技术资料 Technology
与多针消雷器不同,CMCE是吸收电荷,而非释放电荷。
SERTEC CMCE采用无源技术,基于多年的设计经验和新材料,利用大气电场作为驱动力,即便在晴天大气电场100v/m的时候都可以源源不断的吸收大气和大地的电荷,并且中和成无害的mA级电流。Storm 7监测系统可以实时监测CMCE的中和电流大小。晴天时产生的电流达10mA以上,阴天或者雨天可以产生几十mA,雷暴天气时可以达到上百mA甚至A级,它根据是大气电场的大小而实时调整工作效率,从而完美的达到消除闪电的目的。
3.CMCE为什么能消除闪电
因为吸收的电荷足够的多,而且时动态调整。
晴天:下图展示了晴天CMCE中和电流的过程,电流随着大气电场的变化而变化。最高15mA,以15mA为例,计算每秒钟CMCE吸收电荷的数量。
I=Q/t
I=15×10−3A,t=1s代入Q=It可得:
Q=It=15×10−3A×1s=15×10−3C
基本电荷是一个电子或一个质子所带的电荷量,用符号e表示,其大小为e=1.6×10−19C
1s内CMCE可以吸收的电荷数量是:n=15×10−3C/1.6×10−19C=9.375×1016

2024年9月17日晚上,香港海洋公园上空有雷暴云持续存在 了2个小时,监测到的中和电流如下。
监测香港海洋公园CMCE 120的泄漏电流表明,在晴天时,电流在10mA左右,在雷雨天气时达到最高76mA持续了2个小时左右,中和电荷量达到了:0.076×2×60×60=547.2C。查看当天的闪电定位资料发现,当段时间发生的闪电均为云闪,没有发生地闪,证明CMCE的高效性和有效性。

针对论文中提到的要达到消雷的目的,每秒必须产生670mA的电流,这对于CMCE来说,可以轻松的达到。下图展示在南非的一个CMCE中,监测到了持续2A的中和电流,并在某时间段监测到6A电流和5A的中和电流。以6A计算,1s 可以中和Q=It=6C的电量,一个中等雷暴云携带的60-80C,10s就可以全部中和掉,而一个20C电量的带电雷云也不需要30s中和,而是3s内就可以中和掉。而闪电是有电场击穿阈值的,因次实际幷不需要中和掉全部电荷,因次,在闪电发生前,CMCE可以快速消除闪电。

4.CMCE的其它优势
CMCE并不依赖特定的强电场,而是自适应电场,其中和电流随着大气电场的变化而变化,并且在晴天大气电场80-100v/m时就可以产生10mA左右的电流,这是多针消雷器永远无法企及的。
另外,CMCE不受风速影响,也不受雷云移动影响,它只探测保护范围内的电场,并根据电场的变化动态调整吸收电荷的效率。因此CMCE可以用在移动物体上,比如船舶,移动战车,风力发电机等。
提供24小时保护,CMCE的工作不依赖于强电场,因此从安装后开始便提供24小时不间断中和周围大气电荷,提供持续保护。
CMCE采用纯机械结构,具有寿命长,稳定性好的特点,寿命达到10以上。
CMCE通过多个认证,凸显了在全球市场的认可。

五. CMCE在风力发电机上的应用
1. 风力发电机遭受雷击的根本原因
⻛能已成为全球最重要的可再⽣能源之⼀。然⽽,⻛⼒涡轮机⾯临着多重挑战,其中最关键的挑战之⼀就是雷击。由于海拔较⾼且位于开阔地带,⻛⼒涡轮机经常遭受雷击,这对其运⾏、维护成本和安全性造成重⼤影响。
现代⻛⼒涡轮机叶⽚是由复合材料制成的⼤型空⼼结构,例如玻璃纤维增 强塑料 (FRP)、⽊材、层压⽊材和碳纤维增强塑料 (CFRP)。非金属叶片旋转与空气摩擦产生的电荷无法泄放到大地,导致叶片积累的电荷越来越多,极易在叶片表面形成沿面放电现象,在雷暴天气的强电场下,大地感应的电荷更容易通过引下线转移到叶尖,加强了叶尖的电场强度,从而更加容易引发闪掉或者形成上行先导,对叶片造成致命损坏。
而叶片材料采用金属时,也更加容易遭受雷击,这是因为在强电场下更加容易感应出电荷,与叶片与空气摩擦产生的电荷叠加,增强了叶片上的电场强度,从而更容易引发闪电。
2. 雷电对⻛⼒发电机的影响
由于⻛⼒涡轮机叶⽚的⾼度和暴露位置,整个叶⽚结构在其整个使⽤寿命期间将多次受到强电场的影响。这些强静态和瞬态电场是由雷云产⽣的,并以电的⽅式施加到叶⽚结构上。
电晕效应是⼀种电现象,当叶⽚表⾯的电场强度⾜以使周围空⽓电离,从⽽产⽣闪光放电和电磁噪声 时,就会发⽣这种现象。在⻛⼒涡轮机中,叶⽚的⾼转速和恶 劣的天⽓条件会加剧这种电晕效应是指当叶⽚表面电场强度达到⾜以使周围空⽓电离时,产⽣的闪络放电及电磁噪声现象。在⻛⼒发电机中,叶⽚⾼速旋转与恶劣⽓象条件会加剧该效应。
电晕效应对⻛⼒发电机的影响主要体现在三个层⾯:
1. 叶片劣化 :持续放电会破坏防护涂层,导致叶片表面出现电蚀损伤
2. 雷击风险提升 :电晕放电产生的电离点可能成为引雷通道,增加结构遭雷击概率
3. 电磁干扰 :可能影响机组数据传输及电子传感器工作性能
3. CMEC在风力发电机中的应用
安装在风力发电机内部的CMCE可以实时吸收叶片旋转摩擦空气产生的电荷,而装在外部的CMCE可以吸收轮毂附近及机舱附近的感应电荷,从而保证风力发电机内外部的电场均衡且低,防止发生空气击穿。
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