雙向接地防雷裝置涉及雷電物理領(lǐng)域與電場磁場能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。涉及大氣物理、雷電跟蹤、雷電預(yù)警、雷電預(yù)測與動態(tài)防護等領(lǐng)域的綜合問題。
●動態(tài)雙向接地防雷裝置系統(tǒng)的電場磁場能量領(lǐng)域能量機制，裝置的外箱和內(nèi)芯由金屬構(gòu)成，在地磁場中被磁化而形成磁場。裝置磁場是鐵磁性受地磁場磁化而產(chǎn)生的附加磁場。它將引起周圍空間磁場分布的改變。
●地球是弱磁場，防雷器磁場在這個弱磁場中磁化，正處于起始磁化的可逆過程；其次，裝置磁場是具有一定形狀的鐵磁物體，由于去磁系數(shù)的影響，降低了物體的磁化率和磁導(dǎo)率。
●對于動態(tài)雙向接地防雷的磁場，通常將受地磁場磁化形成的防雷器總磁性分解為固定磁性和感應(yīng)磁性。在雷電形成的初期防雷器磁場產(chǎn)生變化,必須深入考慮感應(yīng)、渦流磁場產(chǎn)生的影響因素，建立準(zhǔn)確的載體感應(yīng)、渦流磁場模型，在此基礎(chǔ)上建立精度更高的干擾磁場補償模型。干擾磁場的小信號模型，避免了參數(shù)估計的誤差問題，將恒定磁場、感應(yīng)磁場和渦流磁場分開估計。
●動態(tài)雙向接地防雷裝置系統(tǒng)在雷電形成的初期會進行干預(yù)，盡可能降低區(qū)域內(nèi)地面物體尖端對雷云電荷的感應(yīng)電位和磁場強度，使區(qū)域內(nèi)物體的感應(yīng)電位和磁場強度沒有區(qū)域外的物體高，從而改變區(qū)域內(nèi)物體尖端被放電的條件，改變放電通道，達到防雷目的。
1. 裝置原理
雷電是由空中的雷云對地面的建筑物及大地的自然放電現(xiàn)象，并由此伴隨而產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)或機械力等一系列的破壞作用?？罩械睦自葡聦油ǔж撾姾?，在運動過程中因靜電感應(yīng)，會感應(yīng)大地表層的正電荷不斷的累積，并向高處、尖端聚集（例如高建筑、樹木、避雷針等）。這樣雷云與大地之間形成了一個大的電容器，隨著地面上某高位置目標(biāo)尖端的電荷能量聚集得越高，電場的強度不斷增強，最終擊穿空氣，形成了雷云對該目標(biāo)的放電現(xiàn)象，這就是雷電的形成。
●動態(tài)雙向接地防雷裝置及系統(tǒng)是一種主動式的防雷裝置，通過對接地系統(tǒng)的改造或裝置的安裝，達到降低被保護目標(biāo)/區(qū)域引雷概率的目標(biāo)，避免雷擊落點在保護區(qū)域。
●區(qū)別于傳統(tǒng)的引雷釋放能量的方式，由一個或多個動態(tài)雙向接地防雷裝置構(gòu)成的動態(tài)雙向接地防雷系統(tǒng)，在雷電形成的初期進行干預(yù)，盡可能降低區(qū)域內(nèi)物體尖端對雷云電荷的感應(yīng)電位，使區(qū)域內(nèi)物體的感應(yīng)電位沒有區(qū)域外的物體高，從而改變區(qū)域內(nèi)物體尖端被放電的條件，改變優(yōu)先放電通道或落點，達到防雷目的。
●通常情況雷云下層聚集負電荷，大地感應(yīng)產(chǎn)生正電荷。當(dāng)雷云電荷聚集到一定程度，雷云對大地可視為一個場強極大的平板電容。大地正電荷通過避雷針桿到達針尖，與雷云造成強烈的電位差，對地的下行先導(dǎo)放電便開始發(fā)展。
●在雷擊發(fā)生之前，動態(tài)雙向接地防雷裝置將地面因空中雷云感應(yīng)而生成并聚集的電荷吸收、中和、釋放，降低與帶電云極性相反的導(dǎo)體表面電荷密度和場強，破壞雷電生成的條件（改變落雷點的隨機因素之一），對區(qū)域內(nèi)形成保護。根據(jù)實時雷電探測的電荷主動中和系統(tǒng)，為動態(tài)雙向接地防雷裝置的核心部分。
雙向接地防雷裝置基本原理圖
2. 裝置簡介
通過具有雙向時變功能的自適應(yīng)有源接地裝置與傳統(tǒng)防雷接閃器的配合，在雷擊發(fā)生之前，減少并驅(qū)散傳統(tǒng)接閃器因雷云感應(yīng)而生成并聚集的電荷，降低地面被保護目標(biāo)與帶電云之間的電場畸變及強度差，破壞雷擊的初始生成條件，從而對目標(biāo)區(qū)域形成保護。
●雷擊原理：通常在雷擊發(fā)生之前，當(dāng)帶電云層移動接近地面或地表物體或建筑時，靜電感應(yīng)原理將使地面或地表物體產(chǎn)生異性電荷。當(dāng)雷云電荷積聚所形成的大氣場強達到可以擊穿空氣的閥值并滿足放電通路初始條件時，將隨機與地面物體相互作用，從而形成一次或多次云對地閃電。
●傳統(tǒng)避雷針的原理：傳統(tǒng)避雷針的原理即是為了讓云對地放電形成的雷電流能夠按照既定通路，迅速將雷電能量安全輸送泄放到地下，并通過有效接地，控制該輸送過程中產(chǎn)生的電磁感應(yīng)及次生破壞性能量，從而達到保護地面目標(biāo)的作用。傳統(tǒng)接地裝置原理簡單，即以盡量小的接地電阻迅速泄放電流能量。這種傳統(tǒng)靜態(tài)接地與先期雷擊形成并無直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，亦即原理上對將要發(fā)生的雷電并無主動防止作用。
●雙向接地防雷裝置解決方案：動態(tài)防雷自適應(yīng)雙向時變有源接地裝置（簡稱雙向接地防雷裝置），通過雷電探測系統(tǒng)給出的實時雷電跟蹤信息，提前控制觸發(fā)區(qū)域內(nèi)的雙向接地裝置，通過自適應(yīng)時變調(diào)節(jié)，主動中和或驅(qū)散接閃器頂部感應(yīng)聚集的電荷，盡可能降低保護目標(biāo)與帶電云之間的電場畸變及強度差，從而達到破壞雷擊初始生成條件、大幅降低被雷擊概率的目的。當(dāng)多個裝置組合并集成配套軟硬件，則稱之為動態(tài)防雷自適應(yīng)雙向時變接地系統(tǒng)。
●該接地裝置或集成系統(tǒng)是傳統(tǒng)防雷系統(tǒng)的補充與加強，減少雷擊概率的同時不影響傳統(tǒng)避雷裝置的常規(guī)保護功能，具有成本低、易維護、可監(jiān)測，靈活可控、安全可靠的特點。
