一种高塔电子设备防雷保护装置的制作方法

1.本发明涉及防雷和高电压工程技术领域，尤其涉及一种雷电能量吸收消纳式避雷针系统装置。

背景技术：

2.雷电是一种大气短时间内的强烈放电的自然现象，在全球范围内平均每天约发生800万次闪电，每次闪电在微秒级的瞬间释放出约5.5
×
106j/ω的能量。雷电对人类赖以生存的自然资源和人类创造的物质文明构成巨大的威胁，例如，森林火灾有50％以上因雷电引发；人们居住的建筑物屡遭雷击破坏；电力、交通、石化等工业设施常因雷击而发生灾难性事故。
3.近二百多年来，一直采用富兰克林发明的避雷针来防止雷击。由于避雷针的作用是引起雷云电场畸变，将雷引到自身，使被保护物免受雷击。尽管避雷针能有效的吸引雷，但它的保护效果是不能令人满意的，首先是它过高的感应电压危害特别大，雷击避雷针时，由于剧烈的电磁振荡，使其四周有强大的感应电磁场，它能造成强电及弱电设备的损坏。二是避雷针特别容易形成反击电压，它是不能用来保护易燃、易爆品和弱电设备，因为当易燃、易爆品遇由避雷针附近所感应产生的火花时，足以引起爆炸，造成巨大损失。
4.开关型电荷放大器等离子避雷系统，专利号为cn03103706.2，虽然使用了等离子技术，但是其原理是需要配置一个高压电源来产生等离子异性电荷与雷电中和的原理。
5.一种自耗能型线路综合防雷装置，专利号为201810747456.2，该专利设计由电感线圏和电容器组成的消纳回路中，按照目前高压电容器的制造技术，若是选用以100kv/0.1uf的电容器计算，由于雷电的电压值高达1亿伏～10亿伏，若是不让电容器击穿，则需要几千台100kv电容器加以串联，实际防雷工程中，如此巨大的费用是无法承受的，由此使用电容器来消纳雷电实际无法进行现场实施的。
6.一种基于液电效应和帕斯卡原理的灭弧防雷方法，专利号：202110909447.0，该发明提出用绝缘油作液电效应吸收雷电能量的方法，是电场在电极中间的绝缘介质放电时，高压电场击穿绝缘油形成击穿通道，发生油气化、碳化和压力膨胀，进行能量释放的过程，其不足之处是：在雷击首次将绝缘油击穿过程后将会引起后续绝缘油的绝缘性能下降而影响使用寿命。
7.现有避雷针体系中技术存在的问题：
8.避雷针具有引雷作用，当雷电被吸引到接闪器上后，在强大的雷电流沿针而流入大地过程中，并产生强大的电磁脉冲，却不能实现有效的能量消纳过程。
9.当雷电被吸引到针上，将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置，由于没有能量吸收避雷针和引线的电压很高，若针对被保护物之间的距离小于安全距离时，会由针及引下线向被保护物发生反击过电压，损坏被保护的计算机和通信设备。以纯铁质材料当作高频电流通道造成了电气高阻抗阻塞障碍，从而更加容易产生过电压危害。

技术实现要素：

10.本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，通过在原高塔、铁塔或避雷针的顶端设置一个能通高频雷电波脉冲的低波阻抗通道，将雷电脉冲由高压同轴电缆线引至雷电脉冲能量消纳吸收装置进行吸收消纳的过程。
11.为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：
12.一种高塔电子设备防雷保护装置，包括：安装于高塔(即富兰克林式避雷针)顶部的由耐高电压的绝缘材料组成的雷电荷绝缘阻隔器，设置在所述雷电荷绝缘阻隔器顶部的金属对地绝缘接闪器，对地绝缘接闪器经雷电荷绝缘阻隔器与塔体绝缘，所述对地绝缘接闪器通过双层导体同轴电缆线与安装在近地面的雷电脉冲能量消纳吸收装置连接，所述雷电脉冲能量消纳吸收装置的另一端与接地端连接，雷电脉冲能量消纳吸收装置，包括电容式极板、极性电介质和绝缘罐体容器，所述绝缘罐体容器内两侧对称安装电容式极板，所述电介质充满绝缘罐体容器，通过电介质中的介电材料极化效应的驰豫特征产生高频率脉冲效应，进而在电介质中产生偶极子极化损耗以消纳雷电电场能量；雷电荷绝缘阻隔器为可耐高压的绝缘子或套管式高压绝缘子，绝缘子材料为陶瓷绝缘子或硅橡胶复合绝缘子体，耐压水平大于100kv，对地绝缘接闪器为金属导体杆，可以为铁棒、不锈钢杆、铜棒、铝棒等的实心或空芯导电体，安装于雷电荷绝缘阻隔器的上端，与地面电位g呈绝缘状态，双层导体同轴电缆线与通用导线相比，具有低波阻抗和无感型的特点，其双层导体间呈电容特性。
13.优选地，所述的双层导体同轴电缆由里到外分为四层：内芯层导体，中间绝缘层，外芯层导体和外层绝缘层；所述内芯层导体的一端与对地绝缘接闪器的一端连接，另一端与雷电脉冲能量消纳吸收装置的一端连接，所述外芯层导体与接地端连接；内芯层导体材料为铜芯或铝芯，由于雷电为高压，因此中间绝缘层的材料需要为可耐受高压50～100kv水平的聚乙烯或交联聚乙烯，外芯层导体材料为铜，外层绝缘层材料为塑料包覆材料。
14.优选地，所述极性电介质的介电常数εr≥50。
15.优选地，所述电介质由介电常数εr≥100的固相颗粒和介电常数εr≥40液相体混合而成。
16.优选地，所述液相体为水、盐水、碳酸丙烯酯的一种或两种以上组合。
17.优选地，所述固相颗粒为钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙的一种或两种以上混合而成；或所述固相颗粒为钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙任意一种或两种以上与粘土、高岭土、石膏中的一种或两种以上混合而成。钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙都是一种强介电化合物材料，具有高介电常数，在保证足够介电常数的基础上，可通过混合粘土、高岭土、石膏中的一种或两种以上来降低成本。
18.优选地，所述固相颗粒与液相体的体积分数比例为1:1～1:15。
19.优选地，所述固相颗粒还包括具备铁磁性特征的材料，带磁性材料的电介质通过吸收雷电电场能进而转换成了磁场能量和通过磁液膨胀或压力变化实现电能量的吸纳过程。
20.优选地，所述具备铁磁性特征的材料为铁氧体粉末、四氧化三铁粉末、酒石酸钾钠、磷酸二氢钾中的一种或两种以上混合而成。
21.本发明在原高塔、铁塔或避雷针的顶端设置一个对地绝缘接闪器，并通过双层导体同轴电缆构筑的低波阻抗通道，将雷电脉冲引至雷电脉冲能量消纳吸收装置，采用这种
无感型(仅容性特性)的避雷针接闪装置，可防止雷电电磁脉冲在避雷针和大地电容构成的r-l-c高频谐振导致对附近的电子通信设备造成较大的破坏，同时通过雷电脉冲能量消纳吸收装置的极性电介质中的介电材料极化效应的驰豫特征而产生高频率脉冲效应，进而在极性电介质中产生偶极子极化损耗的现象来消纳雷电电场能量的过程，对雷电能量有效的消纳，从而降低在避雷针塔底的雷电残压的电位和雷电流值，由通常的5ka～50ka下降为几百安培的电流量级，保护了塔体附近的电子电气设备的安全；采用电介质极化吸收雷电脉冲能量的原理，由于液相介质以电晕放电的物理形式，电介质此时仍未被雷电高电压击穿，绝缘性能仍得到保护，并不受击穿后游离介质影响，可以多次重复使用的工作方式，具有使用寿命长，防雷消纳能力可多年可保持不变的特点，提高了产品的经济性和耐用性；本发明只对雷电脉冲能量消纳吸收装置有吸收的容量要求，而对接地的电阻值(国家规定要求《5～10ω)没有要求，从而减少铁塔入地接地网的投资成本。
附图说明
22.图1本发明的系统装置结构示意图；
23.图2本发明中的雷电脉冲能量消纳吸收装置结构示意图。
24.1雷电荷绝缘阻隔器，2对地绝缘接闪器，3双层导体同轴电缆，31内芯层导体，32中间绝缘层，33外芯层导体，34外层绝缘层，4雷电脉冲能量消纳吸收装置，41引线，42电容式极板，43极性电介质，44绝缘罐体容器，5绝缘平台，6绝缘抱箍，7塔上电子设备，8高塔。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本装置设计目的为不依赖于接地网对雷电能量进行吸收消纳的过程，设置对地绝缘的接闪器，避免从地面电荷直接与空中电荷短路形成大电流的行为，设计的容性特性的避雷针接闪装置加上雷电脉冲能量消纳吸收装置可以有效地避免雷电的高频振荡和吸收95％以上的雷电脉冲的能量值。
27.避雷针接闪装置原理说明：
28.传统的铁塔型的富兰克林式避雷针，由于通常均为铁制材料，其电感量较大，按电感量计算公式：
[0029][0030]
其中n为匝数，ur为磁导率，u0空气导体率＝4π
×
10-7
，a为塔身横截面积，l为单位磁回路长度。
[0031]
设当塔高为30m，塔身截面积为由2平方米的角铁构成时，塔体电感l计算如下：
[0032][0033]
根据《高电压技术》行波波阻抗原理，通用导线的波阻抗大约为z＝500ω，而同轴
电缆的波阻抗为z＝20ω～50ω，设铁塔体的波阻抗仍为500ω来反推导计算铁塔的电感l值。
[0034]
z＝2πfl＝500ω，取f＝4khz，
[0035]
由此，避雷针塔体电感值为20mh左右，呈感性特征。
[0036]
该计算值与公式的计算值相近，证明了铁塔具有不可忽视的电感量值。
[0037]
当土壤中大面积积水的情形下，两电极间的等效电容值c是十分可观的，设空中的雨水带电电荷第一落地点与高塔底部异性电荷放电接地点(第二落地点)之间积水区域的距离为100米时，两电极间的等效电容按试验过程的经验值的体积数推测为0.5μf～50μf之间，当区域积水在连续暴雨时，等效电容c＝1μf～2μf，该电容将会与铁塔等效电感l构成振荡电路，由r-l-c谐振公式
[0038][0039]
雷电波形能量主要集中在1khz频带宽度内，其能量积聚已经达到占脉冲波形总能量的70％以上，雷电波形90％能量带宽为1～30khz。
[0040]
由避雷针自身的电感l，含水土壤体电容c、大地电阻r构成的r-l-c等效电路与雷电高频脉冲组成了一个振荡源电路，且振荡的频率恰好落在了雷电的高振幅频段，根据品质因数公式，l-c回路具有将雷电能量放大几十至几百倍的作用，雷电波频率在1.12khz时，产生振荡的电流、电压同时大幅度放大，其放大倍数产生振荡的品质因数其中r为大地的等效电阻，接地电阻越小，谐振过程的放大倍数越大，由此可知，波在1～4khz为振幅较大范围，在这个频率下的振荡破坏力较强烈，会对附近的电子通信设备造成较大的破坏。
[0041]
因此设计了一种无感型的避雷针接闪装置以防止r-l-c高频谐振，容性特性的防雷接闪器可以有效地避免雷电的高频振荡。
[0042]
雷电脉冲能量消纳吸收装置的理论基础与原理说明：
[0043]
1、对于具有极性液体介质除有位移极化外，还具有显著的偶极转向极化。德拜提出的偶极极化和损耗理论认为，极性液体分子的运动可看作半径为a的固体小球在宏观粘度为η的粘性媒质中有“摩擦”地旋转。根据斯托克定律，液体摩擦系数ξ＝8πηa2。在极性液体或溶液中，当没有外施电场作用时，每个极性分子偶极矩的方向因布朗运动而杂乱无章，从整体看没有偶极矩，但在外施电场作用下，由于克服了与周围分子间的摩擦阻力，使极性分子的转动力与布朗运动作用力形成合力发生状态改变，因而在电场方向具有感应偶极矩。根据偶极子在电场内的旋转转矩和摩擦转矩相平衡的条件，可推得在弱电场下的松弛时间为(代入摩擦系数ξ＝8πηa2)：
[0044]
[0045]
极性液体介质的偶极极化强度为：
[0046]
p＝nade
[0047]
偶极转向极化是一种典型的松弛极化，其极化损耗功率如下：
[0048][0049]
单位体积高频下的介质损耗功率
[0050]
p＝ωε0εe2tgδ＝2πfcu2tgδ
[0051]
极性液体介质的介电常数ε是会随电场频率而变化的，本发明的基本原理是将雷电中的电场能量在等离子体的偶极子极化介质损耗的过程中进行能量吸收的过程。
[0052]
2、极性电介质中放电与特里切尔脉冲的机理过程分析
[0053]
由极性分子组成的极性电介质的放电中，由负电晕放电的起始阶段产生是由克尔效应而产生的trichel特里切尔脉冲放电。负电性是指液体或气体分子或原子对电子具有较强亲和力，当施加到电晕电极(通常指具有小曲率半径的电极)的电压超过起始电压，电晕电极表面附近的电场超过电离的阀值电场，进而产生极化开始的过程，特里切尔脉冲与簇放电的高频脉冲具有相似性，这种相似性在特里切尔脉冲处于刚刚发生阶段时表现最为明显。这时的电流脉冲表现为较陡的前沿，且同时有多个不同的峰出现，trichel特里切尔脉冲频率为f＝10khz～250khz之间。
[0054]
3、加入磁性颗粒的极性电介质雷电能量转换过程
[0055]
1)磁流变液是磁场中容易磁化的固体微粒分散在液相中形成的悬浮液，由于微粒的磁导率μ与基液不相同，在外电场e作用下微粒就会受激化。磁流变液的极化也可以用磁偶极子模型来近似。如果偶极子之间的作用力足够强，微粒就会聚集成链，还可能进一步形成柱状或其它结构，发生固、液相分离。这种结构的改变导致悬浮液的黏性发生巨大的变化，这个变化的过程包含了能量的吸收和损耗过程。该过程可以在瞬间(毫秒数量级)完成，而且是可逆的，并有很好的重复性能。
[0056]
2)当雷电电场作用于带磁性铁氧体颗粒的极性电介质时，磁性液体的磁化强度m可以表示成
[0057][0058]
式中ξ＝μ0mh/(k
0 t)，均包含有温度t和磁场强度h。所以表示磁性液体的磁化强度是磁场强度和温度的函数，并且也是磁性固相颗粒体积分量的函数。而磁性液体的比容vf是和相关联的，因此
[0059]
m＝m(t，h，vf)
[0060]
磁性液体内的磁感应强度b为
[0061]
b＝μ0(h+m)
[0062]
对磁性液体来说，固相颗粒磁化后，比较容易地与外磁场方向一致。可以取b、h、m三矢平行，则磁性液体的磁导率μ可写成
[0063][0064]
从而上面的关系显然可见b和μ均是t、h、vf的函数，即
[0065]
b＝b(t，h，vf)，μ＝μ(t，h，vf)。
[0066]
3)磁性液体的磁化强度m正比于外磁场强度h的情况
[0067]
设在磁性液体中b、h、m三矢平行，则
[0068]
b＝μ0(h+m)＝μh
[0069]
因此有
[0070]
μ0m＝(μ-μ0)h
[0071]
在一般情况下，磁化强度m和磁导率μ的函数关系为
[0072]
m＝m(t，v，h)，μ＝μ(t，v，h)
[0073]
对于线性磁化过程，即磁性液体的磁化强度m正比于外磁场强度h，则磁导率μ仅取决于比容v而与磁场强度h无关。
[0074]
4)磁性液体的功，从热力学上来看它是体积变化时所作的功，即pdv，若存在外磁场时，外磁场对磁性液体所做的功包括两个部分：一个是将磁性液体内的磁场强度从零提高到h所完成的功，另一个是使磁性液体磁化所作的功，即磁化功。外磁场对磁性液体所做的功就是式其中v0为体积数，b为磁感应强度，h为磁场强度。
[0075]
单位质量的磁性液体对外部所作微元功是
[0076][0077]
式中p称为磁性液体的磁化压力。
[0078][0079]
p是由于磁性液体在磁场中体积变化引起的压力称为磁致伸缩压力。
[0080]
上式中，pdv是磁性液体的膨胀功，它是磁性液体对外部作的功。
[0081]
由上述分析可知，使用磁性颗粒后，带磁性的极性电介质通过吸收雷电电场能进而转换成了磁场能量和通过磁液膨胀实现了电能量的转换过程。
[0082]
雷电能量的相关技术参数值
[0083]
表1：地闪放电的典型值和最大最小值
[0084]
[0085][0086]
本发明的装置具体实施方式如下：
[0087]
如图1所示，具体实施中，高塔8电子设备防雷保护装置，包括：安装于高塔8(即富兰克林式避雷针)顶部的耐高电压的绝缘材料组成的雷电荷绝缘阻隔器1，设置在雷电荷绝缘阻隔器1顶部的金属对地绝缘接闪器2，对地绝缘接闪器2经雷电荷绝缘阻隔器1与塔体绝缘，对地绝缘接闪器2通过双层导体同轴电缆3线与安装在近地面的雷电脉冲能量消纳吸收装置4连接，雷电脉冲能量消纳吸收装置4的另一端与接地端连接。
[0088]
如图2所示，雷电脉冲能量消纳吸收装置4，包括2块对向安装的电容式极板42、极性分子组成的极性电介质43溶液和绝缘罐体容器44，绝缘罐体容器44内两侧对称安装电容式极板42，将极性电介质43溶液灌装于绝缘罐体容器44中，极性电介质43溶液充满绝缘罐体容器44，电容式极板42完全浸没于液相介质极性电介质43溶液之中，将电容式极板42两端分别通过引线41连接雷电入口端或避雷针上端和接地端，或雷电脉冲能量消纳吸收装置4与氧化锌避雷器串联后，上、下两端与被保护的电气设备的带电端和接地端连接，雷电经过消纳吸收装置后，通过其内部的极性电介质43溶液中的介电材料极化效应的驰豫特征产生trichel特里切尔高频率脉冲效应，进而在极性电介质43溶液中产生偶极子极化损耗以消纳雷电电场能量，这样可以大大减少了雷击放电的冲击电流值，即由通常的20～50ka的放电电流下降为几百安培的电流量级，并且显著地降低了铁塔身的残压值；采用电介质极化吸收雷电脉冲能量的原理，由于液相介质以电晕放电的物理形式，电介质此时仍未被雷电高电压击穿，绝缘性能仍得到保护，并不受击穿后游离介质影响，可以多次重复使用的工作方式，具有使用寿命长，防雷消纳能力可多年可保持不变的特点，提高了产品的经济性和耐用性。
[0089]
电容器电容量c的表达式：εr是两平板间的相对介电常数，d为两平板间的距离，s为两平板间的面积数。
[0090]
由于雷电电压高达u＝108～109v(伏特)，由表1可知，雷电先导电荷量平均在q＝5c(库仑)，由公式：电容量由q＝u
·
c公式可知，满足在雷击处的接收地点的电容量值c增大时，落雷处的电压会同比例减少，由于雷电电源侧的先导电荷的电容量约为c＝50nf的水平，若是吸收点电容量设计为c＝200uf时，1uf＝1000nf，此时
电容量增加了4000倍，这样电压值也会由108v下降为v下降为若设计消雷器电阻值为500ω时，此时流过消雷器的电流这样，雷电消纳器由于耐高压的大容量阻容体rc的作用，将雷电流由50ka减少到50a的大小，雷电电压值由105kv下降到了25kv，即电压值下降了4000倍，大大减少了对临近设备的危害。
[0091]
假设雷电脉冲能量a＝107焦耳时，吸收介质为采用较高介电常数ε的钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙任意一种或两种以上混合而成充当极性电介质的固相颗粒时，由钛酸钙的介电常数εr高达100以上，根据电容器电容c计算公式，当电容极板面积s足够大，电容极板中间的介电常数亦足够大时，并调节极板间距离d，可以得到一个较大的等离子体液相的电容器的。本发明中要求的电容器值为50～200uf的水平。由电容器吸收作为能量消纳时，可根据电容器与能量的公式：(其中c为电容量，u为电压)，在向等离子体放电时，f为频率值，在雷电消纳器放电时产生的特里切尔脉冲可产生f＝100khz放电频率，而雷电能量的a＝107j。为此，本发明依据为j。为此，本发明依据为作为雷电消纳器与吸收雷电能量等同的原则。
[0092]
宜先制作一个等效电容量c＝100μf的液相电介质型的罐式电容器装置，设该电容器极板面积s＝1600cm2,根据d为极板间距，取d＝50cm，经实际测试，在极板加灌水和碳酸丙酯和钛酸钙catio3等的极性电介质溶液体所形成的等效电容器电容c＝101μf，设罐体直径为φ＝50cm时，
[0093]
罐口面积s＝πr2＝3.14
×
252＝1962.5cm2，罐口高度取70cm。
[0094]
计算极性电介质的直流电阻，按照雷电静电荷电压u＝108v时，经由电容器c吸收后，电压下降至u＝100kv，取放电电流为100a时，罐体内极性电介质电容调配为100μf时，根据原理，q＝uc，当q为一定时，可以降低雷电电压值，因此，当装置电容足够大时，雷电波头电压下降4000倍，这样，当先导电荷q＝5库仑时，雷电电压为108v时，雷电电荷电容值即雷电的初始电容值c0＝50nf，而装置的电容c＝100μf，雷电荷电容c0与吸收器电容c的变化倍数根据q＝uc，当雷电压落点于装置时，由于吸收消纳器的电容量c变大，此时雷电压u2将下降同比例的2
×
103倍，即雷电电压由1亿伏＝108伏下降到
即此时雷电压迅速下降，消纳器的电压呈现u2＝50kv。
[0095]
计算装置所吸收的能量，取设雷电脉冲作用于雷电消纳器所产的等离子特里切尔脉冲过程的放电频率f＝1khz，根据美国西屋公司的rc阻尼器计算吸收能量的经验公式：
[0096][0097]
按照该消纳器可以吸收1.25
×
108焦耳能量，而大于a1＝107，可以达到设计的要求值。
[0098]
雷电荷绝缘阻隔器1为可耐高压的绝缘子或套管式高压绝缘子，绝缘子材料为陶瓷绝缘子或硅橡胶复合绝缘子体，耐压水平大于100kv，对地绝缘接闪器2为金属导体杆，可以为铁棒、不锈钢杆、铜棒、铝棒等的实心或空芯导电体，安装于雷电荷绝缘阻隔器1的上端，与地面电位g呈绝缘状态，双层导体同轴电缆3线与通用导线相比，具有低波阻抗和无感型的特点，其双层导体间呈电容特性。采用这种无感型(仅容性特性)的避雷针接闪装置，可防止雷电电磁脉冲在避雷针和大地电容构成的r-l-c高频谐振导致对附近的电子通信设备造成较大的破坏，同时通过雷电脉冲能量消纳吸收装置4的极性电介质43中的介电材料极化效应的驰豫特征而在液相体中产生高频率脉冲效应，进而在极性电介质43中产生偶极子极化损耗的现象来消纳雷电电场能量的过程，对雷电能量有效的消纳，从而降低在避雷针塔底的雷电残压的电位和雷电流值，由通常的5ka～50ka下降为几百安培的电流量级，保护了塔体附近的电子电气设备的安全。
[0099]
固相颗粒为钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙的一种或两种以上混合而成；或固相颗粒为钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙任意一种或两种以上与粘土、高岭土、石膏中的一种或两种以上混合而成；钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙都具有较高的介电常数，粘土、高岭土、石膏与钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙任意一种或两种以上的混合以降低成本；液相体为水、盐水和碳酸丙烯酯的一种或几种的组合，使用过程中以水为主要的液相体，盐水或碳酸丙烯酯的其中一种或混合液体的加入，以调控极性电介质的阻抗值，以上液相体具有较高的介电常数，在具体实施中需保证极性电介质的介电常数εr≥50，其中液相体的介电常数≥40，固相颗粒的介电常数≥100，固相颗粒与液相体的体积分数比例为1:1～1:15，混合液具有一定的粘黏性，从而使得配制后的液相极性电介质的等效电容值c≥100uf，等效电阻r＞5kω。
[0100]
双层导体同轴电缆由里到外分为四层：内芯层导体31，中间绝缘层32，外芯层导体33和外层绝缘层34；内芯层导体31的一端与对地绝缘接闪器2的一端连接，另一端与雷电脉冲能量消纳吸收装置4的一端连接，外芯层导体33与接地端连接；内芯层导体31材料为铜芯或铝芯，由于雷电为高压，因此中间绝缘层32的材料需要为可耐受高压50～100kv水平的聚乙烯或交联聚乙烯，外芯层导体33材料为铜，外层绝缘层34材料为塑料包覆材料；双导体同轴电缆安装长度要求大于30米，使其内芯层导体31与外芯层导体33间的电容效应c＞20nf，同轴电缆具有低波阻抗特征，而采用耐高压的低波阻抗同轴电缆作为波导通道，不会引发侧闪，即可以降低雷电波行波中残余的电压幅值，进行有计划冗余消纳的方式，同时可防止雷电电磁脉冲在避雷针和大地电容构成的r-l-c高频谐振导致对附近的电子通信设备造成较大的破坏。
[0101]
具体实施中，固相颗粒还包括具备铁磁性特征的材料，材料为带铁磁性特征的铁
氧体粉末、四氧化三铁粉末、具有铁磁性铁电体特征的酒石酸钾钠、磷酸二氢钾中的一种或两种以上混合而成，同时也可以将上述材料中的一种或者多种与含黄铁矿特性的粘土或铁磁性高岭土颗粒粉末中的一种或者多种进行混合，带磁性的极性电介质通过吸收雷电电场能进而转换成了磁场能量和通过磁液膨胀实现了电能量的转换过程。
[0102]
电容式极板为一组或多组平行的双电极平板结构，极板材料为铝、合金铜、钛或不锈钢，极板上下或左右平行相向安装，同时具有一定的面积值。根据电容器电容值与极板的面积值成正比,在雷电消纳器制作中,要求电容量越大,消纳雷电能量的效果会越好，但由于塔体上对设备的安装尺寸具有一定限制，因此需要综合考虑电极平板的极板面积与极性电介质的介电常数值之间的关系。
[0103]
具体实施中，对地绝缘接闪器为不锈钢圆钢，通常直径为10～20mm，长度3～5米，穿越固定于电荷阻隔器的绝缘套管中；雷电荷绝缘阻隔器为一带防雨伞裙的复合硅橡胶材料的空心腔体绝缘子，型号为：fqg-35/6，空腔式绝缘子，生产厂家为：浙江温州固力发集团有限公司；耐高压低波阻双层导体同轴电缆为双导体高压同轴电力电缆，具体选型可选择35kv～110kv电压等级的双导体电缆，高压电力电缆型号：35kv，yjlv-62-1
×
300；雷电脉冲能量消纳吸收装置为电容式阻容消纳器，等效电容参数c≥10uf，电阻r＝5kω～10kω，生产厂家为：上海哨兵电子技术有限公司；新型雷电消纳器设计雷电能量消纳水平为a≥105j(焦耳)～108j(焦耳)的高电压雷电脉冲能量，耐压水平u≥1000kv。
[0104]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0105]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

1.一种高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于，包括：雷电荷绝缘阻隔器，由耐高电压的绝缘材料组成，安装于高塔顶部的；对地绝缘接闪器，为金属导体，设置在所述雷电荷绝缘阻隔器顶部，并与塔体绝缘；雷电脉冲能量消纳吸收装置，包括电容式极板、极性电介质和绝缘罐体容器，所述绝缘罐体容器内两侧对称安装电容式极板，所述极性电介质充满绝缘罐体容器，通过极性电介质中的介电材料极化效应的驰豫特征产生高频率脉冲效应，进而在极性电介质中产生偶极子极化损耗以消纳雷电电场能量；双层导体同轴电缆，连接所述对地绝缘接闪器和雷电脉冲能量消纳吸收装置，将对地绝缘接闪器上的雷电引至雷电脉冲能量消纳吸收装置，所述雷电脉冲能量消纳吸收装置的另一端与接地端连接。2.如权利要求1所述的高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于：所述的双层导体同轴电缆由里到外分为四层：内芯层导体，中间绝缘层，外芯层导体和外层绝缘层；所述内芯层导体的一端与对地绝缘接闪器的一端连接，另一端与雷电脉冲能量消纳吸收装置的一端连接，所述外芯层导体与接地端连接。3.根据权利要求1所述的雷电脉冲能量消纳吸收装置，其特征在于，所述极性电介质的介电常数ε
r
≥50。4.如权利要求1或3所述的一种高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于：所述极性电介质由介电常数ε
r
≥100的固相颗粒和介电常数ε
r
≥40液相体混合而成。5.如权利要求4所述的一种高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于：所述液相体为水、盐水、碳酸丙烯酯的一种或两种以上组合。6.如权利要求4所述的一种高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于：所述固相颗粒为钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙的一种或两种以上混合而成；或所述固相颗粒为钛酸钡、钛酸钙、钛酸铜钙任意一种或两种以上与粘土、高岭土、石膏中的一种或两种以上混合而成。7.如权利要求4所述的一种高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于：所述固相颗粒与液相体的体积分数比例为1:1～1:15。8.如权利要求4所述的一种高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于：所述固相颗粒还包括具备铁磁性特征的材料，带磁性材料的电介质通过吸收雷电电场能进而转换成了磁场能量和通过磁液膨胀或压力变化实现电能量的吸纳过程。9.如权利要求8所述的一种高塔电子设备防雷保护装置，其特征在于：所述具备铁磁性特征的材料为铁氧体粉末、四氧化三铁粉末、酒石酸钾钠、磷酸二氢钾中的一种或两种以上混合而成。

技术总结

本发明涉及一种高塔电子设备防雷保护装置，雷电荷绝缘阻隔器，安装于高塔顶部的；对地绝缘接闪器，为金属导体，设置在所述雷电荷绝缘阻隔器顶部，并与塔体绝缘；雷电脉冲能量消纳吸收装置，包括电容式极板、极性电介质和绝缘罐体容器，所述绝缘罐体容器内两侧对称安装电容式极板，所述极性电介质充满绝缘罐体容器，通过极性电介质中的介电材料极化效应的驰豫特征产生高频率脉冲效应，进而在极性电介质中产生偶极子极化损耗以消纳雷电电场能量；双层导体同轴电缆，连接所述对地绝缘接闪器和雷电脉冲能量消纳吸收装置，将对地绝缘接闪器上的雷电引至雷电脉冲能量消纳吸收装置，所述雷电脉冲能量消纳吸收装置的另一端与接地端连接。接。接。