CN102354910B - 感应型避雷针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应型避雷针，其包括处于顶部的金属接闪体和处于底部的金属构件，金属接闪体与金属构件之间采用绝缘支架连接。本发明克服等离子消雷器和雷云排斥、不消耗雷云雷击能量的缺点，减少绕击的安全隐患，扩大保护范围，保护可靠性高；利用空气间隙感应或击穿电弧消耗强大的电势能，降低大功率雷电能量消耗体组件上消耗的雷电作用能量；大功率能量消耗组件增加了避雷针系统的泄放途径的电阻，使避雷针不会发生大电流雷云击闪的情况，消除保护范围内直接雷击可能；本发明外侧设置绝缘支架组件，提高使用的安全性。

Description

感应型避雷针

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于对设备、人、建筑物体、空旷环境等场合对直接雷击进行保护的一种新型避雷针。

背景技术

直接雷击的危害是一直伴随人类的进化过程之中，雷击引起的森林火灾、雷击死人是人们对雷电的最原始认识，人们对雷电危害的认识和了解有一个很长的过程，其保护方法也产生于这个过程中，并在这个过程不断得到改进和提高。

富兰克林认为：“如果将一根金属棒安置在建筑物顶部，并且以金属细线连接到地面，那么所有接近建筑物的闪电都会被引导至地面，而不至于损坏建筑物。”富兰克林发明避雷针防雷的方法是一种导雷入地的方法。现代的全金属针尖式避雷针就是利用了富兰克林的尖端放电的原理，但引用这个原理的防雷方法，直接雷击总是伴随雷雨天气而光临，这种方法对现代复杂的电子信息系统，其保护的效果很多是弊大于利，对人员集中的高山、开阔地场合根本不能用于对人的保护。

消雷作为一种理想的防雷保护措施，在10年前的一段时间里被大量的推广，以法国爱劳公司和国内专家（解广韵）为代表的第一代多短针消雷针，其中心理论是用多针分流的方法，消除击闪的形成条件，但这种方法还是以雷电中和论为基础，是一种基础理论错误的措施，这种措施采用的接闪体是一种感应面积最小的针形，在感应阶段没有对雷云电场的感应能力，不能用感应的方式改变空间电场的分布结构，在此基础上在接闪体下串接高阻抗器件，其实质是避雷针有效高度减少到高阻器件以下的措施，在实际使用中的效果也证实，这种避雷针不能起到消雷的效果，比普通针尖型产品更容易发生侧击和绕击，以至于造成今天气象界(五部委)对消雷概念类产品实施禁令的局面。

消雷防雷的概念，经过前几年的大讨论和行政干预，已有数年的沉寂，但做为一种理想的技术方法，肯定会有很多的技术工作者去前赴后继，在今天，得到积极推广的消雷产品有等离子消雷器和极板式消雷器，这种类型的消雷器可归纳为电荷型消雷器，等离子消雷器主要的技术措施是在被保护的物体上覆盖一层和雷云电荷极性相同的等离子电荷层，极板式消雷器是在被保护物上方置一金属极板，在极板上通过电子方式带上一层和雷云相同的电荷，在此先不说产生等离子层或同号电荷的设备本事的可靠性和运行的成本，单从保护的可靠性来说，这种方法存在着覆盖的离子层受环境的变化因素大，不消耗保护范围内的雷云电场，对雷云电场没有主动的指向作用，保护层上方的雷云电场会和表面覆盖的同号电荷电场叠加后绕过保护层，更容易发生侧击和绕击的事故，这种保护方法根本不能在实际中应用中发挥可靠的保护作用。

在本申请之前，本发明人申请了两个有关避雷针的专利CN101136544和CN201387990：第一个专利CN101136544公开了一种避雷针，基本解决了感应型避雷针消除直接雷击击闪原理结构的技术发明问题。第二个专利CN201387990公开了一种具有最佳正向和侧向感应雷云电场的接闪体结构的技术发明问题。该两个专利中，已能够实现通过感应的方法，消除保护范围内的直接雷击的可能产生条件，但一个理想的空间直接雷击保护产品有三个方面的要求，一是产品的保护技术可靠性，二是产品本身的使用安全性，三是产品的使用成本和使用的寿命，雷云电荷携带的雷电能量是巨大的，要消除保护范围内的直接雷击，耗雷体要承担非常大的雷电作用电势能，这种耗雷体和接闪体直接连接的方式，要保证耗雷体本身的安全，成本非常高，也即前二个专利存在保护可靠性和产品成本的技术难题，这个难题不解决，直接雷击消雷保护的技术方法就不能很好的推广应用。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题在于提供一种保护可靠性高，使用维护成本低，适用范围广的一种对空间直接雷击保护的新型避雷针。

一种感应型避雷针，其包括处于顶部的金属接闪体和处于底部的金属构件，金属接闪体与金属构件之间采用绝缘支架连接。

所述的绝缘支架可选用环氧树脂材料。

优选地，所述的感应型避雷针其还包括位于中部的雷电能量消耗体，雷电能量消耗体与金属构件或金属接闪体之间均采用绝缘组件连接，雷电能量消耗体之间与金属接闪体或雷电能量消耗体与金属构件之间至少存在一个空气间隙，空气间隙高度在5cm以上。

优选地，所述的空气间隙内填充有非金属材料。

优选地，所述的金属接闪体为锥体，接闪体底面面积在0.1平方米以上，侧面投影面积在0.05平方米以上。

本发明的感应型避雷针既可以作为一个独立的感应型避雷针单元使用，也可以多单元相互串接成各种等级的感应型避雷针，最后一级的雷电能量消耗单元通过基本底部安装金属构件和安装金属塔架或接地引下线和大地连接。

所述感应型避雷针多级组合使用时，第一级最顶部的接闪体形状为锥体，依次向下的第二级接闪体的形状为梯形锥体，为兼顾正向和侧向投影感应面积，各级接闪体底面面积和侧面投影面积逐级增加，为降低成本，依次向下的第二级接闪体可采用简单的圆盘型。

优选地，所述金属接闪体包括一级接闪体和二级接闪体，一级接闪体为锥体，二级接闪体为梯形锥体或简单圆盘，一级接闪体底面面积在0.05平方米以上，侧面投影面积在0.01平方米以上，二级接闪体的正投影面积和侧面投影面积均大于一级接闪体的正投影面积和侧面投影面积；所述雷电能量消耗体包括一级能量消耗体和二级能量消耗体，一级能量消耗体设于一级接闪体与二级接闪体之间，二级能量消耗体设于二级接闪体与金属构件之间，一级接闪体与一级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，一级能量消耗体与二级接闪体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级接闪体与二级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级能量消耗体与金属构件之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙。

优选地，所述的一级能量消耗体和二级能量消耗体外侧分别设有一级绝缘支架和二级绝缘支架，一级绝缘支架两端分别连接一级接闪体和二级接闪体，二级绝缘支架两端分别连接二级接闪体和金属构件。

优选地，所述金属接闪体包括一级接闪体、二级接闪体和三级接闪体，一级接闪体为三角锥体，二级接闪体和三级接闪体均为梯形锥体，一级接闪体底面面积在0.05平方米以上，侧面投影面积在0.01平方米以上，二级接闪体的正投影面积和侧面投影面积均大于一级接闪体的正投影面积和侧面投影面积，三级接闪体的正投影面积和侧面投影面积均大于二级接闪体的正投影面积和侧面投影面积；

所述雷电能量消耗体包括一级能量消耗体、二级能量消耗体和三级能量消耗体，一级能量消耗体设于一级接闪体与二级接闪体之间，二级能量消耗体设于二级接闪体与三级接闪体之间，三级能量消耗体设于三级接闪体与金属构件之间；

所述一级接闪体与一级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，一级能量消耗体与二级接闪体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级接闪体与二级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级能量消耗体与三级接闪体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，三级接闪体与三级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，三级能量消耗体与金属构件之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙；

优选地，所述的一级能量消耗体、二级能量消耗体和三级能量消耗体外侧分别设有一级绝缘支架、二级绝缘支架和三级绝缘支架，一级绝缘支架两端分别连接一级接闪体和二级接闪体，二级绝缘支架两端分别连接二级接闪体和三级接闪体，三级绝缘支架两端分别连接三级接闪体和金属构件。

优选地，所述的绝缘组件为绝缘螺栓或用绝缘材料专用模压的机制件。

优选地，所述雷电能量消耗体由一个以上的碳化硅、氧化锌或大功率电阻串接而成，外侧包覆有用于加固的绝缘材料，绝缘材料包覆成形后的长度在50cm以上。雷电能量消耗体如为碳化硅、氧化锌，其起始直流工作电压参数等级应大于50KV。

本发明感应型避雷针的有益效果在于：

1、本发明利用接闪体的正对雷云矢量场的有效表面积，通过感应的方式，把接闪体上方一定范围内的雷云电场，吸引到接闪体上，接闪体的有效表面积越大，感应能力越强，效果越好，接闪体的指向能力越强，这种把带电雷云吸引在避雷针上方的做法，克服了等离子消雷器和雷云相排斥、不消耗雷云雷击能量的缺点，减少了绕击的安全隐患，扩大了保护的范围，保护可靠性高。

2、本发明在接闪体和雷电能量消耗体之间用绝缘组件分隔形成空气间隙，利用空气间隙感应或击穿电弧消耗强大的电势能，消耗雷电的作用能量，降低雷电能量消耗体上消耗的雷电作用能量。

3、本发明的大功率能量消耗组件，增加了避雷针系统的泄放途径的电阻，减少了雷击泄放电流，这种小电流，高电位的雷击能量消耗方式，使得避雷针不会发生大电流的雷云击闪的情况，消除了保护范围内的直接雷击可能。

4、本发明把绝大部分雷击能量消耗在感应型避雷针基本组件（空气间隙或介质构件）上，在接地引下线和大地上仅消耗很小的能量，本发明的保护可靠性和接地电阻的数值无关。

5、本发明通过外侧设有绝缘支架的加固方法，提高了使用的安全性。

6、本发明采用多级组合的方式，适合不同使用场合的性价比要求。

附图说明

图1是实施例1所述感应型避雷针的结构示意图；

图2是实施例2所述感应型避雷针的结构示意图；

图3是实施例3所述感应型避雷针的结构示意图；

图4是实施例4所述感应型避雷针的结构示意图；

图5是实施例5所述感应型避雷针的结构示意图。

具体实施方式

　  下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1：单级基本单元感应型避雷针

参照图1，一种感应型避雷针，其包括处于顶部的金属接闪体1、处于中部的雷电能量消耗体4和处于底部的金属构件5，金属接闪体1与雷电能量消耗体4之间采用绝缘螺栓2连接并形成空气间隙6，雷电能量消耗体4与金属构件5之间采用绝缘螺栓3连接并形成空气间隙7。所述的雷电能量消耗体4外侧设有绝缘支架8，绝缘支架8两端分别连接金属接闪体1和金属构件5。所述的金属接闪体1为三角锥体，接闪体底面面积在0.1平方米以上，侧面投影面积在0.05平方米以上。

   采用上述结构设计的感应型避雷针，接闪体在感应阶段，用感应的方式，持续的感应接闪体周边的空间雷云电场，在接闪体上表面产生的和带电云层相反的感应电荷，把保护体上方的雷云电场吸引在避雷针上方，被带电雷云感应相斥的同性电荷，集中在接闪体的下部，通过能量消耗装置的空气间隙和大功率能量消耗组件的感应消耗途径，对于较小的雷云的作用能量，通过空气间隙的感应消耗在空气间隙上；对于较大的雷电，会在空气间隙上产生击闪电弧，间隙中的击闪电弧要消耗大量的能量，在接闪体感应输出的全部雷电能量，大部分以热能的形式消耗在空气间隙和大功率能量消耗组件上，在接地引下线以下仅消耗很小的能量，本专利的设计基础是建立在雷电对系统的作用能量消耗在大地零电势点的雷电消耗论的认识基础上，利用接闪体的感应能力，利用空气间隙能通过感应的方式传导和消耗能量的特点，达到低成本的消耗雷电作用能量的目的，这个基本的单级感应型避雷针适合在一些雷击强度较小的场合使用，在这些场合能够以低成本的性价比，达到保护范围内的直接雷击的消雷保护效果。    

  实施例2：二级基本单元组合的感应型避雷针

   参照图2，一种二级组合的感应型避雷针，其包括处于顶部的金属接闪体、处于中部的雷电能量消耗体和处于底部的金属构件5。

所述金属接闪体包括一级接闪体11和二级接闪体12，一级接闪体11为三角锥体，二级接闪体12为梯形锥体，一级接闪体11底面面积在0.05平方米以上，侧面投影面积在0.01平方米以上，二级接闪体12的正投影面积和侧面投影面积均大于一级接闪体11的正投影面积和侧面投影面积；

所述雷电能量消耗体包括一级能量消耗体41和二级能量消耗体42，一级能量消耗体41设于一级接闪体11与二级接闪体12之间，二级能量消耗体42设于二级接闪体12与金属构件5之间，一级接闪体11与一级能量消耗体41之间采用绝缘螺栓21连接并形成空气间隙61，一级能量消耗体41与二级接闪体12之间采用绝缘螺栓22连接并形成空气间隙62，二级接闪体与二级能量消耗体之间采用绝缘螺栓23连接并形成空气间隙63，二级能量消耗体与金属构件之间采用绝缘螺栓24连接并形成空气间隙64。

所述的一级能量消耗体41和二级能量消耗体42外侧分别设有一级绝缘支架81和二级绝缘支架82，一级绝缘支架81两端分别连接一级接闪体11和二级接闪体12，二级绝缘支架82两端分别连接二级接闪体12和金属构件5。

对一些雷击比较严重的场合，单级使用的雷电势能的雷电流还比较大，会在保护范围内产生一定强度的直接雷击的击闪，长时间使用，大功率耗雷组件会老化损坏，为此采用二级的方法，减少直接雷击的发生概率，延长感应型避雷针的使用寿命。

   实施例3：三级及三级以上基本单元组合的感应型避雷针

参照图3，一种三级组合的感应型避雷针，其包括处于顶部的金属接闪体、处于中部的雷电能量消耗体和处于底部的金属构件5。

所述金属接闪体包括一级接闪体101、二级接闪体102和三级接闪体103，一级接闪体101为三角锥体，二级接闪体102和三级接闪体103均为梯形锥体，一级接闪体101底面面积在0.05平方米以上，侧面投影面积在0.01平方米以上，二级接闪体102的正投影面积和侧面投影面积均大于一级接闪体101的正投影面积和侧面投影面积，三级接闪体103的正投影面积和侧面投影面积均大于二级接闪体102的正投影面积和侧面投影面积；

所述雷电能量消耗体包括一级能量消耗体401、二级能量消耗体402和三级能量消耗体403，一级能量消耗体401设于一级接闪体101与二级接闪体102之间，二级能量消耗体402设于二级接闪体102与三级接闪体103之间，三级能量消耗体403设于三级接闪体103与金属构件5之间；

所述一级接闪体与一级能量消耗体之间采用绝缘螺栓201连接并形成空气间隙601，一级能量消耗体401与二级接闪体102之间采用绝缘螺栓202连接并形成空气间隙602，二级接闪体102与二级能量消耗体402之间采用绝缘螺栓203连接并形成空气间隙603，二级能量消耗体402与三级接闪体103之间采用绝缘螺栓204连接并形成空气间隙604，三级接闪体103与三级能量消耗体403之间采用绝缘螺栓205连接并形成空气间隙605，三级能量消耗体403与金属构件5之间采用绝缘螺栓206连接并形成空气间隙606。

所述的一级能量消耗体401、二级能量消耗体402和三级能量消耗体403外侧分别设有一级绝缘支架801、二级绝缘支架802和三级绝缘支架803，一级绝缘支架801两端分别连接一级接闪体101和二级接闪体102，二级绝缘支架802两端分别连接二级接闪体102和三级接闪体103，三级绝缘支架803两端分别连接三级接闪体103和金属构件5。

对一些重雷区的高山、高塔、高层建筑，或保护可靠性要求高的，一次使用寿命要求特别长的使用场合，采用三级及三级以上组合的方法，可消除直接雷击的发生概率，延长感应型避雷针的使用寿命。

实施例4：介质构件填充（代替）空气间隙的感应型避雷针

参照图4，一种感应型避雷针，其包括处于顶部的金属接闪体1、处于中部的雷电能量消耗体（耗雷体）4和介质构件9，雷电能量消耗体4和介质构件9用法兰10连接，雷电能量消耗体4的下部用法兰10和感应型消雷针的金属构件5相连，介质构件9充填有电阻率很高的非金属材料并用绝缘材料封包替代空气间隙，所述的介质构件9高度大于5cm，直径大于40cm。所述的雷电能量消耗体4和介质构件9外侧设有绝缘支架8，绝缘支架8两端分别连接金属接闪体1和金属法兰构件。所述的金属接闪体1为锥体，接闪体底面面积在0.1平方米以上，侧面投影面积在0.05平方米以上。

   采用上述结构设计的感应型避雷针，通过非金属材料的介质构件替代空气间隙，用介质材料替代空气间隙，能连续消耗接闪体输出的感应电势能，具有结构简单，增加构件的使用强度和寿命的特点。

实施例5：

参照图5，一种感应型避雷针，其包括处于顶部的金属接闪体1、处于位于底部的金属构件5，所述的金属接闪体1和金属构件5外侧设有绝缘支架8，绝缘支架8两端分别连接金属接闪体1和金属构件5。所述的金属接闪体1为锥体，接闪体底面面积在0.1平方米以上，侧面投影面积在0.05平方米以上。

本实施例具有生产成本低等特点。

Claims (9)

1. 一种感应型避雷针，其特征在于：其包括处于顶部的金属接闪体和处于底部的金属构件，金属接闪体与金属构件之间采用绝缘支架连接，其还包括位于中部的雷电能量消耗体，雷电能量消耗体与金属构件或金属接闪体之间均采用绝缘组件连接，雷电能量消耗体之间与金属接闪体或雷电能量消耗体与金属构件之间至少存在一个空气间隙，空气间隙高度在5cm 以上。

2.根据权利要求1所述的感应型避雷针，其特征在于：所述的空气间隙内填充有非金属材料。

3.根据权利要求1 所述的感应型避雷针，其特征在于：所述的金属接闪体为锥体，接闪体底面面积在0.1 平方米以上，侧面投影面积在0.05 平方米以上。

4.根据权利要求1所述的感应型避雷针，其特征在于：所述金属接闪体包括一级接闪体和二级接闪体，一级接闪体为锥体，二级接闪体为梯形锥体或简单圆盘，一级接闪体底面面积在0.05 平方米以上，侧面投影面积在0.01 平方米以上，二级接闪体的正投影面积和侧面投影面积均大于一级接闪体的正投影面积和侧面投影面积；所述雷电能量消耗体包括一级能量消耗体和二级能量消耗体，一级能量消耗体设于一级接闪体与二级接闪体之间，二级能量消耗体设于二级接闪体与金属构件之间，一级接闪体与一级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，一级能量消耗体与二级接闪体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级接闪体与二级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级能

量消耗体与金属构件之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙。

5.根据权利要求4所述的感应型避雷针，其特征在于：所述的一级能量消耗体和二级能量消耗体外侧分别设有一级绝缘支架和二级绝缘支架，一级绝缘支架两端分别连接一级接闪体和二级接闪体，二级绝缘支架两端分别连接二级接闪体和金属构件。

6.根据权利要求1所述的感应型避雷针，其特征在于：所述金属接闪体包括一级接闪体、二级接闪体和三级接闪体，一级接闪体为三角锥体，二级接闪体和三级接闪体均为梯形锥体，一级接闪体底面面积在0.05 平方米以上，侧面投影面积在0.01 平方米以上，二级接闪体的正投影面积和侧面投影面积均大于一级接闪体的正投影面积和侧面投影面积，三级接闪体的正投影面积和侧面投影面积均大于二级接闪体的正投影面积和侧面投影面积；所述雷电能量消耗体包括一级能量消耗体、二级能量消耗体和三级能量消耗体，一级能量消耗体设于一级接闪体与二级接闪体之间，二级能量消耗体设于二级接闪体与三级接闪体之间，三级能量消耗体设于三级接闪体与金属构件之间；所述一级接闪体与一级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，一级能量消耗体与二级接闪体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级接闪体与二级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，二级能量消耗体与三级接闪体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，三级接闪体与三级能量消耗体之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙，三级能量消耗体与金属构件之间采用绝缘组件连接并形成空气间隙。

7.根据权利要求6所述的感应型避雷针，其特征在于：所述的一级能量消耗体、二级能量消耗体和三级能量消耗体外侧分别设有一级绝缘支架、二级绝缘支架和三级绝缘支架，一级绝缘支架两端分别连接一级接闪体和二级接闪体，二级绝缘支架两端分别连接二级接闪体和三级接闪体，三级绝缘支架两端分别连接三级接闪体和金属构件。

8.根据权利要求2～7之一所述的感应型避雷针，其特征在于：所述的绝缘组件为绝缘螺栓或用绝缘材料专用模压的机制件。

9.根据权利要求2～7之一所述的感应型避雷针，其特征在于：所述雷电能量消耗体由一个以上的碳化硅、氧化锌或大功率电阻串接而成，外侧包覆有用于加固的绝缘材料，绝缘材料包覆成形后的长度在50cm 以上。