[发明专利]对物理事件的效应如闪电的效应进行防护的装置

说明书

技术领域

本发明的对象在于一种对物理事件的效应如闪电的效应进行防护的装置，该物理事件在电导体中产生电流。因此，本发明尤其适用于称为避雷针的装置。

背景技术

闪电实际上是一种具有大破环能力的高强度放电。目前这种自然现象仍难以预见。

为了直面这种情形，已知的防护闪电系统寻求以受控的方式向大地导引放电，以避免在工业设施和人口聚集中心产生损害。

避雷针仍是这些预防闪电系统中的基础性元件之一。

如此已知实际中的避雷针类型的装置，其例如布置在某些建筑物的顶部，其目的在于引受闪电，以使得闪电被疏导和引送到大地，并且如此不会击打其它任何地方。

在基础版本的避雷针中，避雷针由桅杆或金属杆组成，桅杆或金属杆的端部可以完全是渐尖的(尖端的)或圆形的，并且布置在高处。这种杆体通过导电电缆与大地相连接。

不同类型的改良型避雷针已经得到开发，避雷针的效力得到提高。

这种避雷针更为细致地考虑如在下文中所阐述的由闪电构成的自然现象。

在暴风雨时，云层带上电。由带电云层和地面组成的系统——带电云层和地面通过空气层隔开数百米到数千米——承担巨型电容器的角色，在该电容器中空气承担电介质的角色。

与闪电相关联的物理事件与电容器的退降(dégradation)方法完全类似。

如此，参照图1a和1b，在由理想表面10、11组成的电容器中，电场线12垂直地从带正电的表面10开始，并同样垂直地进到带负电的表面11(见图1a)。

表面的不平整引起电场线12的集中效应(见图1b)。电场的这种局部强化以尖端效应的名称公知。

电场在凸凹不平的表面(aspérité)13周围中的强烈梯度引起，从某个阈值开始，在电介质中存在的分子的电离。

这种电离现象依次引起称为电晕效应或电晕光效应的发光。在本说明书的下文中，电晕效应因此意指本身接着尖端效应进行的电离现象之后的发光。

在电离中释放的带电微粒通过电场沿着力线加速，并通过碰撞其它分子结束。这种碰撞引起新的电离，在新的电离时，释放出新的带电微粒，并且伴随有相同的加速和碰撞方式。

最终结果被称为电子雪崩，电子雪崩表现为传导经过在电容器板极之间的空间的电流。

这种雪崩通过在电场中容纳的能量进行供给。该现象组成介电材料的退降方法或断裂方法的开始，介电材料在电子雪崩发生处变为导体。

如果如此建立的导电通路连接电容器的两板极，通过寻求等于两板级的带电状态，建立比电子雪崩的电流强烈很多的电流。

通过类比，和参照图2a到2c，在大气范围内，闪电是这样一种现象：通过闪电电介质(空气层)被退降，建立将雷雨云15的放电带向地面的导电通路14(见图2a、2b、2c)。

最常见类型的闪电通过从云层向地面的下行放电14a开始，通常称为下行示踪器(traceur)14a(见图2a)。

当接近碰撞区域时，这种示踪器14a使得电场突然增大。这种增大引起在地面的不平整上出现电晕效应。

如此产生称为上行示踪器14b的不同的电子雪崩电流(图2b)。这些电流向下行示踪器14a传导。当下行示踪器14a和上行示踪器14b之一接触时，建立导电通路14，该导电通路允许云层15向地面放电(图2c)。一旦电场的电流强度下降，余下的上行示踪器14b耗尽。

避雷针因此基于尖端效应的原理。

实际上，避雷针利于在下行示踪器接近时形成上行示踪器。

此外，物体被布置在高处，以使得从避雷针离开的上行示踪器对来自较低的不平整的可能的其它上行示踪器具有优势。

如此通过将避雷针放置在高处，寻求最大化从避雷针离开的上行示踪器与下行示踪器建立接触和建立导电通路的可能性。

一旦建立导电通路，该导电通路允许经过避雷针和导电电缆将闪电的放电导引直至大地。

不同类型的改良型避雷针，和尤其是这些称为触发装置避雷针(PDA)的避雷针，寻求通过从避雷针的杆体(上端部)产生上行示踪器来对这种现象进行预测，所述上行示踪器具有比通过位于附近的其它物体产生的上行示踪器更大的优势，即放电的导电通路在该避雷针处建立而不是在位于附近的物体处建立的可能性更大。

这种改良型避雷针的原理在于利于产生生成上行示踪器的电子雪崩(例如通过放电)的事实。

为了能够使该上行示踪器对由周围环境的不平整自然产生的上行示踪器具有优势，PDA应包括允许对下行示踪器的到达进行预测的部件。