智能避雷技术简介(共54页).doc

《智能避雷技术简介(共54页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能避雷技术简介(共54页).doc（54页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上智能避雷技术简介防爆型智能避雷系统HC/FB系列产品介绍北京卫昊康等离子技术开发有限责任公司专心-专注-专业目 录等离子智能避雷相关证书.1智能避雷技术简介.5电荷避雷原理.18石油化工行业与智能主动避雷技术.26防爆合格证.35防雷检测合格证.36防爆型智能避雷产品说明书.38雷击事故案例.4521世纪的展望.47科技日报中华骄子杰出优秀科技专家风采录.48信息社会防直击雷的思考.49等离子主动避雷专利避雷膜发明专利证书 国际发明特别金奖证书国家星火计划项目证书智能避雷技术简介雷害是世界公认的十大自然灾害之一。我国每年因雷灾带来的直接经济损失达50100亿元。目前为

2、止，全球范围内，人类具有避免雷害的有效装置是250多年前美国科学家富兰克林发明的避雷针，以及以后发展出来的避雷线、避雷带、避雷网、法拉第笼式保护罩和各种避雷器等避雷手段。然而，在科学技术迅猛发展的今天，电子信息技术已应用到了各行各业，成为人类生产、生活的必要工具。信息装备已成为现代化社会的大脑和神经。国防现代化，目前的内容就是国防信息化，就是以信息技术为核心的高新技术群在军事领域的广泛应用，实现武器装备信息化。而引雷入地的传统避雷手段非但不能保护信息装备免遭雷害，反而增加了受毁坏的机会。雷灾给人类社会的发展、经济建设、国防建设和人民生命财产安全带来了新的严重威胁。国内外避雷专家都在寻求新的避雷

3、手段来抵御雷电这个现代化和信息化的天敌。社会迫切期待着避雷技术的创新。中国科学院研究员、国际宇航科学院院士庄洪春教授在国际上首次提出了通过消除雷击危险性，使保护目标不再遭受雷击的新一代避雷技术，称为“智能避雷技术” 。在以庄洪春为首的北京卫昊康等离子技术开发有限责任公司(原中国科学院空间中心电学组)，经过十多年的潜心研究开发，从理论分析、模拟计算、实验测试、模型实验、工程实用化研究、外场实验等各个角度和方法的研究，都证明了这一技术的合理性和可行性。期间经多次大小各类专家会议的评审鉴定，得到充分肯定，被誉为“21世纪防雷事业的曙光” 。2002年联合国发明协会评选全世界的发明创造。智能避雷技术获

4、得金奖的同时，荣获我国唯一的一项特别金奖，被联合国国际专家组誉为“人类生存和保障的最佳发明” 。雷击对微电子设备造成雷害通过三条途径，即直接雷害，空气中传输的电磁间接雷害，和线路入侵的雷击过电压雷害。智能避雷技术的功能有四个：1）保护地面、水面、空中的固定和移动物体不遭雷击，使物体内部的微电子设备免遭直接雷害；2）使邻近落雷从空气中传来进入物体的电磁感应强度大为削弱，使物体内部微电子设备免遭间接雷害；3）使室外雷击在线路上造成的过电压不能进入物体内部，使物体内部微电子设备免遭线路侵入雷害。4）能对雷击危险性进行监测和预警。智能避雷技术的主要特点是不靠接地。中国科学院于2002年向全国推荐二百项

5、高新技术产品时，智能避雷技术被作为首选金牌项目向社会推介。全国工商联于2003年首次向全国推介高科技项目就唯一地选上了智能避雷技术。今年1月15日，总装备部军民两用技术专家委员会策划，在人民大会堂召开了各军兵种首长会议，专项推介智能避雷技术。成都军区13军在会上报告了军车上使用智能避雷技术，实现了军车机动中防雷、全天侯防雷、及全地域防雷的情况。得到了与会的解放军四总部、三军各部门代表的肯定和好评。这一避雷新技术，不仅得到了国内外专家学者的普遍好评，而且已得到了政府主管部门的批准和许可。通过了国家气象局测试中心的检测。通过了国军标要求的温度、震动、冲击、和电磁兼容的测试。列入了国家火炬计划。获得

6、了环保认证。企业标准获得了质监局的登记备案。获得了中国专利证书。获得了美国专利证书。申报了国际专利，并申报了美、日、德、英、意、西班牙、俄等国专利。智能避雷技术是目前为止国际上唯一可以把雷害拒之于门外，为现代化和信息化保驾护航的环保类新型避雷技术。它不仅能够弥补传统避雷方式不能保护信息装备的不足，而且由于其不靠接地，所以特别适用于高山雷达站等接地困难的场所，以及车辆、舰船、飞机、导弹等不能接地的移动目标。该项目的实施不仅对提高我国军队战斗力具有重要意义，而且有望列入国际标准，成为继福兰克林之后的第二个通行防雷方法，实现人类避雷技术史上的革新。1、等离子避雷技术的功能等离子避雷技术的功能是保护地

7、面、水面或空中物体不受直接雷击，从而使物体内部的现代化设备不遭直接雷害。2、达到上述功能的技术途径雷击是空气中的电击穿，电场强度是空气能否击穿的主要或唯一量度。因此雷击危险性大小用电场强度的数值来表征。起始于地面物体的上行先导或下行先导到达雷击高度后地面物体的上迎先导都是起始于那些电场强度最强，首先达到击穿空气的数值的物体表面。导体表面电场强度正比于导体表面的面电荷密度，因此表面电荷密度也就能表征雷击危险性的大小。使导体表面电荷消失就使遭雷击的危险性降至零，从而可以成为一种避雷的新思路。等离子避雷功能第一是基于等离子体中正负带电粒子在雷云电荷或先导电荷产生的脉冲电场作用下的极化迁移，把被保护物

8、表面的感应电荷及时地散布到空气中，而在空气中的电荷具有均匀化的趋势，使得被等离子体覆盖的表面附近电场强度和电流密度达不到击穿空气的数值，从而使被等离子体覆盖的表面免遭雷击。等离子避雷功能第二是基于极化产生的同号电荷能够对消未被等离子体覆盖表面上的感应电荷，因此使得未被覆盖表面附近的电场强度消失或减弱，从而使未被等离子体覆盖表面免遭雷击。这两个作用使得被等离子体气层覆盖表面和未被覆盖但与等离子体极化电荷相连的表面都不会出现高电场强度，从而都避免了遭雷击的可能。等离子避雷球表面覆盖上了足够浓度的人造等离子气层。被保护目标上没有等离子体而是用避雷球上引来的相反极性的电荷经放大输到目标上中和那里的感应

9、电荷来达到避雷的目的。3、重要意义（1）革命性传统的避雷装置是避雷针。由于传统避雷针不能保护室内现代化仪器设备. 越来越普及的电脑、家电、信息、智能化设施等现代化仪器设备受雷害日趋严重。而传统避雷针实是引雷装置，更增大了室内设备受雷害的概率。等离子避雷技术是现代化时代以来出现的新一代避雷技术，能保护楼房等目标免遭雷击。从而使目标内部的现代化设备不遭直接雷害。因此，等离子避雷是对传统避雷技术的革命性的新一代替代技术，适合现代化和信息化时代的需要。雷害是世界公认的十大自然灾害之一，她给我们人类社会造成了众多的灾难和悲剧，经济损失无法估算。自200多年前富兰克林发明了避雷针后，人类对雷电灾害有了一定

10、的防范措施，从对雷害束手无策、无法防范、遇雷只能挨打的局面过度到了被动避雷、有一定的防范措施阶段。避雷针出现后的200多年中，人类又先后发明了避雷线、避雷带、避雷网、法拉第笼式保护罩等传统式避雷手段，其原理都是被动的引雷入地的办法。然而这些传统避雷手段的避雷功能是被动的，而且不完全。有时简直成为弊多于利，或者如有些人所说，用钱买危险。因此全世界每年因雷害而造成的经济损失仍旧重大，损失量无法估算。随着科学技术的进步，人类进入二十一世纪后，电子、信息技术已应用到了各行各业，已成为人类生产、生活的必要工具，特别在现代国家防御应用中，电子信息技术的地位尤其重要。然而在本可行性报告采用的等离子避雷技术以

11、前，人类一直沿袭采用传统的的被动式避雷技术，对真正避开雷电的灾害并不能起到积极的作用。因此保护微电子设备和信息技术设备，避开雷电的打击和损害，保证各行各业的生产、工作的顺利进行，保证军队有全天候的作战防御能力、保障国家的安全，已成为当今亟待解决的课题。本报告采用的等离子避雷技术是目前为止唯一可以把雷害拒之于门外的防避雷技术，是为现代化保驾护航的环保类成果，属减灾防灾高技术领域。因此凡室内有微电子设备的部门都需要本技术。随着现代化的进展，在信息社会中，微电子设备，如具有电脑、芯片、信息系统、自控系统、集成电路等等的设备越来越普及到各行各业，本报告的技术成功推广必然使各行各业都是受益者。近年来雷击

12、造成灾害的事例可看出，电子工业部门、电讯部门、电力部门、建筑、石油工业、化学工业、航空事业、航天事业、铁路交通部门、金融财务部门、气象部门，甚至医务部门等都将可能采用本建议书的技术以求避免或减少雷害。（2）广泛性由于等离子避雷技术是卫星技术的民用技术，从原理上不一定要接地。在无法接地的场合，如行进中的战车：通讯车、雷达车、炮、导弹车、指挥车等本项技术是其防避雷的唯一手段。警戒雷达、气象雷达、机场雷达等一般地处高山岩石顶，接地困难，本项技术几乎也是其防避雷的唯一手段。另外，飞机、导弹等空中物体也无从接地，本项技术也是其防避雷的唯一手段。（3）社会效益显著信息化设备是当代社会的大脑和神经系统，它不

13、光被各行各业广泛採用，进入了工作与生活的所有领域，连政府也依靠它作行政管理，部队则依靠它进行军事指挥。信息化设备的天敌是雷击，等离子避雷能保护它不遭直接雷害，是信息化设备的保护神，为政府与部队的管理指挥保驾护航。其社会效益显著三、项目实施的条件1、技术条件本建议书的“主动避雷”技术我们已集中研究了近十年的时间，至今该技术的原理、实验室样机、模拟实验及工程可行性试验等的研究都已完成，首先在海军青岛基地的灵山岛雷达阵地、总参第五十四研究所、解放军二炮第三研究所等军队系统试点应用,效果极好，应用的是关键技术难题都已克服。在全国选取了地形、气象条件和社会环境典型的云南省作试点运行，与云南省防雷中心合作

14、，同时得到了云南省科技厅、财政厅的经费支持，布置了十多个点，安装发生器、雷击危险性预测仪和雷击电流测量仪等仪器，进行规模试点。2003年12月12日到14日，在等离子避雷球试用现场西双版纳，由云南省防雷中心主持，召开了“等离子避雷球试用鉴定验收会”。特邀了九位避雷专家组成专家组，其中包括清华大学、中国气象科学研究院及国家气象中心等北京单位来的避雷专家，云南省防雷中心及西双版纳气象系统等本地的防雷专家。会上推举清华大学著名防雷专家虞昊教授为专家组组长。专家组意见认为：“与传统防直击雷方法相比，等离子避雷的思想是使雷电在目标上的感应电荷消失或失效，从而雷电与目标间不能产生电击穿，使目标不遭直接雷击

15、，从而保护目标内信息技术设备不遭直接雷害，是适应现代化和信息化时代要求的避雷新产品，该产品已在2002年召开的国际发明博览会上获特等金奖，认为它是对人类生存和保障的最佳发明。建议有关部门尽早发放生产和使用许可证，使这一新产品早日服务于社会。”云南省防雷中心于2003年12月15日发放了“防雷新产品使用许可证”，允许等离子避雷球HC/DG系列和HC/DY系列产品使用。 在技术上已具备了产业化发展的条件。等离子避雷技术是使被保护目标不遭雷击的技术。 技术途径是使雷电在目标上的感应电荷失效或消失。使感应电荷消失的办法是把异号电荷输到目标上对消那里的感应电荷。由于雷击非常迅速，临时产生出异号电荷来不及

16、，必须要把电荷等先贮存起来，一旦雷击到来，及时输出给目标。贮存电荷的方法通常是用电容。但用电感也可贮存磁能，释放出来转成电荷。还可用振荡线路。这两种贮存方法和电容贮存电能比较有缺点也有优点。对一些用户更适合用电感或振荡线路贮存。这就是本项目攻关的具体内容之一。该项目是一项卫星技术民用化的专利技术，在卫星上是防高电压放电的成熟技术。该成果的“主动避雷”技术我们已集中研究了近十年的时间，至今该技术的原理、实验室样机、模拟实验及工程可行性试验等的研究都已完成，并已获国家专利，美国及德、意、日、英、西班牙等多国专利。现关键技术难题都已克服，首先在海军青岛基地的灵山岛雷达阵地、总参第五十四研究所、解放军

17、二炮第三研究所等军队系统试点应用，效果极好。我们选取了地形、气象条件和社会环境典型的云南省布置了十多个点作试点运行，安装发生器、雷击危险性预测议和雷击电流测量仪等仪器，进行规模试点。取得在自然条件下主动避雷的正确性等离子资料，充分表明，完全可以把该技术应用到地面上作为新一代的避雷手段。这一科研成果得到了各行各业避雷专家的认可。2003年12月12日到14日，在等离子避雷球试用现场西双版纳，由云南防雷中心主持，召开了“等离子避雷球试用鉴定验收会”。特邀了九位避雷专家组成专家组，清华大学著名防雷专家虞昊教授为专家组组长。专家组一致认为：与传统防直击雷方法相比，感应电荷消失或失效，从而雷电与目标间不

18、能产生电击穿，使目标不遭直接雷击，从而保护目标内信息技术设备不遭直接雷害，是适应现代化和信息化要求的避雷新产品。该产品已在2002年召开的国际发明博览会上获特等金奖，认为它是对人类生存和保障的最佳发明。专家组成员认为，主动避雷的学术思想是正确的，理论推导是严谨的，模型实验的设计是合理的，工程实施的设想是科学的。模型实验的结果具有说服力，证明了主动避雷的有效性。与会专家对本项避雷新技术一致给予了肯定，认为“思路新颖，理论正确，实验充分，结果可靠”。（1）、大气等离子避雷的理论依据等离子体内不允许存在高电场及高电流的特点，保证了覆盖着等离子气层的表面不会具有击穿空气的强电场，或强电流，也就不会遭雷

19、击。 电荷叠加原理保证了用电流中和感应电荷的可行性，无感应电荷就不会遭雷击。（2）、大气等离子避雷的工程依据第一，在轨运行的卫星往往会带上比周围环境高出几万伏的电位，所以会使卫星表面与空间电荷云之间产生静电脉冲，甚至电击穿放电。避免产生这种高电压放电脉冲或电击穿脉冲的工程措施就是在卫星表面产生一高导电率气层。这一措施在60年代就已实施，取得了很成功的结果。卫星上的这种静电击穿与地面上的雷击性质完全相同。卫星上高导电率气层避免静电击穿的成功，自然可以作为主动避雷的工程依据。第二，在实验室里，为证明主动避雷原理的正确性，我们在40万伏的标准雷击脉冲高压下做了模型试验。在上下两块水平放置的平面金属板

20、上加上雷电脉冲高电压，在下面接地板上放置两个完全一样的被保护物模型，其中只有一个模型覆盖上高导电率气层。为了试验有无高导电率气层的差别，我们使两个模型形状尽量一致，在底板上放置的位置也尽量对称，同时注意到避免高导电率气层直接上冲到上面的高压板上。从实验结果看到，高导电率气层覆盖的模型有95%的概率不被电击。这个结果证明了等离子避雷原理的正确性。第三，某些自然现象可以作为等离子避雷的工程依据。一是尖端放电的间歇性。众所周知，在电场强度大于击穿大气的阀值时，导体的尖端就会放电，但这一放电不是连续不断，而是间歇的脉冲串，其原因是，尖端放电使中性空气雪崩型电离。所产生的正负带电粒子在电场中分离，与尖端

21、带相反极性的带电粒子向尖端运动并进入尖端而消失，在尖端附近留下相同极性的带电粒子，这些相同极性的带电粒子抵消(屏蔽)了尖端电场，使空气的电离中断。只有当同极性的空气带电粒子被赶到较远的地方并分散开来，使屏蔽作用减弱，尖端电场才能再次产生电离。这一自然现象中的屏蔽作用(抵消作用)，正是“等离子避雷”的原理，即高浓度大气等离子体把雷电在被保护对象表面所产生的强电场屏蔽掉，使这些强电场区不再能产生击穿空气的电离。从而阻止了上行先导，或向下行先导的上迎，也就避免了遭雷击。第四，可作为本项技术工程依据的自然现象是避雷针存在临界尺寸，即不是越尖越好。本来，针越尖则尖端放电性能越好，尖端处电场强度越高，越易

22、产生上迎先导，接闪能力应越强。但事实并非如此，由于尖端电晕产生的大气等离子体与本项技术相同原理而造成的极化屏蔽作用，抑制着电场，阻碍着上迎先导的产生。只有当尖端电晕处电场强度的增强超过屏蔽作用才能使电晕转化成上迎先导。所以，使用避雷针尖头的曲率半径要大到一定尺寸才最佳。第五，可作为本项技术工程依据的自然现象是闪电的云中起电机制。云中起电首先是在云中强电场区中两雨滴作掠过式碰撞，形成细丝拉断时产生电晕，或冰样水气凝结物表面上产生电晕。电晕区就产生大气等离子体，与本项技术相同原理而造成极化屏蔽作用，会抑制电场，阻碍电晕转化成闪电。只有当云中场强电场区范围较大，并且电场继续增强的速度超过屏蔽作用，才

23、能起闪。第六，可作为本项技术工程依据的自然现象是气球人工引雷的失败。20世纪60年代，美国Langmuir实验室在雷暴当空时施放带有接地金属导线的气球，希望以此来引发闪电。这一想法没有成功，因为在雷暴的强电场中，金属线尖端会产生大量的电晕离子，它包围在尖端四周，限制了局部电场的进一步增强以及电击穿的发生和传播。本项技术正是人为产生足够数量的离子，障碍了雷云电荷或先导电荷与被保护物之间的电击穿。注意到Cr即是电容对r的放电时间常数，L/r电是感对r的放电时间常数。为了使一次保护的等续时间足够长，就要求放电时间常数足够长。为此，对于r大的被保护物，显然需要L相当大，而C可较小。所以用电容贮能方案好

24、，而不用电感贮能。相反的，对于r小的被保护物要求C相当大，而L可较小。所以用电感贮能方案好，而不用电容贮能。比较C贮能和L贮能的优缺点和技术关健，是本项研究开发内容之一。例如贮能时减少损耗的办法，输送能量时的开关技术等。振荡线路是L和C并联或串联组成的。振荡线路里能量周期性地在C和L间贮存和释放着。若当能量在C上时输出能量，则相当于C贮能。若当能量在L上时输出能量，则相当于L贮能。所以振荡线路兼有C贮能和L贮能的优点。通过自动控制，可让能量在任何相位上输出，适合r可变的用户，研究振荡线路贮能的技术，自动控制的输出技术，是本项研究内容之二。避雷针是自我牺牲型，是被动挨打的办法。而且雷击前毫无知觉

25、。这是与当前高度自动化和智能化的时代极不相称的。只有对遭雷击的危险性了如指掌，并且在危险程度不能允许时主动进行防避，消除危险，才能把避雷的命运掌握在我们自己的手中。大气等离子避雷专利技术，(专利号.X)是全新的避雷方案和装置，是利用空气等离子体气层使被保护目标上的雷电荷失效消失，从而保护目标不再遭直接雷击的技术。它是从根本上消除直击雷害的新一代避雷手段，解决了传统避雷针和各色各样改进型避雷针由于引雷入地仍然危及室内微电子设备安全的问题，成为现代化和信息化时代的新型避雷技术，是避雷史上的创新。主动避雷与传统避雷技术和消雷技术相比较，有下列优点：(1)、安全系数大，高电导率气层带电粒子浓度越高，用

26、于对消感应电荷的异号电荷越多，避雷的安全系数就越大。(2)、保护彻底。对于任何方向来的雷击可以有同样的保护作用。(3)、无引雷的副作用。(4)、无其他派生危险。本发明没有传统避雷针向地泄电时，对室内电子设备造成的破坏性感应脉冲，也没有避雷针附近地面那样的跨步电压。(5)、全过程监控 监测控制雷击危险性产生，严重化，和消退的全过程。(6)、全自动化 监测、预警和防避可由微机作全自动操作。(7)、直观性 中心控制系统的计算机屏幕上，能形象地显示出危险性大小，预警区域及主动防避的效果。(8)、主动性 当雷击危险性超过一定程度时，启动防避功能，主动产生防护层，使被保护对象遭雷击的危险性降低至安全程度之

27、内。(9)、不靠接地 等离子避雷设备可应用到任何需要防雷击的重要设施上。一般说来，凡是安装有现代化电气楼房、台站、基地和其它建筑物等都需要用本方案的避雷设备代替传统避雷针。特别是像卫星发射塔、测控中心、导航站等重点设施，更应采用高度自动等离子避雷系统，特别是高山雷达站等接地困难的场所，车辆、水面、及空中等移动目标不能接地的对象，等离子避雷技术是唯一有效的避雷技术。该项目的意义是：(1)、从根本上克服了传统避雷针只能保护房屋，而保护不了室内电子设备的致命弱点，把雷击拒之于门外，能使被保护对象室内的现代电子设备，免遭直接雷击而造成的破坏。随着现代程度的提高，本专利避雷方法将越来越显得重要。(2)、

28、该发明专利主要用于保护重要的军用与民用设施免遭雷害。它的实施对于提高我国军队的战斗力，保护现代化经济建设具有十分重要的意义，是对防灾减灾工作的重大贡献。(3)、该技术属于国际首创，一旦实施成功，则在该领域具有国际最先进的水平，将对提高我国的国际威望和人类社会的发展有重大影响。(4)、由于电子设备在军事和国民经济各行各业无可非议地会有着广泛的应用前景和可观的经济效益。该技术实施成功，则为大气等离子体的进一步开发利用，为隐形技术方面奠定了基础。随着科学技术的进步，人类进入二十一世纪后，电子、信息技术已应用到了各行各业，已成为人类生产、生活的必要工具，特别在现代国家防御应用中，电子信息技术的地位尤其

29、重要。然而在本建议书采用的等离子避雷技术以前，人类一直沿袭采用传统的的被动式避雷技术，对真正避开雷电的灾害并不能起到积极的作用。因此保护微电子设备和信息技术设备，避开雷电的打击和损害，保证各行各业的生产、工作的顺利进行，保证军队有全天候的作战防御能力、保障国家的安全，已成为当今亟待解决的课题。我们必须寻求新的手段来抵御雷电这个现代化和信息化的天敌。因此，国内外专家也都在寻求新的避雷手段。中国科学院研究员、国际宇航科学院院士庄洪春教授在国际上首次提出了利用空气等离子体气层使被保护目标上的雷电荷失效或消失，从而保护目标不再遭直接雷击的技术。经过近十年来的研究开发，解决了传统避雷针和各色各样改进型避

30、雷针由于引雷入地仍然危及室内微电子设备安全的问题，成为现代化和信息化时代的新型避雷技术。远古时期，人们用雷霆万钧来形容无与伦比的极大威力，所谓雷霆就是雷击。避免遭到雷击是远古人类就追求的目标。直到两个半世纪前，富兰克林才揭示出雷的本质，即雷就是电，并据此发明了避雷针。人们从此结束了对雷电惶恐万分、束手待毙的状态，开始有了一种防避手段。人们在避雷针下度过了二百多年。科学技术在突飞猛进地发展着，蒸汽机出现了，工业化时代到来了。避雷针照样有效地保护着机器和厂房，以后逐渐出现了高层楼房建筑。二次大战以后，电子工业的出现开始了电子化时代。积层电路出现了，微机出现了，自动化与智能化产品的应用越来越广泛。对

31、于这些现代化的电器设备，避雷针越来越显得无能为力了。电子设备的电源电压越来越低，灵敏度越来越高，自动化和智能化程度越来越高。这在避雷针遭雷击时引入地下的瞬间强电流所辐射出的电磁脉冲冲击下，简直是滚滚巨轮之下的小小鸡蛋，必碎无疑。专家们逐渐形成了一个共识，即避雷针保护不了电器设备，雷击的危险正在威胁着现代化的人类文明。避雷的问题又重新提到了当代科学的面前。可以说现代化必须避雷，无避雷就没有现代化。高科技的社会需要有高科技的避雷。从现代化科技角度看，传统避雷针只是一种被动的、盲目的、消极挨打的避雷手段。与现代化社会相适应的应该是主动的、可视的、积极防避的新型避雷手段。本报告所提出的，即是这种类型的

32、避雷系统。本报告采用的等离子避雷技术是目前为止唯一可以把雷害拒之于门外的防避雷技术，是为现代化保驾护航的环保类成果，属减灾防灾高技术领域。因此凡室内有微电子设备的部门都需要本技术。随着现代化的进展，在信息社会中，微电子设备，如具有电脑、芯片、信息系统、自控系统、集成电路等等的设备越来越普及到各行各业，本报告的技术成功推广必然使各行各业都是受益者。近年来雷击造成灾害的事例可看出，电子工业部门、电讯部门、电力部门、建筑、石油工业、化学工业、航空事业、航天事业、铁路交通部门、金融财务部门、气象部门，甚至医务部门等都将可能采用本建议书的技术以求避免或减少雷害。雷击是空气中的电击穿，电场强度是空气能否击

33、穿的主要或唯一量度。因此雷击危险性大小用电场强度的数值来表征。起始于地面物体的上行先导或下行先导到达雷击高度后地面物体的上迎先导都是起始于那些电场强度最强，首先达到击穿空气的数值的物体表面。导体表面电场强度正比于导体表面的面电荷密度，因此表面电荷密度也就能表征雷击危险性的大小。使导体表面电荷消失就使遭雷击的危险性降至零，从而可以成为一种避雷的新思路。等离子避雷功能第一是基于等离子体中正负带电粒子在雷云电荷或先导电荷产生的脉冲电场作用下的极化迁移，把被保护物表面的感应电荷及时地散布到空气中，而在空气中的电荷具有均匀化的趋势，使得被等离子体覆盖的表面附近电场强度和电流密度达不到击穿空气的数值，从而

34、使被覆盖表面的免遭雷击。等离子避雷功能第二是基于极化产生的同号电荷能够对消未被等离子体覆盖表面上的感应电荷，因此使得未被覆盖表面附近的电场强度消失或减弱，从而使未被等离子体覆盖表面免遭雷击。这两个作用使得被等离子体气层覆盖表面和未被覆盖但与等离子体极化电荷相连的表面都不会出现高电场强度，从而都避免了遭雷击的可能。等离子避雷球表面上复盖有等离子气层，从而不会遭雷击；避雷球引出的与感应电荷相反极性的电荷，经放大后输到被保护目标上中和那里的感应电荷，从而使保护目标不遭雷击。由于地面物体邻近落雷造成的静电感应损害是物体导电表面感应电荷的瞬间消失而产生的，而本等离子避雷技术正是通过人为控制感应电荷来实现

35、的，所以我们很容易使感应电荷消失变慢千倍，也就使静电感应损害的强度降低千倍。等离子智能避雷技术的功能是：能保护地面、水面或空中物体不受直接雷击，从而使物体内部的现代化设备不遭直接雷害。使邻近落雷不再能损坏被保护物体内部的现代化设备。能在雷击到来前的瞬间切断线路侵入雷击过电压。等离子智能避雷技术的特点是：不靠接地。因此对接地困难的高山雷达站，对不能接地的车辆、舰船、飞机等移动物体，都能进行有效的避雷保护。避雷针是二百多年来人类具有的避免雷击损害的唯一有效装置。当附近出现雷击危险时，高高竖起的避雷针针尖首先感应强电场从而击穿大气，把雷击迎到自身引入地下，从而保护了周围建筑免受雷击。主动避雷的理论依

36、据是利用高导电介质中电场强度低这一基本概念。众所周知，雷击事件是雷云带电在大气中产生的高电压击穿现象。在地面众多目标中，雷可能击中哪个目标取决于各个目标表面电场强度的大小。表面电场强度最强者首先达到击穿大气的电场值就会遭到雷击。“主动避雷”利用高电导率气层（即大气等离子体）覆盖在被保护物表面，产生屏蔽和均匀作用，使得表面电场强度不可能高，从而避免了遭到雷击。“大气等离子体的避雷功能”一文（即附录2）详细论证了高电导率气层的屏蔽和均匀作用。由该文分析可见，为了能及时地对闪电电场起到这种避雷作用，需要大气等离子体的浓度超过109cm-3，厚度超过2cm。产生这样浓度的大气等离子体在工程上是可行的。

37、详细分析见附录2“大气等离子体的避雷功能”。在实验里，为证明主动避雷原理的正确性，我们在40万伏的雷击脉冲高压下做了模型试验。在上下两块水平放置的平面金属板上加上雷电脉冲高电压，在下面接地板上放置两个完全一样的被保护物模型，其中只有一个模型覆盖上高导电率气层。为了试验有无高导电率气层的差别，我们使两个模型形状尽量一致，在底板上放置的位置也尽量对称，同时注意到避免高导电率气层直接上冲到上面的高压板上。从实验结果看到，高导电率气层覆盖的模型有92%的概率不被电击。这个结果具有统计意义，证明了主动避雷原理的正确性。详细情况见附录3和附录4。摘要 雷击是雷暴云电荷与地面物体上感应电荷间的电击穿现象。地

38、面上的绝缘体上没有感应电荷，因此不会遭雷击。金属导体是感应电荷的载体，易遭雷击。若能使地面导体上的感应电荷消失，则雷击就不会落到这个地面导体上。这将成为一种新的避雷思路。关键词 避雷 感应电荷1.引言雷击是空气中的电击穿，电场强度是空气能否击穿的主要或唯一量度。因此雷击危险性大小用电场强度的数值来表征。起始于地面物体的上行先导或下行先导到达雷击高度后地面物体的上迎先导都是起始于那些电场强度最强，首先达到击穿空气的数值的物体表面。导体表面电场强度正比于导体表面的面电荷密度，因此表面电荷密度也就能表征雷击危险性的大小。使导体表面电荷消失就使遭雷击的危险性降至零，从而可以成为一种避雷的新思路。下行先

39、导由云向地面物体接近的过程是s量级的快速跳跃形式。为了达到避雷的目的，必须用相反极性的电荷非常及时地中和感应电荷，并要使这种中和维持到雷击危险性消失为止。为此，用一金属球安置在与被保护物同样的雷电环境中，用球的感应电荷信号来控制中和电荷的产生。使得感应电荷的中和完全及时到位，并确保极性正确。另外用慢放电措施确保这种中和维持足够的时间。本文从微观、宏观、场和实验的角度一致地证明了电流在导体表面上产生的表面电荷有如下的性能特点：1 电流流经导体时，使导体表面积聚电荷。导体表面的电荷密度与那里的电位成正比例，而与电流没有直接关系。电流只有通过电位才与表面电荷密度联系起来。2 电流在导体上散布的电荷与

40、是否接地无关，与接地点位置也无关。3 由于电荷与电流无直接关系，因此可以加大电阻降低电流而仍保持同样的表面电荷4 当电源或充上电的电容器两端不连接成回路时，两个开路端连线上也存在电荷。但当一端接地时，接地端电荷即消失。5 电荷迭加原理保证了用电流产生的表面电荷，可以中和掉部分或全部感应电荷，从而起到减少或免除遭雷击的可能性。 用等离子体气层防止高电压放电的航天技术，和用电菏来调节卫星电位的航天技术，应用到地面成为新一代的避雷技术。这项航天避雷技术可以保护地面固定物体、地面移动物体、水面移动物体及空中移动物体，不遭雷击。从而保护物体内部的微电子设备免遭直接雷害。一、 电菏的控制作用球形卫星在太空

41、中的电容C用下式表示：C = 4r （1）其中是太空的介电常数，8.854x10-12法/米; r是球形卫星的半径。对直径为2米的卫星，用（1）式算得电容等于111pf。若要使卫星电位上到1万伏，只要使卫星充上1微库伦的电菏。收音机可以收到微安量级的小信号。用这样的小信号向卫星充电，充1秒钟就可使卫星电卫上到1万伏。这说明电菏对卫星电位的控制相当有效。利用卫星上的电子枪，向空间发射电子从而提升卫星电位是一项常用的卫星技术。这实际上就是把负电菏射离卫星，卫星失去了负电菏，而自身留下了正电菏，因此电位也就上升了。由上面的分析可知，用这一技术改变卫星电位的效率是很高的。上世纪60年代的一项空间技术是

42、靠包裹在卫星表面的人造等离子体气层可以使卫星表面不同电位均匀化，也可以使卫星表面电荷散发到空间，从而避免了卫星表面的高电压脉冲放电，保障了卫星内部微电子仪器的正常运行1。卫星表面电菏通过等离子气层导到空间去的效率也是很高的。卫星上的等离子体发生器用的是氙气。它的正离子是氙离子，负离子是电子。它们在电场作用下的运动速度很快，能很迅速地把卫星表面电菏传导到空间去。二、 航天避雷技术上述航天技术的思想、原理和装置可以用到地面上成为避雷技术。使物体不遭雷击。从而物体内部的微电子设备不遭直接雷害。可称之为航天避雷技术。雷击是空气中的电击穿3，电场强度是空气能否击穿的主要量度。因此雷击危险性大小用电场强度

43、的数值来表征4。起始于地面物体的上行先导或下行先导到达雷击高度后地面物体的上迎先导都是起始于那些电场强度最强，首先达到击穿空气的数值的物体表面。导体表面电场强度正比于导体表面的电荷面密度，因此表面电荷面密度也就能表征雷击危险性的大小。使导体表面电荷消失就使遭雷击的危险性降低，这是一种避雷的新思路。上述航天技术的思想看到了用电菏的效率很高。因此，这一航天避雷技术所要改变的电菏量是很小的。静电场中，导体表面电荷面密度与该处大气电场强度E成正比。比例系数即为大气介电常数，即E。 （2）在国际标准单位中，大气介电常数 8.887 X 1012 可见导体表面电荷面密度产生大气电场强度的本领相当强。例如1

44、0C/m2的电荷面密度就可产生106伏/米量级的大气电场强度，已接近击穿空气了。上述算例可以看到，地面固定物体如楼房，地面移动物体如车辆上的感应电菏并不多。楼房为 mC,或10mC 量级。车辆为 10C 量级。只要把这么一点电菏中和掉或除理了，就可避雷。可见航天避雷技术的效率很高。众所周知，大气电学中一个观测结果是大气电场与大气电导率成反比。在理论上，在不发生电子崩电离的情况下，可以用欧姆定律及电路上电流守恒定律来描述一般情况下的电流I与电场强度E的正比关系： ， （1）式中是电导率。在具有不同电导率的大气边界两侧，由于穿越边界的电流守恒，所以必然有 ， （2）式中E1和E2 代表垂直于边界面

45、的电场分量。把公式（2）所表明的反比的原理应用到雷击防避上，只要使被保护物周围的空气电导率增大几个数量级，那么被保护物周围的电场强度就小了几个数量级，再也不能达到击穿地面大气的电场强度值，也就可以使雷击不再能击到被保护物上，从而达到了避雷的目的。. 能保护地面、水面、空中的物体不遭雷击，使物体内部的微电子设备不受直接雷害；. 能使邻近落雷产生的电磁辐射不损坏物体内的设备，微电子设备不遭间接雷害；. 各种角度的研究都证明智能防雷技术的正确性；. 通过了各层次、各阶段的专家评审、鉴定、验收；. 被中国科学院列为首选金牌项目向全国推荐；. 全国工商联和高科技专家委员会评审通过向全国推荐；. 被北京市

46、发明大赛选为一等奖；. 获得国内防雷界的普遍赞赏，被誉为“防雷事业的曙光”。. 被联合国的国际专家组评选为中国唯一的特别金奖，. 获得联合国组织的国际专家组的一致赞赏，被誉为“对人类生存和保障的最佳发明”。 电荷避雷原理【作者】庄洪春 【来源】庄洪春中国科学院 空间科学与应用研究中心 电工研究所空间电学组摘要本文从实验、微观、宏观、及场的角度都证明了电廻路中导体表面上集聚的电荷与那里的电压有关。那里的电压是相对于电路中点的电位。中点的位置受到接地点位置的影响。可以用电流产生的这种电荷来对消雷电的感应电荷，从而成为一种避雷技术，叫做电荷避雷。关键词避雷，电荷密度，电流。一、 引 言卫星上于上世纪

47、七十年代初就已成熟地使用人造等离子体来防止高电压放电，这种技术用到地面就可以作为一种新避雷技术1，使被保护对象不挨雷击。这一避雷技术的根本思想是使被保护对象导电表面的感应电荷失效或消失。表面覆盖上等离子气层能使那里的感应电荷及时散发到空气中，不可能随着感应电荷的不断集聚而形成击穿大气的电场和电流，这就使感应电荷的引雷作用失效，因此该表面就不遭雷击，我们可称这种方法为“离子避雷” 。因大气中产生足够浓度的等离子体成本高、难度大，因此不可能用等离子体覆盖被保护对象的整个表面。为了使等离子体只覆盖尽可能少的面积，其它未被等离子体覆盖的表面要用另法使其感应电荷消失。用电流廻路中的导体表面上集聚的电荷来对消那里的感应电荷是一种行之有效的方法。去掉感应电荷就是避雷，我们称