一種高鐵用驅雷裝置的製作方法

2023-06-24 05:22:32 1

本發明涉及高鐵驅雷設備技術領域，具體涉及一種高鐵用驅雷裝置。

背景技術：
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高鐵已經成為現代主流交通工具，高鐵的運行安全直接關係人們的生命安全，目前影響高鐵運行安全的主要因素有人為因素和不可控因素，其中不可控因素主要是指雷電天氣，雷電天氣容易造成高鐵雷擊，嚴重影響高鐵中電氣化設備的正常運行，嚴重時會產生失靈，為了降低雷電天氣對高鐵的影響，通常在高鐵上安裝避雷針或者在高鐵軌道上安裝避雷線，在高鐵變電站上安裝避雷針，避雷針是富蘭克林發明的，它的主要原理是吸引雷雲電場集中於其金屬針而增大針端電場強度，使雷雲電場擊穿金屬針而將強大的雷電流經其接地體洩放入地，但避雷針防雷通常帶來反擊、跨步電壓、接觸電壓和對強弱電系統的電磁脈衝感應過電壓損壞等負面危害，避雷針防雷效果不佳，難以保證變電站免遭雷擊，而避雷線安裝費時費力，造價成本高，而且在雷擊時避雷線上會有較大電流，形成磁場對運行中高鐵的電氣設備產生影響，難以有效消雷。

技術實現要素：
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本發明的目的就是為了彌補現有技術的不足，提供了一種高鐵用驅雷裝置，它具有安裝簡單、成本低、驅雷可靠穩定等優點，解決了現有技術中存在的問題。

本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是：

一種高鐵用驅雷裝置，包括沿高鐵軌道間隔設置的若干無源驅雷器，高鐵軌道上間隔設有若干高鐵變電站，高鐵變電站上設有有源和無源驅雷器，有源和無源驅雷器連接有雷電預警系統。

所述高鐵軌道一側設有安裝架，安裝架上設有無源驅雷器。

所述相鄰兩無源驅雷器之間間距為1-2km。

所述有源和無源驅雷器包括機架，機架上端設有第一金屬外罩，第一金屬外罩上設有若干放電通孔，第一金屬外罩外壁上對應放電通孔的位置設有中空放電針，中空放電針側壁上設有若干開口，機架上端中部設有安裝孔，安裝孔內安裝有納米陶瓷絕緣子，納米陶瓷絕緣子底部設有第一電極，第一電極與機架內壁之間設有間隙，第一電極通過接地線與大地連接，第一電極下方的機架上設有風機，機架上還設有電源、逆變器和變壓器，電源通過導線依次與逆變器和變壓器連接，變壓器通過導線與納米陶瓷絕緣子連接，電源通過導線分別與風機和雷電預警系統連接。

所述中空放電針末端設有若干一級放電針。

所述機架外部設有球形外殼。

所述第一金屬外罩為鋁金屬外罩，所述第一電極為鋁電極。

所述納米陶瓷絕緣子設計為長短傘裙間隔狀。

所述球形外殼採用鈦合金或碳纖維等輕質材料。

所述雷電預警系統包括雷電預警器、雷雲電場強度測量儀、雲層檢測雷達、計數控制器和控制器，雷電預警器、雷雲電場強度測量儀和計數控制器分別通過導線與控制器連接。

所述電源與逆變器之間連接有控制開關，控制開關與雷電預警系統連接。

所述無源驅雷器包括第二金屬外罩，第二金屬外罩外壁上均勻設有若干放電針，第二金屬外罩開口端內壁安裝有絕緣子，絕緣子底部設有第二電極，第二電極與第二金屬外罩內壁之間間隔設置，第二電極通過接地線與大地連接。

所述第二金屬外罩為鋁金屬外罩，所述第二電極為高導或超導金屬電極。

所述放電針末端設有若干一級放電針。

所述第二金屬外罩內部設有單個或多個等離子發生倉。

所述等離子發生倉包括內金屬罩，內金屬罩開口端內壁安裝有內絕緣子，內絕緣子底部設有內電極，內電極與內金屬罩內壁之間間隔設置，內電極通過接地線與大地連接。

本發明採用上述方案，針對現有高鐵防雷存在的技術問題，設計了一種高鐵用驅雷裝置，通過高鐵軌道一側間隔設有若干無源驅雷器，有效對高鐵軌道上附近的雷雲進行消除，確保高鐵運行安全；通過在高鐵變電站上安裝有源和無源驅雷器，有效保護高鐵變電站的正常工作，確保為高鐵進行供電。

附圖說明：

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是本發明有源和無源驅雷器結構示意圖；

圖3是本發明無源驅雷器結構示意圖；

圖4是本發明等離子發生倉結構示意圖；

其中，1、高鐵軌道，2、無源驅雷器，201、第二金屬外罩，202、放電針，203、絕緣子，204、第二電極，205、等離子發生倉，206、內金屬罩，207、內絕緣子，208、內電極，3、高鐵變電站，4、有源和無源驅雷器，401、機架，402、第一金屬外罩，403、放電通孔，404、中空放電針，405、開口，406、安裝孔，407、納米陶瓷絕緣子，408、第一電極，409、風機，410、電源，411、逆變器，412、變壓器，413、一級放電針，414、球形殼體，415、控制開關，5、雷電預警系統，6、安裝架，7、接地線，8、高鐵。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明：

如圖1-4所示，一種高鐵用驅雷裝置，包括沿高鐵軌道1間隔設置的若干無源驅雷器2，高鐵軌道1上間隔設有若干高鐵變電站3，高鐵變電站3上設有有源和無源驅雷器4，有源和無源驅雷器4連接有雷電預警系統5，充分利用高鐵變電站3可供電特性實現有源和無源共同驅雷，針對高鐵軌道1長且無法提供電源的特點在高鐵軌道1上間隔設置若干無源驅雷器2，實現有針對性的對高鐵變電站3和高鐵軌道1進行驅雷，有效保護高鐵軌道1上高鐵運行安全和高鐵變電站3的安全。

高鐵軌道1一側設有安裝架6，安裝架6上設有無源驅雷器2。

相鄰兩無源驅雷器2之間間距為1-2km。

有源和無源驅雷器4包括機架401，機架401上端設有第一金屬外罩402，第一金屬外罩402上設有若干放電通孔403，第一金屬外罩402外壁上對應放電通孔403的位置設有中空放電針404，中空放電針404側壁上設有若干開口405，機架401上端中部設有安裝孔406，安裝孔406內安裝有納米陶瓷絕緣子407，納米陶瓷絕緣子407底部設有第一電極408，第一電極408與機架401內壁之間設有間隙，第一電極408通過接地線7與大地連接，第一電極408下方的機架401上設有風機409，機架401上還設有電源410、逆變器411和變壓器412，電源410通過導線依次與逆變器411和變壓器412連接，變壓器412通過導線與納米陶瓷絕緣子407連接，電源410通過導線分別與風機409和雷電預警系統5連接，實現有源和無源共同進行驅雷，有效保護高鐵變電站的安全

中空放電針404末端設有若干一級放電針413，實現微安級放電。

機架401外部設有球形外殼414，有效保護機架401內的設備。

第一金屬外罩402為鋁金屬外罩，第一電極408為鋁電極，性價比高。

納米陶瓷絕緣子407設計為長短傘裙間隔狀。

球形外殼414採用鈦合金或碳纖維等輕質材料。

雷電預警系統5包括雷電預警器、雷雲電場強度測量儀、雲層檢測雷達、計數控制器和控制器，雷電預警器、雷雲電場強度測量儀和計數控制器分別通過導線與控制器連接，實現智能監測雷雲和驅雷。

電源410與逆變器411之間連接有控制開關415，控制開關415與雷電預警系統5連接。

無源驅雷器2包括第二金屬外罩201，第二金屬外罩201外壁上均勻設有若干放電針202，第二金屬外罩201開口端內壁安裝有絕緣子203，絕緣子203底部設有第二電極204，第二電極204與第二金屬外罩201內壁之間間隔設置，第二電極204通過接地線7與大地連接，實現無需電源進行驅雷，有效保護高鐵軌道1上高鐵8的運行安全。

第二金屬外罩201為鋁金屬外罩，第二電極204為高導或超導金屬電極。

放電針202末端設有若干一級放電針413。

第二金屬外罩201內部設有單個或多個等離子發生倉205，提高等離子產生數量，確保驅雷效果。

等離子發生倉205包括內金屬罩206，內金屬罩206開口端內壁安裝有內絕緣子207，內絕緣子207底部設有內電極208，內電極208與內金屬罩206內壁之間間隔設置，內電極208通過接地線7與大地連接。

本發明的工作過程：

當高鐵變電站附近有雷雲時，雷雲中的電荷不斷聚集，有源和無源消雷器4開始工作，通常雷雲帶負電荷，雷雲中的負電荷不斷聚集，根據庫倫定律可知，同時大地上聚集大量正電荷，在異性電荷相吸的作用下，雷雲中的負電荷不斷呈漏鬥狀下降，當負電荷聚集到一定數量後，雷雲中的負電荷與第一金屬外罩402上的一級放電針413之間形成微安級放電，即產生一級放電，雷雲電荷擊穿外界空氣與一級放電針413連通後，大量負電荷聚集在第一金屬外罩402上，此時大地上聚集的正電荷通過接地線10聚集到第一電極408上，第一電極408上的大量正電荷與第一金屬402外罩上的大量負電荷不斷聚集，產生電壓差，當電壓差增大到一定程度時就會擊穿第一金屬外罩402與第一電極408之間的空氣，產生毫安級放電，即二級放電，從而電離出大量的等離子體，在雷雲電場激勵下可產生大於30mC/s消散電荷(即大於30mA消散電流)，等離子體中的正離子不斷向上擴散，離子擴散高度通常達800m以上，與雷雲中的負電荷中和，削弱雷雲，產生的負離子經接地線流入大地中，從而實現無源驅雷，在無源驅雷工作的同時，接通220V電源12，然後經逆變器13和變壓器14的作用將220V電壓變換成3萬伏電壓，並將3萬伏電壓傳輸到納米陶瓷絕緣子407的線圈上，納米陶瓷絕緣子407在高電壓的作用下擊穿納米陶瓷絕緣子407與第一金屬外罩402之間的空氣，即實現介質阻擋放電方式強電離空氣產生高濃度非平衡低溫等離子體，根據我國氣體電子學和靜電學著名專家邱軍林、白希堯等測試，採用上述強電離空氣方式可產生濃度為1014/m3—1016/m3的等離子體，同時啟動風機409，在風機409的作用下，高濃度等離子依次經過放電通孔403和中空放電針404，並從中空放電針404上的開口405處流出釋放到空氣中，根據美國國家宇航局(NASA)為在佛羅裡達航天基地進行火箭筒引雷方式防雷，對地面自然尖端物(草木尖端)在雷雲電場作用下產生的離子沿空間高度分布所作的探空測試表明，離子可漂移至800m以上的高空，因此正離子能夠漂浮至雷雲中，與雷雲中的負電荷中和，削弱雷雲，實現有源驅雷，同時本申請的驅雷裝置還可以與雷電預警器、雷雲電場強度測量儀、雲層檢測雷達、計數控制器和控制器輔助電子設備配合使用，實現智能化檢測雷雲和控制驅雷，通過將有源驅雷與無源驅雷裝置的有效結合，使整體結構更加緊湊，同時實現多級放電驅雷和驅雷更加的安全可靠。

當高鐵軌道1附近出現雷雲時，無源驅雷器開始工作，通常雷雲帶負電荷，根據庫倫定律，大地上聚集大量的正電荷，正電荷通過接地線聚集到第二電極204上，隨著雷雲中的負電荷不斷聚集，在第二電極204上的正電荷與雷雲負電荷相吸的作用下，雷雲中的負電荷成漏鬥狀向下移動，當負電荷與一級放電針413之間的間距和電壓差達到一定數值時就會擊穿外界空氣，從而形成一級放電，電離空氣產生等離子體，一級放電針413與雷雲中的電荷導通後，大量的負電荷聚集在第二金屬外罩201上，第二金屬外罩201上的負電荷與第二電極204上的正電荷再次形成電壓差，隨著負電荷和正電荷的不斷聚集，電壓差不斷增大，當電壓差到達一定數值後，擊穿第二電極204與第二金屬外罩201之間的空氣，電離產生高密度的等離子體，即在雷雲電場激勵下通常產生大於30mC/s消散等離子體(即大於30mA消散電流)，有效中和引聚正負電荷，在5分鐘內可中和10C以上的雷雲與大地之間的電荷，正離子向空氣中擴散與雷雲中的負電荷中和，離子通常漂浮距離在800m以上，削弱雷雲，負電荷經接地線7導入大地，從而達到穩定驅雷的目的，有效保護高鐵軌道1上運行的高鐵8。

上述具體實施方式不能作為對本發明保護範圍的限制，對於本技術領域的技術人員來說，對本發明實施方式所做出的任何替代改進或變換均落在本發明的保護範圍內。

本發明未詳述之處，均為本技術領域技術人員的公知技術。