一种适应气压变化的大功率发射防雷装置的制作方法

1.本发明涉及雷电防护技术领域，尤其涉及一种适应气压变化的大功率发射防雷装置。


背景技术：

2.雷击放电所形成的通道具有能量高、电压和电流幅值大、放电变化快、时间短等特点。雷击会在短时间内释放大量的能量，产生巨大的热和冲击效应，对大功率发射防雷是一个技术难题，特别是针对机载大功率发射设备的雷电防护。由于其工作海拔高度的变化，从海平面升到海拔6000m的高度时，气压会相应地降低为海平面的约0.485倍，随着气压的降低，空气的击穿电压会降为海平面的约0.5倍，从而使得气隙放电防雷效果较差。
3.目前工程上主要采用空气放电间隙法和加装避雷器等措施进行雷电直接效应防护，单独应用都存在不同的缺点：
4.a)空气放电间隙法的缺点是多次通流后电极表面会发生烧蚀，影响其放电稳定性；需要经常调整放电间隙的距离或更换放电电极来确保其稳定放电；因其暴露在空气中，放电容易受到周围环境的影响，有可能发生误放电或不放电。
5.b)加装避雷器的缺点是因避雷器并联于被保护设备和地网之间，在高频电压下，漏电流明显，会使避雷器本体持续发热从而降低寿命；一旦避雷器本体被击穿，会造成设备短路；加装单个避雷器的通流能力不足，一般最大是100ka。
6.同时，由于空气放电间隙随着气压变化，其空气击穿电压也在变化，避雷器高频漏电明显。因此空气放电间隙法和加装避雷器这两种防雷措施均不宜单独用于机载大功率发射装置的防雷。


技术实现要素：

7.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供一种适应气压变化的大功率发射防雷装置，包括：避雷器、第一空气间隙部和第二空气间隙部；
8.所述避雷器和所述第一空气间隙部串联后的整体再与所述第二空气间隙部并联；
9.所述第二空气间隙部的电极直径大于所述第一空气间隙部的电极直径；
10.所述第二空气间隙部的击穿电压小于或等于所述避雷器的残压，大于所述避雷器的额定电压；所述第一空气间隙部的击穿电压大于或等于所述避雷器的启动电压。
11.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述防雷装置还包括：绝缘防护腔体和泄压阀；
12.所述绝缘防护腔体将所述避雷器、所述第一空气间隙部和所述第二空气间隙部包裹于其内并提供安装支撑，所述泄压阀设置于所述绝缘防护腔体表面。
13.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述防雷装置还包括：高压搭接片和低压搭接片；
14.所述高压搭接片设置于所述绝缘防护腔体表面并用于连接需要保护的大功率发
射装置；
15.所述低压搭接片设置于所述绝缘防护腔体表面并用于连接地电位。
16.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述第二空气间隙部的电极直径为30mm，所述第一空气间隙部的电极直径为20mm。
17.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述第一空气间隙部的电极和所述第二空气间隙部的电极的材质均为钨铜合金。
18.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述第一空气间隙部的电极和所述第二空气间隙部的电极均为双电极羊角型结构。
19.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述避雷器为氧化锌避雷器。
20.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述泄压阀包括出气泄压阀和进气泄压阀。
21.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述绝缘防护腔体的材质为环氧玻璃材料。
22.根据本发明提供的适应气压变化的大功率发射防雷装置，所述绝缘防护腔体由多个腔体面拼接合围而成，所述多个腔体面间的接缝处采用密封部件做密封处理。
23.本发明提供的一种适应气压变化的大功率发射防雷装置，通过避雷器和第一空气间隙部串联后的整体再与第二空气间隙部并联的结构设计，实现了在保护了避雷器的前提下对一定气压范围内的雷电流的泄放，从而满足了一定海拔范围内对大功率发射设备的雷电防护要求。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明的防雷装置的结构示意图；
26.图2是本发明的防雷装置的绝缘防护腔体的扇形侧板的结构示意图；
27.图3是本发明的防雷装置的绝缘防护腔体的各组件板的结构示意图；
28.附图标记：
29.0：绝缘防护腔体；1：第二空气间隙部；2：第一空气间隙部；3：避雷器；4：泄压阀；5：高压搭接片；6：低压搭接片；7：底板；8：扇形侧板；9：盖板。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1所示，在一个实施例中，本发明提供一种适应气压变化的大功率发射防雷装
置，包括：避雷器3、第一空气间隙部2和第二空气间隙部1；避雷器3和第一空气间隙部2串联后的整体再与第二空气间隙部1并联；第二空气间隙部1的电极直径大于第一空气间隙部2的电极直径；第二空气间隙部1的击穿电压小于或等于避雷器3的残压，大于避雷器3的额定电压；第一空气间隙部2的击穿电压大于或等于避雷器3的启动电压。
32.第一空气间隙部2和第二空气间隙部1均优选由两个羊角型的电极组成，两个羊角型的电极间即为空气。电极直径为两个羊角型的电极所内嵌的圆的直径。一般来说，电极直径越大，电极间隙也就越大。
33.第二空气间隙部1和第一空气间隙部2采用车铣加工工艺，保证了羊角间隙的精度。为保证足够的通流能力和结构强度，第二空气间隙部1的电极直径优选地设置为30mm，第一空气间隙部2的电极直径优选地设置为20mm，经试验验证后，该两个电极直径下的空气间隙部相互配合能够承受200ka的雷电流而不损坏。第二空气间隙部1和第一空气间隙部2的电极张角采用工程上常用的75
°
，更接近球型，保证电场均匀，提高放电稳定性。
34.优选的，第一空气间隙部2的电极和第二空气间隙部1的电极的材质均为钨铜合金。钨铜合金选用wcu20(含铜质量为20％的钨铜合金)，其选用精细钨、铜粉末，经精良的浸透烧结工艺精制而成，可以承受近3000℃的高温和高应力，具有高熔点、高硬度、抗烧损和良好抗粘附性的优点，电蚀产品表面光洁度高，精度极高，损耗低。选用此种形变小、强度大的钨铜合金复合羊角型间隙的空气间隙部，确保了间隙的稳定性，并具有良好的灭弧和保护间隙的功能。
35.两个空气间隙部的空气间隙击穿电压为以空气作为电介质的电极之间的间隙发生击穿时的电压。
36.避雷器3的残压即为雷电电流通过避雷器3时避雷器3两端的最大压降(最大电压值)。避雷器3的启动电压即雷电压达到了避雷器3泄放工作的电压。优选的，避雷器3为氧化锌避雷器。
37.避雷器3选用防护残压10kv，根据所要保护的机载大功率发射装置的工作电压等级或部件的耐压水平而设计。也可结合避雷器3的防护能力(承受雷电流峰值、泄放雷电流后的残压)等，选用低于10kv残压等级的避雷器3。残压越低，防护效果越好。
38.当雷电压低于避雷器3的启动电压时，两个空气间隙部均不被击穿；当雷电压大于避雷器3的启动电压而小于避雷器3的额定电压时，与避雷器3串联的第一空气间隙部2被击穿；当雷电压大于避雷器3的额定电压时，第二空气间隙部1被击穿。即：
39.(1)当雷电压在零至避雷器3的启动电压的范围时，两个空气间隙部均不被击穿，避雷器3正常泄放雷电流。
40.(2)当雷电压在避雷器3的启动电压至避雷器3的额定电压的范围时，第一空气间隙部2被击穿，进行放电泄流，避雷器3开通，起主要防护作用。
41.(3)当雷电压超过避雷器3的额定电压时，第二空气间隙部1被击穿，起主要防护作用，进行放电泄流，保护避雷器3不受损坏。
42.第二空气间隙部1的击穿电压可根据避雷器3的残压来确定，并根据击穿电压确定第二空气间隙部1的电极间隙的距离。第一空气间隙部2的击穿电压可根据避雷器3的启动电压来确定，并根据击穿电压调整第一空气间隙部2的电极间隙的距离。
43.第二空气间隙部1的电极间隙的距离按照6000m以上防护残压10kv电压来设计，在
低海拔时防护残压远大于10kv，第一空气间隙部2的电极间隙的距离按照1000m以下防护残压10kv电压来设计。
44.气压与避雷器3的残压是呈负相关的，即气压越高(海拔越低)，防护残压越大，反之气压越低(海拔越高)，防护残压越小。前述提到的10kv电压等级对应的是所要保护的机载大功率发射装置的工作电压，所以第二空气间隙部1和第一空气间隙部2的防护残压均按照10kv来设计。
45.通过避雷器3和第一空气间隙部2串联后的整体再与第二空气间隙部1并联的结构设计，实现了在保护了避雷器3的前提下对一定气压范围内的雷电流的泄放，从而可满足在海拔0～6000m的范围内对大功率发射设备的承受200ka的雷电流的防护要求。
46.在另一个实施例中，如图1所示，该防雷装置在前述结构的基础上还可包括：绝缘防护腔体0和泄压阀4；绝缘防护腔体0将避雷器3、第一空气间隙部2和所述第二空气间隙部1包裹于其内并提供安装支撑，泄压阀4设置于绝缘防护腔体0的表面。
47.由于雷电防护器工作时雷电流传导会产生巨大的能量，当雷电流导致温升到3000℃时，绝缘防护腔体0内的压强会瞬间达到几个甚至几十个大气压，因此，对该防雷装置应用泄压阀4可以将绝缘防护腔体0内部的高压泄放，当结构内外压差小于泄压阀开启的压力后，泄压阀4可以自动复位。
48.空气放电间隙法的空气间隙部因其暴露在空气中，放电容易受到周围环境的影响，有可能发生误放电或不放电。使用绝缘防护腔体0就可以克服此种缺陷。
49.优选的，泄压阀4可包括出气泄压阀和进气泄压阀。进气泄压阀用于进气，出气泄压阀用于泄气，不共用通气通道，相互独立。
50.在另一个实施例中，如图2和图3所示，绝缘防护腔体0可由多个腔体面拼接合围而成，多个腔体面间的接缝处采用密封部件做密封处理。绝缘防护腔体的材质可选为环氧玻璃材料。环氧玻璃材料的热膨胀系数小，导热性能差，耐温高达180℃，且进行高温密封处理，满足高温贮存试验、低温贮存试验、低气压试验以及湿热试验的要求。
51.如图2和图3所示，绝缘防护腔体0可拆分为四块环氧玻璃层压侧板、一块环氧玻璃层压盖板和一块环氧玻璃层压底板，相邻板间由螺钉进行安装固定，绝缘防护腔体0的接缝处可采用硅橡胶的密封部件来进行密封固定处理。
52.两个空气间隙部放置于绝缘防护腔体0中，分为一大一小2个间隙，分别通过螺钉与绝缘防护腔体0内的固定柱进行固定。避雷器3设置于绝缘防护腔体0中，通过固定柱与绝缘防护腔体0进行固定，且通过螺栓、金属片与第一空气间隙部2串联，且二者的串联支路再与第二空气间隙部1并联，确保在第二空气间隙部1被击穿前，避雷器3不受损坏且前端设备不遭受过电压而击穿。
53.如图1所示，防雷装置还包括：高压搭接片5和低压搭接片6；
54.高压搭接片5设置于绝缘防护腔体0的表面并用于连接需要保护的大功率发射装置。
55.低压搭接片6设置于绝缘防护腔体0的表面并用于连接地电位。
56.如图2和图3所示，低压搭接片6和高压搭接片5的面上设置有凹槽和圆孔，用于安装卡箍和定位销。侧板顶端设置有凹槽，用于放置安装盖板9和底板7时的硅橡胶，进行密封处理。三面侧板上留有圆孔用于安装两个出气泄压阀(分别位于两个扇形侧板8上)和一个
进气泄压阀(位于一个矩形侧板上)。盖板9上设置有凹槽，用于安装低压搭接片6，底板7上设置有凹槽，用于安装高压搭接片5。
57.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。