CN101098072A - 避雷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明通过具有中空部的上部电极体(2)、同样具有中空部并且电连接到大地(E)的下部电极体(3)、和被上部电极体(2)与下部电极体(3)夹持的环状绝缘体(4)构成避雷装置(A)。在雷云接近避雷极部件时，下部电极体具有与分布在雷云中的电荷相反的电荷，上部电极体为了发挥将与下部电极体的电位差消除的作用，上部电极体从周边的大气中收集与下部电极体的电荷相反的电荷，因而，能够防止分布在雷云中的电荷饱和那样的情况，因而，能够避免落雷的发生。
Description
技术领域
本发明涉及用来保护设备机器等不受雷害的避雷装置，特别涉及用来避免设备机器等周边的落雷的避雷装置。
背景技术
如果在大气中雷云产生并扩大，则从雷云的云底朝向大地发生先导放电(先导闪电)，如果该先导放电发展，则从地表侧，具有与先导放电的电荷相反的电荷的流光(streamer)放电上升。并且，如果先导放电与流光放电结合，则在大地与雷云之间形成放电路径，通过该放电路径，在雷云与大地之间流过大电流。该现象是落雷现象。
以往的避雷装置构成为，通过配置在比包括建筑物的设备机器等被保护对象物高的位置上的避雷突针接受落雷，将大电流吸收到大地中，构成为，通过避雷突针接受落雷，以使得在被保护对象物上不会发生落雷。
作为一例，在专利文献1中公开了通过配置在比被保护对象物高的位置上的避雷突针接受落雷、来保护被保护对象物的避雷装置。
专利文献1：特开平10-261495号公报
通过配置在比被保护对象物高的位置上的避雷突针接受落雷、吸收因雷云与大地间的绝缘破坏而产生的落雷的以往的避雷装置能够避免向被保护对象物的直击雷，但消除落雷本身是很困难的。
此外，在以往的利用避雷突针的避雷装置中，在通过作为避雷突针的设置中的设计方法的角度法的计算中，被保护对象物的保护并不一定充分，所以新采取旋转球体法，但如果通过作为该新的设计方法的旋转球体法再计算则与通过角度法计算的情况相比，也有需要在10m以上更高的位置处设置避雷突针的设计例，因而，有避雷装置的建设费用变高的问题。
进而，在将落雷吸收到大地中时，大地电位上升变为高电位，具有给被保护对象物带来不良影响的可能性。因此，需要使大地接地电阻成为低电阻值，因而具有避雷装置的接地费用变高的问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述以往的避雷装置所具有的课题。
本发明为了实现上述的目的，第一，避雷装置包括具有中空部的上部电极体、同样具有中空部并且电连接到大地的下部电极体、和被上部电极体与下部电极体夹持的环状绝缘体，第二，在上部电极体的顶部中央部形成有上部凸部，并且在下部电极体的底部中央部形成有下部凸部。
本发明由于具有上述的结构，所以能够发挥以下所述的效果。
避雷装置包括具有中空部的上部电极体、同样具有中空部并且电连接到大地的下部电极体、和被上部电极体与下部电极体夹持的环状绝缘体，由此，在雷云接近避雷极部件时，下部电极体具有与分布在雷云中的电荷相反的电荷，上部电极体为了发挥将与下部电极体的电位差消除的作用，上部电极体从周边的大气中收集与下部电极体的电荷相反的电荷，因而，能够防止分布在雷云中的电荷饱和那样的情况，因而，能够避免落雷的发生。
由于在上部电极体的顶部中央部形成有上部凸部，在下部电极体的底部中央部形成有下部凸部，所以能够可靠且迅速地开始上部电极体与下部电极体之间的电荷移动。
附图说明
图1是本发明的避雷装置的垂直剖视图。
图2是本发明的避雷装置的分解立体图。
图3是安装在支承部件上的状态的本发明的避雷装置的主视图。
图4是包括部分截面的图3的局部放大主视图。
图5是雷云与安装在支承部件上的状态的本发明的避雷装置的主视图。
图6是安装在支承部件上的状态的本发明的另一实施例的避雷装置的主视图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行说明，但只要不超出本发明的主旨，并不限于任何实施例。
1是避雷极部件，避雷极部件1由上部电极体2、下部电极体3和环状绝缘体4构成。上部电极体2与下部电极体3是金属制成的，并且至少具有中空部，在本实施例中，上部电极体2与下部电极体3形成为内部为空洞的碗状体。此外，在上部电极体2的顶部中心部，形成有半球体状的上部凸部2a，并且，在下部电极体3的底部中心部，形成有半球体状的下部凸部3a。
上部电极体2的周状端部2b形成得比其他部分壁厚，在周状端部2b上，沿着周向以既定的间隔形成有多个螺纹孔2c。同样，下部电极体3的周状端部3b形成得比其他部分壁厚，在周状端部3b上，沿着周向以既定的间隔穿设有多个螺栓插通孔3c。
环状绝缘体4例如由耐风化性良好、并且强度也良好的甲基丙烯酸酯树脂或环氧(エボキシ)树脂等合成树脂、或者瓷器等形成，形成为具有既定的厚度的高绝缘性的环状体。在中央区域穿设有贯通孔4a的环状绝缘体4构成为，由上部电极体2的周状端部2b和下部电极体3的周状端部3b夹持，环状绝缘体4构成为，在环状绝缘体4被上部电极体2的周状端部2b和下部电极体3的周状端部3b夹持时，环状绝缘体4的外周部4b位于上部电极体2及下部电极体3的外侧。
在环状绝缘体4的外周部4b上，沿着周向以既定的间隔穿设有多个螺栓插通孔4c，此外，在环状绝缘体4的外周部4b上，以既定的间隔形成有多个从环状绝缘体4的下表面4’朝向环状绝缘体4的上表面4”、并且具有不达到环状绝缘体4的上表面4”的深度的螺纹孔4d。
Pa是具有与上部电极体2的周状端部2b大致相同外径的上部环状衬垫，上部环状衬垫Pa的内径形成为与环状绝缘体4的贯通孔4a相同、或者比其大的直径。此外，在上部环状衬垫Pa上，对应于形成在上部电极体2的周状端部2b上的螺纹孔2c而穿设有螺栓插通孔p1。
Pb是与上述的上部环状衬垫Pa同样的下部衬垫，下部衬垫Pb具有与下部电极体3的周状端部3b大致相同的外径，下部环状衬垫Pb的内径形成为与环状绝缘体4的贯通孔4a相同、或者比其大的直径。此外，在下部环状衬垫Pb上，对应于穿设在下部电极体3的周状端部3b上的螺栓插通孔3c而穿设有螺栓插通孔p2。
在通过上部电极体2与下部电极体3分别经由上部环状衬垫Pa与下部衬垫Pb夹持环状绝缘体4以使上部电极体2的周状端部2b与下部电极体3的周状端部3b对置时，穿设在环状绝缘体4的外周部4b上的螺栓插通孔4c、穿设在上部环状衬垫Pa上的螺栓插通孔p1及形成在上部电极体2的周状端部2b上的螺纹孔2c在上下方向上以直线状一致，并且形成在环状绝缘体4的外周部4b上的螺纹孔4d、穿设在下部环状衬垫Pb上的螺栓插通孔p2及形成在下部电极体3的周状端部3b上的螺栓插通孔3c在上下方向上以直线状一致。并且构成为，沿上下方向以直线状一致而配置的穿设在环状绝缘体4的外周部4b上的螺栓插通孔4c和形成在上部电极体2的周状端部2b上的螺纹孔2c、与沿上下方向以直线状一致而配置的形成在环状绝缘体4的外周部4b上的螺纹孔4d和形成在下部电极体3的周状端部3b上的螺栓插通孔3c在周向上错开而配置。此外，在下部电极体3上形成有垂直的螺纹孔3d，使其从半球体状的下部凸部3a位于的下部电极体3的中央下表面朝向上方并且不贯通下部凸部3a。
在环状绝缘体4的上表面4”上配置上部环状衬垫Pa，接着经由上部环状衬垫Pa，在环状绝缘体4的上表面4”上配置上部电极体2的周状端部2b，同样，在环状绝缘体4的下表面4’上配置下部环状衬垫Pb，接着经由下部环状衬垫Pb，在环状绝缘体4的下表面4’上配置下部电极体3的周状端部3b，由此，通过上部电极体2与下部电极体3夹持环状绝缘体4，以使上部电极体2的周状端部2b与下部电极体3的周状端部3b对置。然后，从环状绝缘体4的下方将螺栓B插通到沿上下方向以直线状一致的状态的穿设于环状绝缘体4的外周部4b上的螺栓插通孔4c、穿设于上部环状衬垫Pa上的螺栓插通孔p1及形成在上部电极体2的周状端部2b上的螺纹孔2c中，并且通过使形成在螺栓B的前端部上的螺纹部b1拧合到形成于上部电极体2的周状端部2b上的螺纹孔2c中，将环状绝缘体4经由上部环状衬垫Pa安装到上部电极体2上。同样，从下部电极体3的下方将螺栓B插通到沿上下方向以直线状一致的状态的形成于下部电极体3的周状端部3b上的螺栓插通孔3c、穿设于下部环状衬垫Pb上的螺栓插通孔p2及形成在环状绝缘体4的外周部4b上的螺纹孔4d中，并且通过使形成在螺栓B的前端部上的螺纹部b1拧合到形成在环状绝缘体4的外周部4b上的螺纹孔4d中，将下部电极体3经由下部环状衬垫Pb安装到绝缘体4上。这样，组装成通过上部电极体2和下部电极体3经由上部环状衬垫Pa及下部环状衬垫Pb夹持环状绝缘体4的避雷极部件1。构成避雷极部件1的上部电极体2的形成于顶部中央部的半球体状的上部凸部2a与下部电极体3的形成于底部中央部的半球体状的下部凸部3a沿上下方向对置地配置。另外，上部环状衬垫Pa及下部环状衬垫Pb可以适当地省略。
形成在环状绝缘体4上的螺纹孔4d形成为不达到环状绝缘体4的上表面4”的深度，所以不会发生下述情况，即，从下方插通到形成于下部电极体3的周状端部3b上的螺栓插通孔3c中、且拧合在形成于环状绝缘体4的外周部4b上的螺纹孔4d中的螺栓B贯通环状绝缘体4，螺栓B的前端抵接在上部电极体2的周状端部2b上，上部电极体2与下部电极体3经由螺栓B而电导通。
5是在周围刻设有螺纹的由金属等导电材料构成的长条支承螺栓。6是大致圆柱状的台座，在台座6的上表面上形成有载置凹部6a，使其与下部电极体3的下表面中央部面接触，此外，在台座6的中心部穿设有长条支承螺栓5能够插通的插通孔6b，并且在台座6的下部形成有嵌合凹部6c。
7是由合成树脂或金属形成的圆筒状的保护筒，8是由圆周壁8a和顶部8b构成的保持体，通过在顶部8b的上部角部形成阶梯部8c，在顶部8b的上端部上形成保护筒7的下端部能够嵌合的圆柱凸部8d，进而，在顶部8b的中央部上，穿设有长条支承螺栓5能够插通的插通孔8e。
接着，对避雷极部件1向长条支承螺栓5的安装进行说明，所述避雷极部件1由上部电极体2、下部电极体3及经由上部环状衬垫Pa和下部环状衬垫Pb、被上部电极体2与下部电极体3夹持的环状绝缘体4构成。
首先，最初在构成避雷极部件1的下部电极体3的下表面中央部配置台座6，使下部电极体3的下表面中央部与台座6的载置凹部6a面接触。接着，将长条支承螺栓5的上端部插通到台座6的插通孔6b中，并且将长条支承螺栓5的上端部拧合在形成于下部电极体3上的垂直的螺纹孔3d中，然后，经由垫圈W将螺母N拧合到长条支承螺栓5上，并且经由垫圈W将螺母N紧固以使其从下方抵接在台座6上，由此，将避雷极部件1安装到长条支承螺栓5的上端部上。
接着，将保护筒7包围长条支承螺栓5而配置，并且使保护筒7的上端部嵌合在台座6的嵌合凹部6c中，然后，将长条支承螺栓5的下端部插通在穿设于保持体8的顶部8b上的插通孔8e中，将保护筒7的下端部嵌合在保持体8的圆柱凸部8d上。接着，从长条支承螺栓5的下端使螺母N拧合，使螺母N位于保持体8的圆周壁8a内、并且抵接在顶部8b上，由此，形成由避雷极部件1、台座6、长条支承螺栓5、保持体8等构成的避雷装置A。另外，长条支承螺栓5的下端部从保持体8露出既定的长度，此外，也可以在螺母N与保持体8的顶部8b之间夹设垫圈。构成为，通过包围长条支承螺栓5而配置保护筒7，使长条支承螺栓5不会生锈。
接着，对避雷装置A向铁塔或铁柱等支承部件T的安装进行说明。另外，支承部件T直接建立在大地E上，或者建立在建筑物之上。在本实施例中，表示铁塔或铁柱等支承部件T建立在埋设于大地E中的基座F上的例子。
在支承部件T的上部，经由适当的安装件9而安装有天线等被保护对象物10。在支承部件T的上端部上安装有绝缘瓷瓶等高绝缘性的绝缘体11A，在绝缘体11A的上端部安装有由金属等导电材料构成的凸缘12，在凸缘12的上表面上，通过螺栓、螺母等适当的连接件安装有在中央穿设有螺纹孔13a的由金属等导电材料构成的连结凸缘13。并且，通过使构成上述避雷装置A的长条支承螺栓5的下端部拧合在连结凸缘13的螺纹孔13a中，将避雷装置A经由绝缘体11A安装到支承部件T上。
14是由绝缘包覆线缆构成的引下线，引下线14的上端部连接在连结凸缘13上，此外，引下线14的下端部连结在设于大地E中的接地极体15上。另外，16是用来将引下线14固定在支承部件T上的连结带。
接着，对经由绝缘瓷瓶等绝缘体11A安装在支承部件T上的避雷装置A的动作进行说明。
如果大气中的成熟的雷云Ct接近安装在被保护对象物10的上部的避雷装置A，则被分布在雷云Ct的云底上的电荷(由于大多为负电荷，所以以负电荷进行说明)吸引，在大地E的表面上，分布有与分布在雷云Ct的云底上的负电荷相反的电荷、即正电荷。并且，如果分布在大地E的表面上的正电荷达到饱和水平，则与雷云Ct的电荷相反的电荷、即正电荷经由设置在大地E中的接地极体15及引下线14集中到构成与大地E等电位的避雷极部件1的下部电极体3上。于是，经由环状绝缘体4安装在下部电极体3上的上部电极体2为了起到将与下部电极体3的电位差消除的作用而从周边的大气中收集与下部电极体3的正电荷相反的负电荷，因而，分布在雷云Ct中的负电荷不会饱和，能够避免落雷的发生。此外，集中在上部电极体2中的负电荷与下部电极体3的正电荷经由环状绝缘体4及其周边的大气被中和。
如上所述，下部电极体3保有与雷云Ct的电荷相反的电荷(与大地相同的电荷)，此外，上部电极体2为了将与下部电极体3的电位差消除而从周边的大气中收集与下部电极体3的电荷相反的电荷，大气不会达到引起落雷的条件，因而，能够避免落雷的发生。进而，也能够避免大地电位的上升，因而，在被保护对象物10上不会产生大地电位的高电压，所以也不会发生绝缘破坏。
通过将设置于大地E中的接地极体15进行俯视观察时包围被保护对象物10而配置的环状接地或网状接地，下部电极体3经由引下线14得到来自接地极体15的大地E的电荷(与雷云Ct的电荷相反的电荷)，此外，上部电极体2活跃地活动，从周边的大气中得到与下部电极体3保有的电荷相反的电荷，以将与下部电极体3的电位差消除，结果能够进一步避免落雷。
进而，详细地说明雷云Ct与避雷装置A的动作状态。
如果产生雷云Ct并接近避雷装置A，则在大地E的表面上带有与分布在雷云Ct的云底上的电荷(由于大多为负电荷，所以以负电荷进行说明)相反的电荷、即正电荷。并且，如果分布在大地E的表面上的正电荷达到饱和水平，则与雷云Ct的电荷相反的电荷、即正电荷经由设置在大地E中的接地极体15及引下线14集中到构成与大地E等电位的避雷极部件1的下部电极体3上。另一方面，上部电极体2为了消除与下部电极体3的电位差而从周边的大气中收集与下部电极体3的正电荷相反的负电荷。
上部电极体2的负电荷与下部电极体3的正电荷通过穿设于环状绝缘体4上的贯通孔4a，在上部电极体2的上部凸部2a与下部电极体3的下部凸部3a之间开始正电荷与负电荷的电荷移动，然后，电荷移动逐渐扩展到上部电极体2与下部电极体3的整体，电荷彼此活跃地活动，并且经由环状绝缘体4发生电荷的移动。进而，如果雷云Ct进一步接近避雷装置A，则电荷水平(level)更活跃地活动，流过小电流，并且上部电极体2从避雷极部件1的周边的大气中活跃地收集负电荷，消除避雷极部件1的周边的大气中的负电荷的饱和，从而避免落雷的发生。这样，由于在上部电极体2的顶部中央部形成有上部凸部2a、并且在下部电极体3的底部中央部形成有下部凸部3a，所以能够可靠且迅速地开始上部电极体2与下部电极体3之间的电荷移动。
构成避雷极部件1的上部电极体2与下部电极体3内的经由环状绝缘体4的电荷移动现象在雷云Ct接近时开始、随着进一步接近而活跃化，随着雷云Ct远离而活动减弱，连续地发生直到雷云离去。
根据现场试验，使形成为碗状体的上部电极体2及下部电极体3的各自的外径为半径50mm、使环状绝缘体4的板厚为20mm，再选择预先周知的落雷特别多的地域，将上述的避雷装置A设置在支承部件T上，结果，在设置场所的半径200m的范围内没有发生落雷。此外，测量避雷极部件1内的电荷水平移动，结果最大达到了300mA。
如上述那样，由于能够避免落雷，所以能够避免起因于落雷的大电流带来的大地电压的上升，因而能够保护被保护对象物不受高电压损害。
此外，由于具有使用避雷突针的角度法及旋转球体法带来的保护范围，所以不需要设置在更高处，只要将避雷装置A设置在比被保护对象物10高的位置上就可以，因而，能够降低铁塔或铁柱等支承部件T的建立费用。
进而，通过设置具有上述那样的结构的避雷装置A，落雷的保护范围成为大范围，周边也受到保护范围的恩惠。
在上述实施例中，表示了将构成避雷极部件1的上部电极体2和下部电极体3形成为将内部为空洞的球体对开的碗状体的例子，但并不限于碗状体，也可以是将内部为空洞的长方体对开的箱体那样的构造。
此外，也可以通过使上部电极体2与下部电极体3大型化、并且将环状绝缘体4做大做厚，来增大电荷C水平的收集能力。
接着，利用图6对本发明的另一实施例进行说明。
该实施例是代替安装在支承部件T的上端部上的绝缘瓷瓶等高绝缘性的绝缘体11A而配置有金属制支承体11B的结构，在金属制支承体11B上安装有上述的由导电材料构成的凸缘12。连结凸缘13向凸缘12的安装及避雷极部件1向连结凸缘13的安装由于与上述的实施例相同，所以省略其说明。
如上所述，通过代替绝缘体11A而配置金属制支承体11B，建立在埋设于大地E中的基座F上的支承部件T与大地E电连接，因而，构成避雷极部件1的下部电极体3也与大地E电连接。这样，在代替绝缘体11A而配置金属制支承体11B的情况下，构成避雷极部件1的下部电极体3与大地E电连接，所以能够省略上述实施例中的引下线14及接地极体15。
本发明通过将避雷装置A用具有中空部的上部电极体2、同样具有中空部并电连接到大地E的下部电极体3、和被上部电极体2与下部电极体3夹持的环状绝缘体4构成，在雷云Ct接近避雷极部件1时，上部电极体2从周边的大气中收集与下部电极体3的电荷相反的电荷，来避免落雷的发生，为此，如上所述，下部电极体3需要电连接到大地E。
作为用来将下部电极体3电连接到大地E的手段，如上所述，在使用绝缘体11A的情况下，需要设置引下线14及接地电极15，此外，在代替绝缘体11A而使用金属制支承体11B的情况下，可以将引下线14及接地电极15省略。因而，如果考虑避雷装置A的构造的简洁化、低成本化、维护的容易度等，则代替绝缘体11A而使用金属制支承体11B的实施例是优选的。
另外，在上述实施例中，表示了上部电极体2和下部电极体3形成为内部为空洞的碗状体的例子，但只要是上部电极体2与下部电极体3至少具有中空部、上部电极体2的中空部与下部电极体3的中空部隔着环状绝缘体4对置地配置、并且上部电极体2的中空部与下部电极体3的中空部通过环状绝缘体4的贯通孔4a连通就可以，上部电极体2与下部电极体3的形状并不限于碗状体。
上部电极体2的形状优选为没有缘部及角部的碗状体。这是因为，通过这样将上部电极体2做成碗状体，在用来防止落雷的上部电极体2上没有缘部及角部，所以不易发生落雷。另一方面，下部电极体3本来不易成为落雷点，所以只要具有中空部即可，也可以是例如圆筒状或方筒状。
Claims (2)
1、一种避雷装置，其特征在于，包括具有中空部的上部电极体、同样具有中空部并且电连接到大地的下部电极体、和被上部电极体与下部电极体夹持的环状绝缘体。
2、如权利要求1所述的避雷装置，其特征在于，在上部电极体的顶部中央部形成有上部凸部，并且在下部电极体的底部中央部形成有下部凸部。
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