ESE避雷针提前放电的合理性分析-社保电子防雷器

发布时间:2018-12-09 12:11 　 浏览次数：

      社保电子防雷器：以INDELEC主动式早期预放电避雷针为例,从原理、试验室试验和大气观测等方面分析厂家提供的《产品设计原理》中存在的一些问题,看看它是如何解释的。

2.1　放电原理

在《产品设计原理》中,关于“INDELEC研究的理论基础及原理描述”是这样:“当风暴降临时,装置通过底部电极吸收大气电场中能量并储存于其内部的电子线路,当电荷充电到一定程度时,通过其上部电极放电,在其尖端周围形成强的云层电荷相反的离子层。INDELEC的这种强的电离放电产生向上的发射的提前先导”。

事实上,大气静电场的能量密度是很低的。例如雷击发生前的电场强度为40kV/m时,空间大气电场的能量密度仅为4×10-9J/cm3。众所周知,一个金属物体放入静电场中时,会使原有的电场畸变,并且由于金属的导电性和表面的等位性,在金属体内的电场强度恒等于零。要想借助INDELEC避雷针的底部电极,在被动的没有外力做功的条件下,吸收大气静电场的能量并将其储存起来,积累到所需要的数量,并不断地利用这个能量产生火花放电,从原理上说,是不成立的,不可能的[3]。如果能设计出一种机械,或一种电子线路,在外力不做功的条件下,吸收静电场能量并将其浓缩和储存起来并用于实际,那无异于制造了一台永动机。至于要借助这个储存的能量,产生向上先导,完全是不可能的。

《产品设计原理》还说:“当其电子装置中的充电电场梯度,即电场变化量与时间间隔之比dv/dt达到某一定比率时,电离放电并形成向上先导……。`引雷'是有条件的,在dv/dt达到某个确定比例才发生,此时的电场强度达到400～500kV/m。”在这里,《产品设计原理》将dv/dt说成是电场梯度,存在概念或本质上的错误。dv/dt不是电场梯度,而是电压随时间的变化率,它不是能量,不能充电入某个电子装置。

《产品设计原理》说引雷时的条件是“电场强度达到400～500kV/m”。需要指出,空间电场强度远未达到这个数值之前,雷电放电就形成了。INDELEC避雷针要等到这个电场强度到达时再动作是完全不可能的,《产品设计原理》缺乏基本的大气放电知识。

2.2　抢先时间的试验

《产品设计原理》定义的提前放电时间Δt为

式中:

tSR与tESE分别为普通避雷针和INDELEC避雷针的上行先导电荷连续传播的平均时间。在这里,《产品设计原理》说的是INDELEC避雷针比普通避雷针的上行先导电荷连续传播的平均时间短,这个短时间差就是所谓的“提前时间”。其实,所谓“上行先导电荷连续传播时间”,就是冲击放电的击穿时间。

《产品设计原理》关于“在实验室对INDELEC产品进行Δt测试”中对试验是这样描述的:防雷器与避雷针的安装高度为1m,电极板的高度为2.05m。那么试验(放电)间隙的大小仅为1.05m。从高电压的专业知识来说,1m间隙的冲击放电属于流柱放电的范畴,还不足以产生先导放电,以这样的装置来模拟大气中的放电,根本得不到正确的结论。

2.3　冲击放电的伏秒特性

从高电压专业知识来说,表征冲击放电击穿时间与放电电压的关系的伏秒特性不仅取决于放电间隙的长短、电极形状和布置等因素,还决定于所加电压的极性、波形和幅值。在间隙距离和电压参数相同的条件下,电极越尖,电场越不均匀,击穿时间越小。实际大气雷云与防雷器之间的间隙以1000m计算,雷云的尺寸也是以1000m计算[4]。

在这种情况下,INDELEC避雷针与普通避雷针在电极形状特征和结构上的差异相对于大气电场和雷云尺寸来说将不存在。因为在大气电场的超长间隙的情况下,它们都属于极不均匀电场,其伏秒特性,即击穿时间将趋于接近,根本谈不上有什么放电时间的抢先。

2.4　电压波形和幅值对击穿时间的影响

为了获得伏秒特性上的差异,从而得到想要的抢先时间,INDELEC避雷针的试验者选取了不同于雷电冲击波波形的操作过电压冲击电压波形,其波头时间为325ms(标准雷电冲击电压波头为1.2ms、波尾为50ms),试验电压幅值为900kV,此电压比1m间隙的放电电压大得多。此电压是以什么标准确定的也不得而知。需要指出,要想得到多少抢先时间都可,只要改变所试电压的波形和幅值就能办到。INDELEC避雷针厂家有意地和人为地试验出了所需要的数量级为几十微秒的抢先时间,以此标榜INDELEC避雷针比普通避雷针优越,实际上毫无科学意义。

2.5 INDELEC避雷针的保护半径

INDELEC避雷针保护半径的计算公式是根据雷击的电气-几何图形计算的。不过不同的是,这里考虑了所谓上行先导的抢先距离ΔL,ΔL=ν·Δt,ν为先导的传播速度,保护半径为

这个公式中的第一项2d·h-h2与我国的建筑物防雷设计规范GB50057—1994的计算公式一样。公式中的第二项ΔL(2d+ΔL)则是INDELEC防雷器所特有的,是源于所谓上行先导的抢先距离,使保护范围增大。先导的提前时间,完全靠人为的试验得到,要多大有多大,以此得到的保护范围的增大毫无实际意义。

需要指出,按滚球法计算保护范围时当避雷针的高度达到一定程度以后,再增加高度并不会增大保护半径。

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