地閃)，云地閃分為下行負地閃、下行正地閃、上行負地閃和上行正地閃四種類型。通常情況下的云對地放電過程都是將云內(nèi)負電荷輸送到地面的負極性放電(即下行負地閃)，正地閃過程相對較少出現(xiàn)。對于低于100m的這類地面物體通常忽略上行閃電，認為只遭受下行閃電的襲擊[Vladimir A.Rakov, 2003.Lightning physicsand effects.]0
[0028]這里以下行負地閃(事實上本專利也可應(yīng)用于其他類型的雷電預(yù)警)與地物作用過程為例進行闡述。如圖1所示，實驗研究表明產(chǎn)生于云內(nèi)體分布電荷的下行閃電以稱之為梯級先導的梯級發(fā)展形式由云內(nèi)向地面?zhèn)鞑?。隨著梯級先導到達地面，地面電場也隨之穩(wěn)定增大，位于該背景電場中的地物尖端電場會由于電場的增強而數(shù)次達到由梯級先導產(chǎn)生的背景電場強度幅值的數(shù)十倍。當?shù)匚锛舛穗妶鲞_到約3.0X 106V/m的臨界值時，其尖端將開始出現(xiàn)電子雪崩。隨著背景電場的增大，尖端的本地電場也隨之增大，導致電子雪崩頭部的帶電粒子數(shù)增加。當粒子數(shù)達到約10s到10 9時，電子雪崩將轉(zhuǎn)化為流光放電[Gallimberti, 1972 ；Bazelyan et al.，1977]。如果流光里的電荷量超過約1 μ C，則流光通道將會被加熱導致先導的產(chǎn)生[Gallimberti，1972]。這個過程稱之為流光到先導的轉(zhuǎn)變，這種由梯級先導形成的活躍電場激發(fā)而形成的先導，稱之為連接先導(即上行先導，當與下行梯級先導發(fā)生連接形成云地閃時，則將該上行先導稱之為連接先導)。一旦上述過程開始，連接先導便開始向著下行梯級先導發(fā)展。連接先導的發(fā)展取決于尖端上產(chǎn)生的流光，與每個流光產(chǎn)生的相關(guān)聯(lián)電荷依賴于背景電場和連接先導通道的電位梯度。對于正先導而言，該值大約等于40-