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防雷技術--等離子避雷技術
發布時間:2015-09-16
一 功能:
保護地面、水面或空中物體不受直接雷擊，從而使物體內部的現代化設備不遭直接雷害。
二 技術途徑:
1、雷擊是空氣中的電擊穿，電場強度是空氣能否擊穿的主要或唯一量度。因此雷擊危險性大小用電場強度的數值來表征。起始于地面物體的上行先導或下行先導到達雷擊高度后地面物體的上迎先導都是起始于那些電場強度最強，首先達到擊穿空氣的數值的物體表面。導體表面電場強度正比于導體表面的面電荷密度，因此表面電荷密度也就能表征雷擊危險性的大小。使導體表面電荷消失就使遭雷擊的危險性降至零，從而可以成為一種避雷的新思路。
等離子避雷功能第一是基于等離子體中正負帶電粒子在雷云電荷或先導電荷產生的脈沖電場作用下的極化遷移，把被保護物表面的感應電荷及時地散布到空氣中，而在空氣中的電荷具有均勻化的趨勢，使得被等離子體覆蓋的表面附近電場強度和電流密度達不到擊穿空氣的數值，從而使被覆蓋表面的免遭雷擊。
2、等離子避雷功能第二是基于極化產生的同號電荷能夠對消未被等離子體覆蓋表面上的感應電荷，因此使得未被覆蓋表面附近的電場強度消失或減弱，從而使未被等離子體覆蓋表面免遭雷擊。
這兩個作用使得被等離子體氣層覆蓋表面和未被覆蓋但與等離子體極化電荷相連的表面都不會出現高電場強度，從而都避免了遭雷擊的可能。
三 用途:
由于傳統避雷針不能保護室內現代化儀器設備. 越來越普及的電腦、家電、信息、智能化設施等現代化儀器設備受雷害日趨嚴重。本項技術是現代化時代以來出現的新一代避雷技術，能保護樓房免遭雷擊。而傳統避雷針實是引雷裝置，更增大了室內設備受雷害的概率。
本技術不靠接地。 在無法接地的場合，如行進中的戰車：通訊車、雷達車、炮、導彈車、指揮車等本項技術是其防避雷的唯一手段。
警戒雷達、氣象雷達、機場雷達等一般地處高山巖石頂，接地困難，本項技術幾乎也是其防避雷的唯一手段。
另外，飛機、導彈等空中物體也無從接地，本項技術也是其防避雷的唯一手段。
本系統有如下特點：
1、全過程監控
監測、控制雷擊危險性產生、嚴重化和消退的全過程。
全自動化
監測、預警和防避可由微機作全自動操作。
2、直觀性
中心控制系統的計算機屏幕上，能形象地顯示出雷擊危險性大小，預警區域及防避的效果。
3、主動性
當雷擊危險性超過一定程度時，啟動防避功能，主動地產生防護功能，使被保護對象遭雷擊的危險性降低至安全程度之內。
4、無避雷針的付作用。
很明顯，避雷針法沒有監測和預警的功能。其防避功能也是被動的，而且不完全。尤其是，現代高科技微電子設備的廣泛采用，高層建筑的普遍出現，這種避雷裝置，有時簡直成為弊多于利，或者如有些人所說，用錢買危險。主要的付作用有：
（1）雷擊概率增大 （2）反擊的危害 （3）接觸電壓和跨步電壓問題：（4）電磁感應問題
在強大的雷電流沿避雷針向下流入地中的過程中，會在周圍產生強大的電磁場，它會使微波通信、計算機等設備產生誤動。強大的電磁場，可以使金屬開口環或打包用鐵箍的接觸不良處發生放電，從而引然引爆易燃易爆物。更常見的則是引起微電子設備（通信設備，計算機設備等）的失靈與損壞。
（5）保護范圍小。
四 理論依據:
等離子體內不允許存在高電場及高電流的特點，保證了復蓋著等離子氣層的表面不會具有擊穿空氣的強電場，或強電流，也就不會遭雷擊；
電荷疊加原理保證了用電流中和感應電荷的可行性，無感應電荷就不會遭雷擊。
五 工程依據:
在軌運行的衛星往往會帶上比周圍環境高出上萬伏的電位，所以會使衛星表面與空間電荷云之間產生靜電脈沖，甚至電擊穿放電。避免產生這種高電壓放電脈沖或電擊穿脈沖的工程措施就是在衛星表面產生一層高導電率氣層。這一措施自60年代開始就已實施，取得了成功。衛星上的這種靜電擊穿與地面上的雷擊，性質完全相同。衛星上高導電率氣層避免靜電擊穿的成功，可以作為大氣等離子體避雷的工程依據。
在實驗室里，為證明主動避雷原理的正確性，我們在40萬伏的雷擊脈沖高壓下做了模型試驗。在上下兩塊水平放置的平面金屬板上加上雷電脈沖高電壓，在下面接地板上放置兩個完全一樣的被保護物模型，其中只有一個模型覆蓋上高導電率氣層。從實驗結果看到，高導電率氣層覆蓋的模型有95%的概率不被電擊。這個結果證明了等離子避雷原理的正確性。
某些自然現象可以作為大氣等離子體避雷的工程依據。一是尖端放電的間歇性。在電場強度大于擊穿大氣的閥值時，導體的尖端就會放電，但這一放電不是連續不斷，而是間歇的脈沖串。其原因是，尖端放電使中性空氣雪崩型電離。所產生的正負帶電粒子在電場中分離，與尖端帶相反極性的帶電粒子向尖端運動并進入尖端而消失，在尖端附近留下相同極性的帶電粒子，這些相同極性的帶電粒子抵消（屏蔽）了尖端電場，使空氣的電離中斷。只有當同極性的空間帶電粒子被趕到較遠的地方并分散開來，使屏蔽作用減弱，尖端電場才能再次產生電離。這一自然現象中的屏蔽作用（抵消作用），正是“等離子避雷”的原理，即高濃度大氣等離子體把雷電在被保護對象表面所產生的強電場屏蔽掉，使這些強電場區不再能產生擊穿空氣的電離。從而阻止了上行先導，或向下行先導的上迎，也就避免了遭雷擊。工程依據之二是避雷針尖端曲率半徑存在臨界值。工程依據之三是氣球長導線引雷的失敗。工程依據之四是云中起電必須具有大范圍強電場區的要求。等等。
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