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ESE避雷針提前放電的合理性分析-社保電子防雷器

發(fā)布時(shí)間:2018-12-09 12:11 　 瀏覽次數(shù)：

      社保電子防雷器：以INDELEC主動(dòng)式早期預(yù)放電避雷針為例,從原理、試驗(yàn)室試驗(yàn)和大氣觀測(cè)等方面分析廠(chǎng)家提供的《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》中存在的一些問(wèn)題,看看它是如何解釋的。

2.1　放電原理

在《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》中,關(guān)于“INDELEC研究的理論基礎(chǔ)及原理描述”是這樣:“當(dāng)風(fēng)暴降臨時(shí),裝置通過(guò)底部電極吸收大氣電場(chǎng)中能量并儲(chǔ)存于其內(nèi)部的電子線(xiàn)路,當(dāng)電荷充電到一定程度時(shí),通過(guò)其上部電極放電,在其尖端周?chē)纬蓮?qiáng)的云層電荷相反的離子層。INDELEC的這種強(qiáng)的電離放電產(chǎn)生向上的發(fā)射的提前先導(dǎo)”。

事實(shí)上,大氣靜電場(chǎng)的能量密度是很低的。例如雷擊發(fā)生前的電場(chǎng)強(qiáng)度為40kV/m時(shí),空間大氣電場(chǎng)的能量密度僅為4×10-9J/cm3。眾所周知,一個(gè)金屬物體放入靜電場(chǎng)中時(shí),會(huì)使原有的電場(chǎng)畸變,并且由于金屬的導(dǎo)電性和表面的等位性,在金屬體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度恒等于零。要想借助INDELEC避雷針的底部電極,在被動(dòng)的沒(méi)有外力做功的條件下,吸收大氣靜電場(chǎng)的能量并將其儲(chǔ)存起來(lái),積累到所需要的數(shù)量,并不斷地利用這個(gè)能量產(chǎn)生火花放電,從原理上說(shuō),是不成立的,不可能的[3]。如果能設(shè)計(jì)出一種機(jī)械,或一種電子線(xiàn)路,在外力不做功的條件下,吸收靜電場(chǎng)能量并將其濃縮和儲(chǔ)存起來(lái)并用于實(shí)際,那無(wú)異于制造了一臺(tái)永動(dòng)機(jī)。至于要借助這個(gè)儲(chǔ)存的能量,產(chǎn)生向上先導(dǎo),完全是不可能的。

《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》還說(shuō):“當(dāng)其電子裝置中的充電電場(chǎng)梯度,即電場(chǎng)變化量與時(shí)間間隔之比dv/dt達(dá)到某一定比率時(shí),電離放電并形成向上先導(dǎo)……。`引雷'是有條件的,在dv/dt達(dá)到某個(gè)確定比例才發(fā)生,此時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到400～500kV/m。”在這里,《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》將dv/dt說(shuō)成是電場(chǎng)梯度,存在概念或本質(zhì)上的錯(cuò)誤。dv/dt不是電場(chǎng)梯度,而是電壓隨時(shí)間的變化率,它不是能量,不能充電入某個(gè)電子裝置。

《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》說(shuō)引雷時(shí)的條件是“電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到400～500kV/m”。需要指出,空間電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)未達(dá)到這個(gè)數(shù)值之前,雷電放電就形成了。INDELEC避雷針要等到這個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度到達(dá)時(shí)再動(dòng)作是完全不可能的,《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》缺乏基本的大氣放電知識(shí)。

2.2　搶先時(shí)間的試驗(yàn)

《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》定義的提前放電時(shí)間Δt為

式中:

tSR與tESE分別為普通避雷針和INDELEC避雷針的上行先導(dǎo)電荷連續(xù)傳播的平均時(shí)間。在這里,《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》說(shuō)的是INDELEC避雷針比普通避雷針的上行先導(dǎo)電荷連續(xù)傳播的平均時(shí)間短,這個(gè)短時(shí)間差就是所謂的“提前時(shí)間”。其實(shí),所謂“上行先導(dǎo)電荷連續(xù)傳播時(shí)間”,就是沖擊放電的擊穿時(shí)間。

《產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理》關(guān)于“在實(shí)驗(yàn)室對(duì)INDELEC產(chǎn)品進(jìn)行Δt測(cè)試”中對(duì)試驗(yàn)是這樣描述的:防雷器與避雷針的安裝高度為1m,電極板的高度為2.05m。那么試驗(yàn)(放電)間隙的大小僅為1.05m。從高電壓的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)說(shuō),1m間隙的沖擊放電屬于流柱放電的范疇,還不足以產(chǎn)生先導(dǎo)放電,以這樣的裝置來(lái)模擬大氣中的放電,根本得不到正確的結(jié)論。

2.3　沖擊放電的伏秒特性

從高電壓專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)說(shuō),表征沖擊放電擊穿時(shí)間與放電電壓的關(guān)系的伏秒特性不僅取決于放電間隙的長(zhǎng)短、電極形狀和布置等因素,還決定于所加電壓的極性、波形和幅值。在間隙距離和電壓參數(shù)相同的條件下,電極越尖,電場(chǎng)越不均勻,擊穿時(shí)間越小。實(shí)際大氣雷云與防雷器之間的間隙以1000m計(jì)算,雷云的尺寸也是以1000m計(jì)算[4]。

在這種情況下,INDELEC避雷針與普通避雷針在電極形狀特征和結(jié)構(gòu)上的差異相對(duì)于大氣電場(chǎng)和雷云尺寸來(lái)說(shuō)將不存在。因?yàn)樵诖髿怆妶?chǎng)的超長(zhǎng)間隙的情況下,它們都屬于極不均勻電場(chǎng),其伏秒特性,即擊穿時(shí)間將趨于接近,根本談不上有什么放電時(shí)間的搶先。

2.4　電壓波形和幅值對(duì)擊穿時(shí)間的影響

為了獲得伏秒特性上的差異,從而得到想要的搶先時(shí)間,INDELEC避雷針的試驗(yàn)者選取了不同于雷電沖擊波波形的操作過(guò)電壓沖擊電壓波形,其波頭時(shí)間為325ms(標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波頭為1.2ms、波尾為50ms),試驗(yàn)電壓幅值為900kV,此電壓比1m間隙的放電電壓大得多。此電壓是以什么標(biāo)準(zhǔn)確定的也不得而知。需要指出,要想得到多少搶先時(shí)間都可,只要改變所試電壓的波形和幅值就能辦到。INDELEC避雷針廠(chǎng)家有意地和人為地試驗(yàn)出了所需要的數(shù)量級(jí)為幾十微秒的搶先時(shí)間,以此標(biāo)榜INDELEC避雷針比普通避雷針優(yōu)越,實(shí)際上毫無(wú)科學(xué)意義。

2.5 INDELEC避雷針的保護(hù)半徑

INDELEC避雷針保護(hù)半徑的計(jì)算公式是根據(jù)雷擊的電氣-幾何圖形計(jì)算的。不過(guò)不同的是,這里考慮了所謂上行先導(dǎo)的搶先距離ΔL,ΔL=ν·Δt,ν為先導(dǎo)的傳播速度,保護(hù)半徑為

這個(gè)公式中的第一項(xiàng)2d·h-h2與我國(guó)的建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057—1994的計(jì)算公式一樣。公式中的第二項(xiàng)ΔL(2d+ΔL)則是INDELEC防雷器所特有的,是源于所謂上行先導(dǎo)的搶先距離,使保護(hù)范圍增大。先導(dǎo)的提前時(shí)間,完全靠人為的試驗(yàn)得到,要多大有多大,以此得到的保護(hù)范圍的增大毫無(wú)實(shí)際意義。

需要指出,按滾球法計(jì)算保護(hù)范圍時(shí)當(dāng)避雷針的高度達(dá)到一定程度以后,再增加高度并不會(huì)增大保護(hù)半徑。

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