CN101499626A - 不耗能的提前持久放电的防雷方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不耗能的提前持久放电的避雷方法及设备。通过受感金属球状体受感应而产生的与雷云电荷异号的感应电荷汇聚到底端并指向上空的金属放电针的顶端，该受感金属球状体受感应而产生的与雷云电荷同号的感应电荷则经防雷设备的接地金属体流入大地，实现防雷设备不耗能的静电感应过程；雷云电荷在地表上的电场强度增大时，汇聚到放电针顶端的感应电荷在针顶端附近的电场强度已超过击穿空气的电场强度而产生尖端放电实现不耗能的提前持久放电的防雷过程。防雷设备由金属放电针、受感金属球状体、接地金属体自上而下依次连接构成。本发明不但防雷效果较好，防雷半径较大，且设备结构简单，又牢固耐用，适用于常规各类建筑物的防雷。

Description

不耗能的提前持久放电的防雷方法及设备

技术领域

本发明涉及一种防雷方法及防雷设备，尤其是一种不耗能的提前持久放电的防雷方法及设备。

背景技术

防(避)雷的实质，是使空间电荷(包括雷云电荷、雷电电荷、雷云周围的电荷)与地电荷的中和过程发生在人为设置的防雷设备电路中。富兰克林早在1752年首先发明了避雷针(设备)，使下行雷电闪击至避雷针接闪器附近时被吸引到接闪器顶端，经避雷针及其接地电路导入大地，实现了避雷。这种避雷称为被动避雷，避雷设备结构较简单，不耗能，避雷效果不够理想。后来，匈牙利物理学家斯奈德发明了主动避雷的方法及其相应的避雷设备，这种避雷设备的接闪器有放射源，结构较复杂，消耗放射源的α射线的能量来实现长久的产生空气等离子的过程，而空气等离子密度达到一定程度时能够导电，可在较远处诱导下行雷电击往放电针，但是空气等离子很不稳定，会在较短的时间内复合成中性空气分子。其避雷效果较好。再后来，欧洲人发明了另一种主动避雷方法及其相应的避雷设备(例如法国的伊丽达、卫星防雷设备)，该设备的接闪器较复杂，内有因下行雷电将至而激发尖端放电的电路，不耗能(人工创造的能量)而依靠下行雷电的电场能可在雷电闪击到达前的数十微秒钟内受激触发产生尖端放电，生产出空气离子，可诱导下行雷电自较远的上空闪击至接闪器的放电针尖端，达到防雷效果。经对比可看出三种避雷各有不足之处，需要改进。

发明内容

本发明的目的是提供不耗能的提前持久放电的防(避)雷方法及以该方法为依据而制造的相应的结构简单的避雷设备，借助该设备即可在上空的雷云发生对地闪击之前就自动产生了不耗能的提前持久放电、向上空输送大量的与雷云主体电荷异号的空气离子，达到不耗能的提前持久放电的防雷效果。

本发明所采取的技术方案是：

①在雷云电荷电场中防雷设备的受感金属球状体受感应而产生的与雷云电荷异号的感应电荷汇聚到底端联接在其上表面并指向上空的防雷金属放电针的顶端，该受感金属球状体受感应而产生的与雷云电荷同号的感应电荷则经防雷设备的接地金属体流入大地，实现防雷设备不耗能的静电感应过程；

②雷云电荷在地表上的电场强度逐渐增大但未达到地闪雷击的临界电场强度时，汇聚到该防雷金属放电针顶端的感应电荷在针顶端附近的电场强度已超过击穿空气的电场强度而产生尖端放电，实现防雷设备不耗能的提前持久放电的防雷过程。

实现防雷设备不耗能的提前持久放电的防雷过程，就是使地电荷的定向移动自大地经该防雷设备的接地金属体、受感金属球状体、防雷金属放电针，最后从该放电针顶端的气体电路迁移往上空，同时，空间电荷反其道而行之。

本发明的防雷设备包括防雷金属放电针，其特征是：防雷金属放电针、受感金属球状体、接地金属体自上而下依次连接构成。

防雷金属放电针是底端联接受感金属球状体的上表面的金属棒状体，包括：带尖端的或不带尖端的金属棒状体、金属塔状体或金属锥状体，数量为1根至50根。

受感金属球状体包括实心或空心的受感金属球状体，其数量为1个至8个。

受感金属球状体的平均半径是防雷金属放电针顶端的平均半径的3至1000倍。

受感金属球状体的下表面联接有附属金属支持杆。

接地金属体是楼房钢筋结构体。

接地金属体是由楼顶的金属塔体与楼房钢筋结构体联接的共构体。

实现本防雷方法发明相应的基本的防雷设备(以下简称本防雷设备)，是具有由防雷金属放电针、受感金属球状体、接地金属体等三种部件自上而下依次连接而成的防雷设备，其为实现本发明的两个电学过程的载体。在雷云电荷电场中，利用静电感应这一自然规律，使受感金属球状体的上表面产生异号电荷，这些电荷在电场力作用下汇聚到底端联接着受感金属球状体上表面的指向上空的防雷金属放电针的顶端，随着雷云电荷的电场强度的不断增大，防雷金属放电针的顶端的积聚电荷也不断增多，此处附近的电场强度也不断增大，当此处附近的局部电场强度超过击穿空气的电场强度20～25千伏/厘米时，此处附近就开始产生持久的尖端放电；该尖端放电的电流由大地依次经过接地金属体、受感金属球状体，防雷金属放电针进入该放电针顶端的气体电路，气体电路的长度就是尖端放电时被击穿的空气长度，通过气体电路后的地电荷，在电场力和对流空气的推动力的共同作用下迁移往上空，同时，电性与地电荷相反的空间电荷则反其道而行之，即从气体电路依次经防雷金属放电针、受感金属球状体、接地金属体而进入大地；这一过程就是防雷设备不耗能的提前持久放电的防雷过程。在每一次发生雷云的过程中，在雷云电荷的电场强度未达到+300千伏/米或-500千伏/米之前，本发明的相应的防雷设备就自动提前产生数分钟以上乃至数小时以上的电流强度很小的尖端放电；这种尖端放电，是空间电荷与地电荷在人为设置的防雷设备的电路中发生，在其附近数十米半径的范围内就不会有雷击发生，从而达到了较好的防雷的目的。

本方法发明之所以不消耗任何人工创造的能源而能够在雷云发生地闪雷击之前就提前产生持久的放电，使地电荷与空间电荷中和而达到防雷的效果，是因为利用一系列的自然规律和借助于具有特定的电路结构的防雷设备来实现的。说明如下：(一)雷云是由积云逐渐发展形成的，其产生雷电的机理较复杂，在此不宜多述，但雷云的电荷电场强度在长达数小时仍至十小时以上的发展过程才能达到产生地闪雷击的临界电场强度，通常负雷击的临界击穿强度为-500千伏/米，而罕见的正雷击则为+300千伏/米。地面上的空气击穿电场强度(在1个标准大气压、25℃的气温中)是20～25千伏/厘米。(二)实现本方法发明的避雷设备，其最基本的结构特征是由防雷金属放电针、受感金属状球体、接地金属体自上而下依次连接。利用静电感应，使受感金属球状体的在雷云电场中受感应而在上表面产生与雷云电荷异号的感应电荷，而与雷云同号的电荷则从该球体经接地金属体流入大地深处；该球面上的感应电荷一方面互相排斥，另一方面又受雷云电荷的吸引，其结果必然汇集于防雷金属放电针的顶端，使此处的面电荷密度总是比周围任何地方的面电荷密度大数十倍乃至数千倍以上。由于雷云的电荷越来越多，其在地表上面的电场强度越来越大，该球体上表面上的感应电荷也越来越多，汇聚到该放电针顶端的感应电荷也越来越多。这样一来，放电针顶端的电荷在其顶端附近空间产生的电场强度就会在雷云电荷在地表面上的电场强度未达到正300千伏/米或负500千伏/米之前，就已超过地表上的空气击穿电场强度(20～25千伏/厘米)，产生尖端放电，使地电荷从大地经接地金属体、受感金属球状体、防雷金属放电针，最后从针端的被击穿的气体电路流往上空，同时，空间电荷反其道行之。这一系列的电学过程所消耗的能量是雷云电荷的电场能量。这一系列电学过程是利用静电感应、尖端放电、电荷同号相排斥，异号相吸引，正负电荷互相接触则中和等一系列电学现象规律和借助于上述的防雷设备的各个部件来实现的。

本防雷设备是依据本防雷方法发明的两个电学过程的共同实现来综合设计创造的，这两者之间存在着必然的唯一的因果关系，也存在着相辅相成的关系。因此，要实现本防雷方法发明，必须具有由防雷金属放电针、受感金属球状体、接地金属体等三个部件自上而下依次连接而成的防雷设备。

本防雷方法发明比现有的避(防)雷方法、比不能自动提前放电的防雷方法都较先进，不但防雷效果较好，防雷半径较大，而且本发明的防雷设备的结构简单，其组装、制造都很容易，又牢固耐用，还可以起到装饰和标志的作用。由于本防雷方法的防雷过程的防雷电流，相对通过富兰克林避雷针的雷电电流而言是微不足道的，故本发明的防雷设备不必设置设置传统的“接地极体”；由于本防雷方法相应的防雷设备的受感金属球状体本身没有可聚积感应电荷的棱角，故可充分保障底端联接于其上表面的防雷金属放电针的顶端聚积有足够多的感应电荷，由于受感金属球状体的平均半径是防雷金属放电针顶端的平均半径的3至1000倍，甚至更大，故防雷金属放电针的顶端都会在雷云电荷在地表面上产生的电场强度达到+30千伏/米和-50千伏/米时就可产生不能耗能的提前持久放电防雷过程。虽然本发明的不耗能的提前放电的平均电流比起雷电流来说是微不足道的，但是，一次闪电的时间只是一瞬间，只有数十微秒，比起本发明的不耗能的提前放电的长达数十分钟甚至数小时来说，闪电的时间是微不足道的。一场雷暴雨过程中，本发明的不耗能的提前放电向上空输送地电荷的数量，比一次强闪电的电荷总量多数倍。本发明的防雷设备适用于常规建筑物的防雷，也适用于易燃易爆物品的生产厂家和仓库的防雷，以及各种公共建筑物的防雷。

附图说明

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明防雷设备结构示意图。

图中各部份名称：1、防雷金属放电针，2、受感金属球状体，3、接地金属体，4、大地。

具体实施方式

本发明防雷设备的实施例结构为：由防雷金属放电针1、受感金属球状体2、接地金属体3三种部件自上而下依次连接而成。

一种制作过程为：将一根较长的金属棒贯穿过一个金属球状体并固定，接着，使该金属棒的凸出于球体下表面以下的那一部份(附属金属支持杆)与该楼房的钢筋结构体的上部进行联接，也可以先与金属塔体的上端进行联接，再将该塔体的底端与该楼房的钢筋结构体的上部进行联接。这样做就组装制造成了一套本发明的防雷设备：该金属棒突出于金属球体上表面的这一部份就成为防雷金属放电针1，对体积很大的受感金属球状体2的上表面联接的防雷金属放电针1可以有若干根，如刺猬状，但一般用1～50根为宜；该金属球体就成为受感金属球状体2，受感金属球状体可以1个，也可以多个串联，一般宜用1～8个。该楼房的钢筋结构体就成为接地金属体3。本发明的防雷设备的接闪器由防雷金属放电针与受感金属球状体联接而成。

本防雷设备的防雷过程是：在雷云电荷电场中，受感金属球状体2受雷云电荷感应而在其上表面产生异号电荷，在电场力的作用下汇聚到防雷金属放电针的顶端上面，当雷云电荷在地表面的电场强度增大到+30千伏/米或-50千伏/米时(远未达到+300千伏/米或-500千伏/米)，金属放电针的顶端的电荷在其附近的电场强度超过了击穿空气的电场强度(20～25千伏/厘米)，就产生了提前持久的尖端放电，实现了空间电荷与地电荷在人为设置的本防雷设备的电路上相互中和，即地电荷由大地经过接地金属体3、受感金属球状体2、防雷金属放电针1，继而由该放电针顶端的气体电路迁移往上空，而空间电荷则反其道而行之。本防雷设备的这种实施例就能共同实现了本防雷方法发明的两个电学过程。

Claims (9)

1、一种不耗能的提前持久放电的防雷方法，其特征是由以下的两个电学过程共同实现：

①在雷云电荷电场中防雷设备的受感金属球状体受感应而产生的与雷云电荷异号的感应电荷汇聚到底端联接在其上表面并指向上空的防雷金属放电针的顶端，该受感金属球状体受感应而产生的与雷云电荷同号的感应电荷则经防雷设备的接地金属体流入大地，实现防雷设备不耗能的静电感应过程；

②雷云电荷在地表上的电场强度逐渐增大但未达到地闪雷击的临界电场强度时，汇聚到该防雷金属放电针顶端的感应电荷在针顶端附近的电场强度已超过击穿空气的电场强度而产生尖端放电，实现防雷设备不耗能的提前持久放电的防雷过程。

2、根据权利要求1所述的不耗能的提前持久放电的防雷方法，其特征是：实现防雷设备不耗能的提前持久放电的防雷过程，就是使地电荷的定向移动自大地经该防雷设备的接地金属体、受感金属球状体、防雷金属放电针，最后从该放电针顶端的气体电路迁移往上空，同时，空间电荷反其道而行之。

3、一种防雷设备，包括防雷金属放电针，其特征是：防雷金属放电针(1)、受感金属球状体(2)、接地金属体(3)自上而下依次连接构成。

4、根据权利要求3所述的防雷设备，其特征是：防雷金属放电针(1)是底端联接受感金属球状体(2)的上表面的金属棒状体，包括：带尖端的或不带尖端的金属棒状体、金属塔状体或金属锥状体，数量为1根至50根。

5、根据权利要求3所述的防雷设备，其特征是：受感金属球状体(2)包括实心或空心金属球状体，其数量为1个至8个。

6、根据权利要求3所述的避雷设备，其特征是：受感金属球状体(2)的平均半径是防雷金属放电针(1)顶端的平均半径的3至1000倍。

7、根据权利要求3所述的避雷设备，其特征是：受感金属球状体(2)的下表面联接有附属金属支持杆。

8、根据权利要求3所述的防雷设备，其特征是：接地金属体(3)是楼房钢筋结构体。

9、根据权利要求3所述的防雷设备，其特征是：接地金属体(3)是由楼顶的金属塔体与楼房钢筋结构体联接的共构体。

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