一种防雷方法和系统与流程

本发明属于雷电防护领域，具体涉及一种主动防雷的方法和系统。

背景技术：

目前全球气候变化明显，极端气候增多，雷电活动比以往更加频繁剧烈。据国际权威机构发布的研究，在可预见的未来数十年，全球雷暴活动将持续大幅增加。

雷电一直是危害社会经济发展的重大自然因素。现有的传统防雷技术可以使雷害最小化，但难以将其完全消除，这也是一个世界性难题。使用技术手段进行自然雷电引导触发，提前中和雷云中的电荷、预先释放雷云中的能量，是降低被保护目标雷击概率，实现雷电主动防护的一种手段。

目前的常规防雷方法，采用的是相对固定的防护措施，如避雷针、避雷带、避雷线、避雷器、防浪涌设备等，主要原理是将雷电的破坏性能量导入大地。

1）避雷针、避雷带、避雷线在原理上通过将被保护目标附近的雷击引导到自身，并将雷击产生的能量导入大地，从而达到使被保护目标免遭直接雷击的目的。但是参照相关国际标准ieeestd1243-1997，ieeestd1313.2-1999(r2005)等，可以发现利用该方法依然有两种情况会导致雷害，即“绕击shieldingfailure”和“反击backflashover”。

2）电力线路上安装的避雷器在原理上是一种防浪涌设备，在电力线路的相线上加装避雷器能够有效限制瞬间过电压。由于原理上的原因，避雷器本身存在泄露电流，必须加以长期监测和维护。在每个杆塔、每条相线上都安装避雷器并不合理经济，在后期也会产生巨大的维护工作量。另外根据ieeestd1243-1997等国际标准，避雷器失效/失灵等因素也必须考虑在内。

3）从目前各行业领域的雷电防护实际情况而言，即使按照现有国际防雷标准，例如iec62305:2010，iec60071:2011，ieeestd1313-1996(r2002)等执行，依然存在诸多局限性和实际限制，无法达到避免雷害的效果。

因此，现有的常规防雷技术可以使雷害最小化，但难以将其完全消除并存在一定缺陷，这在世界性范围内形成了共识。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够主动引导触发雷电，中和电荷、释放能量的有效的防雷方法和系统，可作为现有防雷手段的一种有效补充。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种防雷方法，该方法为：通过雷电探测预警系统对雷暴进行实时跟踪，在雷暴云接近时，遥控无人机引雷系统升空并接近雷暴云，所述无人机引雷系统包括至少一架无人机以及所述无人机上挂载的引雷装置，所述引雷装置包括位于所述无人机顶部的金属尖端、与所述金属尖端相连接并接地金属导线，利用所述金属尖端和所述金属导线针对所述雷暴云进行雷电提前触发以及中和雷暴云的电荷、释放雷暴云的能量，从而实现主动防雷。

一种防雷系统，包括：对雷暴进行实时跟踪的雷电探测预警系统、用于触发雷电的无人机引雷系统、遥控所述无人机引雷系统的无人机遥控系统；所述无人机引雷系统包括至少一架无人机以及所述无人机上挂载的引雷装置，所述引雷装置包括与所述无人机绝缘连接并位于所述无人机顶部的金属尖端、与所述无人机绝缘连接且首端与所述金属尖端直接连接的金属导线、与所述金属导线的尾端相连接的接地装置。

优选的，所述雷电探测预警系统与所述无人机遥控系统相通讯连接。

优选的，所述防雷系统还包括用于绕制存放所述金属导线的绕线滚轴。

优选的，所述绕线滚轴安装于箱体内，所述箱体的顶部开设有出线口，所述金属导线由所述出线口引出。

优选的，所述绕线滚轴的两端通过轴承安装于所述箱体的侧壁上。

优选的，所述无人机为多旋翼无人机。

优选的，所述金属导线的长度为500-2500m，直径为0.2-0.5mm。

优选的，所述金属导线为铁导线或铜导线。

优选的，所述无人机引雷系统包括多架在所述无人机遥控系统的遥控下协同工作的多架所述无人机。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明利用无人机携带金属导线升空接近雷暴云来实现雷电的提前触发，并中和雷暴云的电荷、释放雷暴云的能量，从而实现主动防雷。

附图说明

附图1为本发明的防雷系统的示意图。

附图2为本发明的无人机引雷系统的示意图。

以上附图中：1、无人机；2、金属导线；3、绕线滚轴；4、无人机引雷系统；5、箱体；6、金属尖端；7、雷电探测预警系统；8、无人机遥控系统；9、接地装置。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1和附图2所示，一种防雷系统，包括雷电探测预警系统7、无人机引雷系统4、无人机遥控系统8。

雷电探测预警系统7用于对雷暴进行实时跟踪，包括探测雷暴云位置、运动趋势、所携带电荷等，该雷电探测预警系统7是一种现有应用的系统。

无人机遥控系统8用于遥控无人机引雷系统4，它与雷电探测预警系统7相通讯连接。无人机引雷系统4则用于触发雷电。无人机引雷系统4包括至少一架无人机1以及各无人机1上分别挂载的引雷装置。通常该无人机引雷系统需包括多架在无人机遥控系统8的遥控下协同工作的多架无人机1及其上引雷装置。

无人机1采用多旋翼无人机，从而操作者可以在地面对其飞行进行较为精准、稳定的控制。

引雷装置包括金属尖端6、金属导线2、绕线滚轴3、接地装置9。金属尖端6与无人机1绝缘连接，并且金属尖端6位于无人机1的顶部并竖立设置。金属导线2具有首端和尾端，其绝缘连接于无人机1上且其首端与金属尖端6直接连接而能够导通。金属导线2可以采用铁导线或铜导线，其长度为500-2500m，直径为0.2-0.5mm，可以通过安装在无人机1上的绝缘线夹而与无人机1相连接。绕线滚轴3用于绕制存放金属导线2，故金属导线2的中部绕制于绕线滚轴3上。金属导线2的尾端位于地面附近，且其尾端与接地装置9相连接而实现良好接地。可以在地面处设置一箱体5，将绕线滚轴3设置于箱体5内。绕线滚轴3的两端通过轴承安装于箱体5的侧壁上。箱体5的顶部开设有出线口，金属导线2由出线口引出而连接至无人机1。

使用上述防雷系统进行防雷的方法为：通过雷电探测预警系统7对雷暴进行实时跟踪，在雷暴云接近时，通过雷电探测预警系统7向无人机遥控系统8发出信号，从而遥控无人机引雷系统升空并接近雷暴云，利用无人机上所挂载的引雷装置，即金属尖端和金属导线针对雷暴云进行雷电提前触发以及中和雷暴云的电荷、释放雷暴云的能量，从而在雷暴云达到目标物前实现主动防雷。

故使用上述防雷系统主动防雷时主要包括五个步骤：（1）通过雷电探测预警系统7对雷电进行探测，对雷暴进行实时跟踪，提前得到雷暴云位置等信息；（2）遥控无人机1使其携带金属导线2升空至雷暴云附近；（3）通过金属尖端6来触发雷电；（4）利用金属导线2将雷电引入大地而达到中和雷暴云中的电荷，释放雷暴云中的能量的目的；（5）回收无人机或继续重复（2）至（4）步骤。

对于一个雷云覆盖的区域，随着起电效应的增强以及电荷的逐渐累积，才能促使带电雷暴云体达到临界值，并形成一次云对地的放电。在这个云对地放电过程中，雷云所带的电量会得到部分释放/中和。只有通过逐步的积聚才能满足下一次对地放电条件。因此，提前中和雷云中的电荷、预先释放掉雷云中的能量，能够使雷云到达保护目标上空时，不再满足放电条件，从而相对安全。

本方案相对常规被动式防雷系统、方法（如避雷针、避雷带、避雷线、避雷器、防浪涌设备等），具有以下优势：

1）常规方法为固定防护措施，而本方案为主动灵活的防护方法，可以进行控制和调整；

2）常规方法保护范围较小，例如避雷针无法无限制的延伸，保护范围也只有以传统滚球法来计算的有限面积；而本方案可以将保护范围有效扩展，可以采用多无人机的方法，有效延长扩大保护范围；

3）常规方法只能被动接受雷击，具有随机性；而本方案强调防雷的主动性，在雷暴云接近被保护目标之前，即主动触发雷电、中和电荷、释放能量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。