开关型电荷放大器等离子避雷系统 【技术领域】
本发明涉及避雷技术，特别涉及开关型电荷放大器的等离子避雷系统。
背景技术
传统避雷手段是在建筑物顶端安装避雷针，由避雷针把雷吸引过来并导入地下，使避雷针所在位置的一定范围内的物体免遭雷击。但是，雷击避雷针后，雷电流在导入地下过程中向周围空间辐射的电磁波足以使1000米直径范围内的微电子设备受到干扰，500米直径范围内的微电子设备受到损坏，近百米直径范围内的微电子设备可能受到不可恢复的损坏。本发明人于1999年12月30日申请一个专利，题目是“真空等离子体避雷方法和装置”，专利申请号是99126666.8。该专利描述了使感应电荷消失从而避免遭雷击的方法，其基本原理是，避雷球导体表面的感应电荷是通过一层大气等离子气层及时传导到空气里，从而形成不了高电场强度和电流，避免了遭受雷击。避雷球感应电荷形成时所产生的相反极性的电荷，经过电荷脉冲放大器放大后传输给被保护物表面，中和那里的感应电荷，从而使被保护物免遭雷击。实际上，脉冲电荷放大器放大了避雷球地保护能力，以保护较大面积的被保护物免遭雷击。但是，该专利比较适合于保护有尖顶的设备，例如，各种天线。但对于需要保护的物体，如楼房等有较大面积的建筑物，则该专利存在一定的欠缺。而且，在真空等离子体容器和被保护物之间串联高速电流放大器也限制了保护面积的扩大，同时，高速电流放大器的制作也比较困难。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种开关型电荷放大器的等离子避雷系统，从而增加避雷的保护面积。
为实现上述目的，一种开关型电荷放大器等离子避雷系统，包括：产生大气等离子气层的避雷球，还包括：
直流高压发生器，用于向脉冲电容器C1充电；
连接在避雷球和导体5和6之间的触发脉冲发生器，用于向导体5和6发送触发脉冲；
在导体5和6击穿时，电容器C1向电容器C2充电，所述电容器C2的电荷释放到被保护物的表面。
本发明的使感应电荷消失的系统，没有传统避雷针的副作用，被保护物及其内部的微电子设备都免遭直接雷击。尤其是这种避雷系统不依靠接地，因此，对地面、海面及空中的移动目标都可作避雷保护，对高山上目标接地困难的场所，也可较好地达到避雷的效果。
【附图说明】
图1是本发明系统的示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，当出现雷击的危险时，避雷球1的中频高压电源启动，产生大气等离子气层2，等离子气层2包裹在避雷球导体表面。同时，直流高压发生器3启动，缓慢地向脉冲电容C1充电，使得存储在C1上的电荷量足以中和掉被保护物表面可能产生的最大感应电荷量。
当遭雷击前瞬间，避雷球上产生感应电荷的信号传输给触发脉冲发生器4，当该信号足够强时，产生触发脉冲，使得导体5和6间隙击穿。储存在电容器C1上的电荷传输给用户电容器C2上，并释放到被保护物7的表面，中和那里的感应电荷。电流切断器8使得导体5和6间隙导通后立即切断。这样，被保护物7就处在被保护状态中。导体5和6可以是球状或平板状，也可以是任何适于导通击穿的形状。导体5和6之间的间隙根据被保护楼房高低及气象条件而不同，需要实地调整。调整的原则时，在没有雷电临近而产生触发信号时，导体5和6不能自行击穿；在有触发信号从脉冲发生器4中发出时，导体5和6必能击穿。平均来说，导体5和6之间的电压每增加3万伏，导体5和6之间的间隙增加1厘米。通过模拟计算，先导头带电荷1库仑，位于球的正上方，雷击高度为h＝100米的情况下，不同高度、不同大小的接地球上产生的感应电荷总量Q的计算列于表1。
表1
雷击高度H＝100m，先导头带电荷q＝1C，正当顶
时接地球的保护能力，即极化电荷总量
根据闪电物理参数，避雷球上足够强的信号使触发脉冲发生器4产生触发脉冲，使导体5和6之间的间隙击穿导通，足够量的电荷从电容器C1传输给电容器C2，并释放到被保护物7的表面，中和那里的感应电荷。这些过程必须在小于10μs的时间内完成。而电容器C2向被保护物7缓慢释放中和电荷的时间必须持续100μs以上。电流切断器8必须在导通后切断球5和6之间的导通电流。
由于闪击可以是向下负闪击或向下正闪击，因此，需要同时准备正极性和负极性的电荷，如图1所示的直流发生器3、脉冲电容器C1和导体5都有两套(未示出)。一套是正极性电荷，一套是负极性电荷。而触发脉冲发生器4要根据避雷球感应电荷极性的不同产生出不同极性的触发脉冲，以便供给不同极性的球。
由于闪击可以是下行闪击也可以是上行闪击，当下行闪击时，首次闪击由云开始，阶跃式前进的先导向下跳跃式地传输，因此，避雷球上的感应电荷梯级阶跃增强，传输给触发脉冲发生器4的感应电荷信号是尖电流脉冲。当上行闪击时，是由于雷云电荷本身使得被保护物表面感应电荷足够强，使被保护物表面附近大气电场强度首先达到击穿空气的值，从而产生向上先导。在这种情况下，避雷球上的感应电荷逐渐增强，而不存在阶跃式变化。因此，传输给触发脉冲发生器4的信号是连续的电流。为了使下行闪击和上行闪击的情况都能使触发脉冲发生器4及时产生触发脉冲，统一采用电流随时间的积分值作为感应电荷信号。当该积分值达到预定的阈值时，触发脉冲发生器4就产生触发脉冲。这个电流积分值不论在下行闪击和上行闪击都表征了感应电荷强度，即电场强度，该电场强度表示雷击危险性的大小。因此，采用感应电流积分值作为产生触发脉冲的信号是普遍适用的。
对于被保护物处于云中的情况，感应电荷也是缓慢地积累，与上行闪击情形相仿。因此，采用感应电流积分值作为产生触发脉冲的信号也适于被保护物处于云中的情况。