專利名稱：避雷設備用雷電接閃計數器的制作方法
技術領域：
本發明涉及避雷設備特別是避雷設備用的雷電接閃計數裝置。
長期以來，人們采用傳統的避雷針和避雷器來保護某些易遭雷擊的重要設備。但由避雷針和避雷器所構成的防雷系統并不十分安全可靠，雷擊事故時有發生，安裝計數器可以檢驗避雷系統的可靠性，并為分析雷害事故的原因提供可靠數據。有助于改進防雷系統的設計。
已知的雷擊計數裝置，在日本，蘇聯已有公開發明專利。蘇聯發明專利“雷電放電綜合記錄裝置”(專利號No.974316)，該發明檢測裝置附近一定區域的落雷情況，不能確定雷擊點，(2)檢測裝置附近由于人為放電(如放電實驗，電焊機工作等)，可能造成誤動作，(3)需要外電源長期維持供電。蘇聯發明專利“閃電計量器”(專利號190419)屬于氣象用儀器，可用來記錄在它一定空間范圍內的閃電，它也不能確定雷擊點，并且需要外電源長期維持供電。蘇聯另一發明專利雷電活動記錄儀”(專利號1335908)，屬于氣象用儀器，可以用來記錄雷電活動持續過程的有關信息。跟“雷電放電綜合記錄裝置”一樣，靠感應天線獲得信號，具有“雷電放電綜合記錄裝置”的同樣的缺點，對實驗模擬雷電放電可能造成誤動作。
日本發明專利“雷感知裝置”(專利號JP60-42680)的作用是雷電報警。它能在裝置附近上空有雷去到時發出信號。這一發明不是為記錄雷電接閃次數，而是預警附近可能發生雷擊。日本另一個發明專利“雷電檢知裝置”(專利號JP59-108979)的信號采用分流器取樣獲得。裝置與雷電流有直接電的連接，并需和外電源系統相連接，這種連接方式在高壓大電流放電中，由于地電位升高可能造成反擊，損壞裝置。同時，計數器需要在避雷設備或其引下線上安裝分流器，使得安裝復雜且不方便。
本發明“避雷設備用雷電接閃計數器”構思獨特，具有鮮明的特點和優越性。
本發明目的在于克服上述諸多缺點，提供一種“避雷設備用雷電接閃計數器”，這種裝置不用和避雷裝置直接連接，而是絕緣地套在避雷設備的引下線周圍，并且不用外加電源。結構簡單，安裝方便，具有下述鮮明的特點和優越性(1)雷電接閃計數器，通過其傳感器，將雷閃放電所產生的大電流轉換成低電壓小電流來推動計數裝置，雷電接閃計數器與雷電流無直接電的連接，該計數器是一個完全獨立的裝置。
(2)本雷電接閃器具有安裝方便的特點，不需要對原有防雷設備進行改造即可安裝，也不影響原有防雷系統的防雷效果。
(3)該計數器只有雷擊電流穿過其傳感器時才計數，因此，它能準確記錄避雷設備的雷擊次數。
(4)在自然界，負極性的雷云占90%以上，但仍然存在不少一部分正雷云，該計數器具有正負雷云放電均能計數的優點。
(5)自然界不僅雷云極性有正負之分，而且電流幅值分布在一個很大的范圍(1KA～250KA)，該計數器能對大電流，小電流都能準確計數。其計數電流范圍為700A到500KA。
(6)自然界的雷閃放電持續時間也有長短之分，該計數器能對雷閃放電持續時間長短不同的標準或非標準雷電流波計數，在脈寬為1μS到500ms范圍內，計數器均可計數。
下面結合附圖詳細描述本發明，附
圖1為本發明總體結構框圖。其中(1)為避雷設備引下線，(2)為雷電傳感器，(3)為整形網絡，(4)為硅橋轉換網絡，(5)為時延控制網絡，(6)為二次整形放大網絡，(7)為計數顯示網絡，它們之間由(2)至(7)依次從前到后連接，當雷電電流通過避雷裝置引下線(1)一次，即避雷設備接閃一次，計數器顯示1，雷電再擊中(1)一次，計數器則顯示2，以此類推，雷電每擊中避雷設備一次，計數器顯示累計增加1。該計數器的工作原理如下當(1)通過大電流時，(1)周圍產生變化的電磁場，傳感器(2)因此而獲得感應信號并輸出一個較小的電流電壓信號，這個信號是脈沖信號，其極性視雷電流極性的正負而定。通過(3)整形后，脈沖信號變為平穩的脈沖并輸入到(4)，網絡(4)把這個平穩的脈沖變為極性恒定的脈沖，用這個脈沖去啟動脈沖時延網絡(5)，時延網絡(5)啟動后，發出一定脈寬的脈沖，這個脈沖經二次整形與放大網絡(6)二次整形并放大后驅動計算與顯示網絡(7)完成一次計數。
附圖2為自積分型傳感器，附圖3為外積分型傳感器，其中(8)為感應線圈，R為電阻，C為電容。
雷電傳感器(2)有兩個作用其一是為計數器提供必要的電壓與電流;其二是把計數器與雷擊電流隔開，由感應線圈構成的傳感器可以是環狀線性感應線卷也可以是非線性感應線卷。感應線卷又分自積分型與外積分型，其原理與等值回路如圖2、3所示，傳感器的匝數可以根據后續回路的設計來選定。
傳感器封閉在金屬盒內，一方面可以避免雜散電場干擾，不致引起誤動作，另一方面又可以保護傳感器使之不因處于惡劣環境而損壞。傳感器兩個輸出端接到整形網絡(3)的輸入端。
附圖4、5分別為整形網絡(3)的兩種形式、整形網絡(3)是一種電壓整形網絡，具有限幅整形的功能，把由傳感器(2)輸入的高幅值的脈沖波形，限制在所需要的幅值內，經整形網絡(3)整形后可以輸出一個平穩的波形。圖4所示的是一種由二個具有比較功能并反向連接的敏感半導體和電阻R構成的整形網絡。阻值選擇取決于由傳感器(2)輸入的信號強弱，比如傳感器(2)輸入的信號為1V/KAR取10Ω二個具有比較功能的敏感半導體的反向電壓敏感值為約10V。圖5所示是一種由壓敏電阻r和電阻R構成的整形網絡，R取值在取于傳感器(2)輸入的信號強弱，r的電壓敏感值在1～50V以內，整形網絡(3)可以是有源電壓整形網絡也可以是無源整形網絡。整形網絡(3)輸出端接入硅橋轉換網絡(4)。
硅橋轉換網絡(4)的作用是把正或負波形轉換成極性恒定的波形。
附圖6為時延控制網絡(5)的一種形式即串并聯RC電路。其中Ec為電源R3，R1，R2為電阻，C1，C2，C3為電容，Ec可以是長壽命電池也可以用光電池，也可用傳感器耦合而來的能量。這種時延控制網絡(5)也可以采用串聯或并聯RC線絡，其功能是為計數提供相應幅寬的脈沖，并且在一次雷擊出現多次振蕩時不重復計數。
原理當硅橋轉換網絡(4)的第一個脈沖到來時，開關K閉合，C2充電當脈沖過后，K斷開，C2通過R2放電，放電時間常數為R2，C2，延時的長短可用R2C2及R3C3的值來確定。計數與顯示(7)只有在一個完整的延時脈沖才計數一次。若一次雷擊出現多次振高，那么硅橋轉換網絡(4)的第二個脈與第一個脈沖之間時間很短，這時第一個脈沖的延時沒有結束，第二脈沖繼續使之延時，二個脈沖延時重疊，直到延時結束，才計數一次。這樣防止了一次雷擊因多次振蕩造成重復計數，而當兩個雷閃之間時間較短時，為防止計數誤差，本發明可以調整R2C2及R3C3的值來確定脈沖時延時間，而達到準確計數之目的，時延控制網絡(5)的輸出端接入功率放大網絡(6)，功率放大網絡(6)實際上是一個高輸入阻抗電路，其輸入值不小于10DKΩ，功能是把前級信號放大，使之即不影響前一級的工作，同時為下一級提供足夠能量，其構成可以是三極管型射極跟隨放大電路，也可以用MOS管代替。
經功率放大網絡(6)放大的信號進入計數與顯示網絡(7)進行計數并顯示。
綜上所述，本發明工作原理及過程為當圖1中避雷設備引下線(1)流過雷電流時，引下線(1)周圍產生變化電磁場，在雷電傳感器(2)中感應出一定的電壓電流，這個信號經過整形網絡(3)整形后，由脈沖轉換網絡(4)轉換成一個極性恒定的脈沖信號，由它去啟動時延控制網絡(5)的開關K，時延控制網絡(5)啟動后將產生所要求的脈寬脈沖，這一寬度即能滿足計數顯示網絡(7)動作所需要的時間，也能防止計數器因雷擊時電流振蕩造成重復計數。再經過二次整形放大網絡(6)得到足夠的功率，以推動計數與顯示器(7)，在時延控制網絡(5)的延時到了以后，計數過程結束，完成整個計數過程。
實施例按圖1所述總體框圖設計一個避雷設備用接閃計數器，其中雷電傳感器采用圖2所示的自積分型線性感應線卷，其匝數為20匝，園環直徑80mm，環的徑向截面直徑10mm.自積分電阻R為52Ω。整形器由壓敏元件和電阻構成，電阻阻值約10Ω。壓敏電阻電壓為6V，脈沖檢測采用硅橋實現，延時控制網絡采用圖5所示電路，其中開關K用晶閘管代替，電容C1，C2，C3用絳綸電容，C1約0.1μf，C2約0.3μf，C3約0.3μf，R2R3為2MΩ，R1約數+KΩ，這樣延時約1秒，功率放大采用MOS管作為放大，放大電流約80mA，它足夠推動后面的電磁式計數與顯示器。
權利要求
1.一種由雷電傳感器(2)，計數顯示網絡(7)組成的避雷設備用雷電接閃計數器，其特征在于其組成還包括整形網絡(3)，硅橋轉換網絡(4)，時延控制網絡(5)，二次整形放大網絡(6)，它們之間電路由(2)至(7)依次從前到后連接并相通，其中雷電傳感器(2)為環狀感應線圈組成，并絕緣地套在避雷設備引下線(1)周圍，整形網絡(3)為電壓整形網絡，時延控制網絡(5)可以是串并聯RC電路，也可以是串聯RC電路或并聯RC電路，功率放大網絡(6)為輸入阻抗不小于100KΩ的高輸入阻抗放大電路。
2.按權利要求1所述的雷電接閃計數器，其特征在于所述雷電傳感器(2)可以是自積分型傳感器，也可以是外積分型傳感器。
3.按權利要求1所述的雷電接閃計數器，其特征在于所述的整形網絡(3)是一種由二個具有比較功能并反向串聯的敏感半導體和電阻構成的整形網絡，也可以是一種由電壓敏感值在1～50V的壓敏電阻r和電阻R構成的整形網絡。
全文摘要
本發明涉及一種避雷設備用雷電接閃計數裝置，它由電路依次相連并相通的雷電傳感器(2)，整形網絡(3)，硅橋轉換網絡(4)，時延控制網絡(5)，二次整形放大網絡(6)和計數顯示網絡(7)組成。環狀雷電傳感器(2)絕緣地套在避雷設備引下線周圍，雷閃發生時，雷電傳感器(2)將雷閃放電所形成的大電流脈沖通過整形，放大轉換成低電壓小電流來推動計數顯示網絡(7)，以計下避雷設備遭雷擊的次數。該裝置不用外加電源，結構簡單，安裝方便，計數準確。
文檔編號G01W1/16GK1074540SQ9210008
公開日1993年7月21日 申請日期1992年1月15日 優先權日1992年1月15日
發明者鄧惜慎, 褚宗蘭, 牛文軍, 張適昌 申請人:中國科學院電工研究所