CN102522700A

CN102522700A - 一种避雷器

Info

Publication number: CN102522700A
Application number: CN2011104108670A
Authority: CN
Inventors: 郑龙基
Original assignee: Individual
Current assignee: Lee Tyco Korea
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: JP2010500732A; CN102522700B; JP4918693B2; WO2008020669A1; EP2052446A4; EP2052446B1; US8451575B2; US20100284118A1; HK1168943A1; EP2052446A1

Abstract

本发明提供了一种避雷器，在闪电发生之前，该避雷器能够先释放因闪电靠近所产生的电荷，从而阻止闪电发生。该避雷器包括导电杆、绝缘体、充电管。其中，导电杆安装在需要防雷击的物体的上部，并连接于地面部件；绝缘体与导电杆的上末端接合；充电管，具有供所述导电杆穿过的管状主体，以及具有被切割并朝向所述导电杆弯曲的针状凸体，用于充入空间电荷。

Description

一种避雷器

本申请是申请日为2007年2月21日，申请号为200780033588.9(国际申请号：PCT/KR2007/000893)，名称为一种避雷器的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种避雷器，更具体地说，本发明涉及一种能够阻止因雷雨云靠近激发放电而发生闪电的避雷器。

背景技术

通常，避雷器安装在建筑物的顶部，在雷雨云和地面之间形成一个放电路径，从而安全地将积累在雷雨云中的电荷引入地面。

当一个常态的雷雨云靠近地面时，雷雨云和地面之间的电势差约为1亿伏。

在这种状态下，大气层中的空气作为一个良好的绝缘体，防止地面和雷雨云之间发生绝缘击穿，例如，闪电。然而，雷雨云和地面之间仍然可能发生闪电。

利用电场现象(顶端效应)的避雷器属于富兰克林杆型，其中，电场集中在顶端部分。

于1987年9月22日公开的，公告号为S62-216197的日本专利公开了一种利用顶端效应的避雷针的原理。

利用顶端效应的避雷针仅仅利用了一种自然现象。由于这种避雷针仅仅在空气的绝缘电压被击穿时才起作用，在绝缘电压被击穿前，雷雨云具有闪电危害的情况下，这种避雷针难以有效地防止闪电的发生。因此，在本技术领域中，各种类型的避雷器已经被开发出来，用以更有效、更安全地将雷雨云中的电荷引入到地面上，从而减少保护对象遭遇雷击的次数。

例如，于1983年5月26日公开的，公告号为0096655的法国专利公开了一种避雷器，该避雷器包括一个主电极(一个接地的电极，利用群聚效应将地面电荷集中在一起)以及一个副电极，副电极用于收集分布在主电极周围空气中的电荷，与主电极一起实现初级放电，从而激发主电极与副电极之间的放电。上述放电所产生的离子电荷(一个前调节器)在空气中被释放出来，易于在雷雨云和主电极之间形成一个放电路径，从而吸收雷雨云中的电荷。

此外，公告号为S62-216197的日本专利所公开的一种主动式避雷器，包括一个收集电极和一个测定部件，该收集电极用于收集当雷雨云靠近时散布在空气中的电荷，并激发副电极和主电极之间的放电，该测定部件用于将收集电极的电荷充到一个电容器中，用作电源，并测定收集电极所产生的电荷数量的变化。当测得的变化大于预定的变化率时，通过将电容器中的电荷供给一个反应器，开启一个传统的高压发生电路，从而激发主电极和副电极之间的放电。

然而，由于上述法国专利所公开的避雷器，如同上述的传统避雷器，安装在建筑物的顶部，由雷雨云诱导的地面电场在建筑物的顶部是可忽略的。因此，当将散布在空气中的电荷收集起来用以激发放电时，由于负荷微弱，难以启动放电，因而降低了放电的可能性。

此外，由于上述日本专利所公开的避雷器使用了若干个电子元件，这可能会降低它的可靠性。再者，由于该避雷器安装在建筑物的顶部，也就是操作员难以靠近的位置，当避雷器的电子元件发生故障而需要进行更换时，操作员难以完成对该避雷器的维护。

同时，为了解决上述的问题，由本发明的申请人，郑龙基所申请的，登记号为440616的韩国专利公开了一种避雷器。

如图1所示，登记号为440616的韩国专利所公开的避雷器，包括固定杆10、主电极部件18、上部聚合物绝缘体12、副电极13、下部聚合物绝缘体19、抗分离圆盘构件10a以及螺母构件10b。

其中，固定杆10通过固定构件15固定在需要保护的结构的顶部；主电极部件18连接于固定杆10的上部末端；上部聚合物绝缘体12以一种相接触的方式与主电极18的下部表面接合，固定杆10穿过该上部聚合物绝缘体12；该副电极13以一种非接触的方式设置在主电极部件18的下方，以产生空间电荷，上部聚合物绝缘体12的长柱部件12a穿过该副电极13；该下部聚合物绝缘体19安装在副电极部件13下部表面的下方，并与固定构件15分离以获得一个绝缘距离，上部聚合物绝缘体12的长柱部件12a穿过该下部聚合物绝缘体19；抗分离圆盘构件10a具有一个通孔，固定杆10穿过该通孔，以防止下部聚合物绝缘体19从上部聚合物绝缘体12的长柱部件12a中分离出来；螺母构件10b具有一个内部螺纹部分，与固定杆10的一个末端通过螺纹啮合，从而牢固地固定住抗分离圆盘构件10a。

当雷雨云靠近而发生闪电时，主电极部件18用于直接吸引闪电。为此，主电极部件18包括一个圆板和若干个细尖18a，该圆板具有一个中心孔，固定杆10的一个末端穿过该中心孔，细尖18a按照预定的间隔从圆板外周径向延伸出来。

避雷器安装完成后，可见细尖18a向上弯曲。

上部聚合物绝缘体12具有空心的长柱部件12a，固定杆12穿过该长柱部件12a，上部和下部延伸法兰12b和12c从长柱部件12a的一个末端，即长柱部件12a的上部外周，延伸出来，并且彼此分离，从而在主电极部件18和副电极部件13之间获得一个绝缘距离。

副电极部件13包括：一个第一电极构件13a、一对第二副电极构件13b、一个第三副电极构件13c以及一层填充材料13d。其中，第一电极构件13a具有一个通孔以及若干个凸销13e。长柱部件12a穿过该通孔，凸销13e按照预定的间隔从第一电极构件13a外周向上延伸。凸销13e设置在上部聚合物绝缘体12的下部延伸法兰12c的下方，但不与主电极部件18接触，因此，第一电极构件13a能够大量吸收雷雨云靠近时散布在空气中的电荷。该第二副电极构件13b具有一个上部表面以及一个通孔，该上部表面与第一副电极构件13a的下部表面相接触，长柱部件12a穿过该通孔。第三副电极构件13c是一个空心柱，上部聚合物绝缘体12的长柱部件12a穿过第三副电极构件13c，因而长柱部件12a以一个预定的距离从第三副电极构件13c向下凸出，第三副电极构件13c的上部末端与第二副电极构件13b的下部表面相接触，第三副电极构件13c的内圆周与穿过其中的长柱部件12a的外圆周相分离；填充材料13d由二氧化钛组成，通过嵌在第三副电极构件13c两个末端中的O型环介体，填充在第三副电极构件13c内，从而增加填充量，并且防止填充材料13d渗漏。

下部聚合物绝缘体19包括短柱部件19a以及上部和下部延伸法兰19b和19c。该短柱部件19a具有一个通孔，上部聚合物绝缘体12的长柱部件12a穿过该通孔，上部和下部延伸法兰19b和19c从短柱部件19a的一个末端，即短柱部件19a的上部外周，延伸出来，并且彼此分离，从而在副电极部件13和固定构件15之间获得一个绝缘距离。

传统的避雷器安装在需要保护的建筑物的顶部，当雷雨云靠近该避雷器时，固定杆10以及与固定杆10的上部末端相接触的主电极部件18充有地面电荷。副电极部件13并不通过上部聚合物绝缘体12与固定杆10和主电极部件18相接触，通过由二氧化钛组成并填充在第三副电极构件13c和上部聚合物绝缘体12的长柱部件12a之间的填充材料13d，副电极部件13充有空间电荷，从而吸引远离该避雷器的雷雨云所产生的闪电。

因此，即使雷雨云的距离较远，导致电压较低，该避雷器仍然可能吸引闪电，并且稳定地将闪电引入地面。

然而，在传统的避雷器中，固定杆10和主电极部件18充有地面电荷，副电极部件13充有雷雨云靠近时所带来的空间电荷，当固定杆10和主电极部件18与副电极部件13分隔一定距离时，避雷器的放电性能可能会减弱，从而降低闪电保护能力。

此外，由本发明的申请人，郑龙基所申请的，登记号为433011的韩国专利也公开了一种避雷器。

如图2所示，登记号为433011的韩国专利所公开的避雷器，包括固定杆20、帽状构件21、聚合物绝缘体22、辅助放电构件24、初级帽状放电构件25以及初级放电构件26。其中，固定杆20通过固定构件29固定在需要保护的建筑物的顶部；帽状构件21紧扣于固定杆20的一个末端；聚合物绝缘体22由一个静电感应球构成，安装在固定杆20的上部末端，固定杆20的上部末端穿过聚合物绝缘体22，从而增大帽状构件21和辅助放电构件24之间的绝缘距离；辅助放电构件24至少具有一块薄板，该薄板穿过聚合物绝缘体22的下部中心；初级放电帽状构件25由导电材料构成，具有一个通孔，聚合物绝缘体22的下部末端穿过该通孔，由此，帽状构件25的上部表面与辅助放电构件24的下部表面相接触；初级放电构件26通过若干个位于初级放电帽状构件25下方的绝缘环构件27作为介体，固定在固定杆20上，初级放电构件26由一个圆盘构成，并且具有一个向下的凸体、一个通孔以及一个固定孔，固定杆20穿过该通孔，该固定孔形成在该凸体的外周并与该通孔相通，从而使用一个螺丝将初级放电构件固定在固定杆20的外周。

此外，辅助放电构件24的上部表面连接有凸体构件23，用于防止初级放电构件26受外力作用而损坏。

然而，在传统的避雷器中，由于地面电荷与空间电荷之间放电的相对面积，即通电连接于固定杆20，充有地面电荷的的部分与静电感应球之间的相对面积较小，而且没有用于促进地面电荷与空间电荷之间放电的结构或方法，因此，难以引发初级放电现象来防止闪电。

为了解决前述的和/或其它的问题，本发明的目的在于提供一种避雷器，用于保护建筑物免遭雷击，该避雷器充有空间电荷和地面电荷，能够改进空间电荷与地面电荷之间的初级放电能力，从而防止闪电的发生。

本发明的另一个目的在于提供一种充有空间电荷和地面电荷，能够改进空间电荷与地面电荷之间的初级放电能力的避雷器，通过在避雷器中增加一个充电销，从而防止闪电的发生。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种避雷器，包括导电杆、绝缘体、充电管以及充电杆。其中，导电杆安装在需要防雷击的物体的上部，并连接于地面装置；绝缘体与导电杆的一个末端接合；充电管呈圆柱状，带有向内延伸的针状凸体，并充有空间电荷；充电杆插入在充电管内，并与导电杆的中部连接。

此外，该避雷器可进一步包括第一充电装置和第二充电装置，其中，第一充电装置通过一个绝缘主体作为介体，在绝缘体的下方与导电杆接合，因而充有雷雨云靠近时散布在空气中的空间电荷；第二充电装置与导电杆接合，并对应于第一充电装置，因而充有由地面供给的地面电荷。

根据本发明的另一个方面，提供一种避雷器，该避雷器包括导电杆、绝缘体、充电管以及若干个充电销。其中，导电杆安装在需要防雷击的物体的上部，并连接于地面装置；绝缘体与导电杆的一个末端接合；充电管呈圆柱状，带有向内延伸的针状凸体，并充有与地面电荷极性相反的电荷；充电销设置在充电管的上部，因而充有由雷雨云带来的、分布在空气中的空间电荷。

根据本发明的一个典型实施例，可以提供一种避雷器，当发生闪电可能性高的雷雨云靠近时，该避雷器能够先对分布在空气中的空间电荷以及由地面供给的地面电荷进行放电，从而降低发生闪电的可能性。

特别地，在充电板之间设置有介电销或充电销，用于提高空间电荷与地面电荷之间的初级放电性能。

此外，除了圆盘状充电板以外，还附加提供管状放电装置，用于先对雷雨云所带来的空间电荷进行放电，从而显著地降低发生闪电的可能性。

附图说明

图1是一个传统避雷器的局部剖视图；

图2是另一个传统避雷器的局部剖视图；

图3是本发明第一个典型实施例所述的避雷器的局部剖视图；

图4是本发明第二个典型实施例所述的避雷器的局部剖视图；

图5是本发明第二个典型实施例所述的避雷器的分解图；

图6是本发明第三个典型实施例所述的避雷器的分解图；

图7是本发明第四个典型实施例所述的避雷器的局部剖视图；

图8是本发明第四个典型实施例所述的避雷器的分解图；

图9是本发明第三个实施例所述的放电装置或者本发明第四个实施例所述的第二放电装置的分解图；

图10是本发明第六个典型实施例所述的避雷器的局部剖视图；

图11是本发明第八个典型实施例所述的避雷器的局部剖视图；

图12是本发明第八个典型实施例所述的避雷器的分解图；

图13是用于测试避雷器的电晕放电的测试仪器的电路图；以及

图14是一个曲线图，显示了使用图13所示测试仪器进行测试的避雷器的电晕放电电流与电压之间的关系。

具体实施方式

实施例一(见图3)

如图3所示，本发明第一个典型实施例所述的避雷器，包括固定部件31、杆30、杆帽32、绝缘体34以及充电装置45。其中，固定部件31安装在建筑物的顶部，并连接于地面装置；杆30固定在固定部件31的一个末端上且充有地面电荷；杆帽32与杆30的另一个末端接合，以激发闪电；绝缘体34与杆30的上末端接合；充电装置45设置在杆30上。

充电装置45由充电管45a以及第一和第二帽件45d组成。其中，充电管45a具有管状主体以及针状凸体45b，杆30穿过该管状主体，而针状凸体45b被切割并朝向杆30弯曲；第一和第二帽件45d用于将充电管45a的两个末端接合到杆30上。第二帽件45d通过塞子46向绝缘体34倾斜。

此时，所述充电管45a与杆30平行。

下文将对本发明一个典型实施例所述的避雷器的操作进行说明。

首先，将固定部件31固定在建筑物的上部(优选的是顶部)，并且将设置有充电管45a等部件的杆30固定在固定部件31上。

当发生闪电可能性高的雷雨云靠近安装在建筑物上的本发明第一个典型实施例所述的避雷器时，由雷雨云带来的、分布在空气中的空间电荷被充到充电管45a中，而由地面供给并且与空间电荷极性相反的地面电荷被充到杆30中。

如上所述，当雷雨云靠近，空间电荷以及地面电荷被逐渐充到充电管45a以及杆30时，充电管45a与杆30之间的充电电压随着电荷数量的增加而增大，从而引起放电(通常是电晕放电)。

此时，由于充电管45a中，被切割并朝向杆30弯曲的凸体45b具有针状结构，用以提高向杆30放电的性能，因此，空间电荷与地面电荷之间的放电可易于实现。

实施例二(见图4和图5)

如图4和图5所示(同样的组件用同样的标号标示)，本发明第二个典型实施例所述的避雷器，包括固定部件31，杆30，杆帽32，绝缘体34，第一充电装置33、36～39、41和42，第二充电装置45以及放电装置40。其中，固定部件31安装在建筑物的上部末端，并连接于地面装置；杆30固定在固定部件31的一个末端上，并充有地面电荷；杆帽32与杆30的另一个末端接合，以激发闪电；绝缘体34与杆30的另一个末端接合；第一充电装置33、36～39、41和42设置在杆30上，且位于绝缘体34的下方；第二充电装置45设置在杆30上，且位于第一充电装置33、36～39、41和42的下方；放电装置40充有与空间电荷极性相反的电荷，以对应于第一充电装置33和36～39。

第一充电装置33、36～39、41和42包括第一、第二、第三和第四充电板36、37、38和39以及介电体33。其中，第一、第二、第三和第四充电板36、37、38和39在绝缘体34的下方，与杆30接合，呈完整圆盘状，因而充有雷雨云所带来的空间电荷；介电体33由介电材料组成，在径向方向上，位于杆30与第一至第四充电板36至39之间，在杆30的纵向方向上，嵌入在绝缘体34的下部末端与放电装置40的上部末端之间。

第一至第四充电板36至39均具有中央孔，这些中央孔与设置在杆30上的介电体33的外周相接合。此外，充电板36至39呈反转抛物线形状，其中央部分垂直于杆30，其外周部分从中央部分向下延伸。充电板36至39彼此粘附在一起。

再者，第一环41由一个绝缘主体组成，嵌入在第一充电板36与绝缘体34之间。

此外，第二充电板37的直径是第一充电板36的直径的两倍，而且第二充电板37的外周呈皱褶状。第三充电板38的尺寸与第一充电板36的形状大小完全相同，而第四充电板39的直径小于第三充电板38的直径。

第一至第四充电板36至39固定在介电体33上，而第二环42固定在介电体33的另一个部分上。

放电装置40呈圆盘状，具有中央孔，其直径小于第四充电板39的直径。放电装置40的上部表面与第四充电板39的底面相对。

第二充电装置45包括充电管45a以及第一和第二帽件45c和45d组成。其中，充电管45a具有管状主体以及针状凸体45b，杆30穿过该管状主体，而针状凸体45b被切割并朝向杆30弯曲；第一和第二帽件45c和45d用于将充电管45a的两个末端接合到杆30上。

介电体33呈管状，并与杆30接合。第一至第四充电板36至39与介电体33的外周接合。

因此，由绝缘和介电材料组成的介电体33设置在杆30与第一至第四充电板36至39之间。

此外，介电体33由绝缘和介电材料组成，如二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)或类似物，以增大杆30与第一至第四充电板36至39之间的电容，从而易于产生放电。

此处，使用二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)或类似物作为介电体33的原因是：二氧化钛和二氧化硅具有较高的机械强度，适合于获得电气绝缘和介电特性，以及牢固地维持第一至第四充电板36至39与放电装置40之间的机械接合。

第二充电装置45通过固定在杆30一个末端上的塞子46，牢固地固定在放电装置40上。

下文将对本发明第二个典型实施例所述的避雷器的操作进行说明。

首先，将固定部件31固定在需要防雷击的建筑物的上部末端(优选的是顶部末端)，并且将设置有第一充电装置33、36～39、41和42，放电装置40以及第二充电装置45的杆30固定在固定部件31上。

然后，当发生闪电可能性高的雷雨云靠近安装在建筑物上的本发明第二个典型实施例所述的避雷器时，由雷雨云带来的、分布在空气中的空间电荷被充到第一至第四充电板36至39中，而由地面供给并且与空间电荷极性相反的地面电荷被充到杆30和放电装置40中。

此外，空间电荷被充到第二充电装置45的充电管45a中。

如上所述，当雷雨云靠近，空间电荷被充到第一至第四充电板36至39以及充电管45a中，地面电荷被逐渐充到放电装置40以及杆30中时，第一至第四充电板36至39与充电管45a之间的充电电压，以及放电装置40与杆30之间的充电电压随着电荷数量的增加而增大，从而引起放电(通常是电晕放电)。

此时，由于插入在第一至第四充电板36至39之间的介电体33增大了第一至第四充电板36至39与放电装置40之间的电容，从而增大了空间电荷与地面电荷之间的电势差，因此更容易实现放电。

此外，由于第二充电装置45的充电管45a中，被切割并朝向杆30弯曲的凸体45b具有针状结构，用以提高向杆30放电的性能，因此，空间电荷与地面电荷之间的放电可易于实现。

实施例三(见图6和图9)

如图6所示，本发明第三个典型实施例所述的避雷器，包括固定部件51、杆50、连接部件50c、连接杆50b、上部杆50a、杆帽52、绝缘体54以及若干个充电装置65。其中，固定部件51安装在建筑物的上部，并连接于地面装置；杆50固定在固定部件51的一个末端上，充有地面电荷；连接部件50c连接在杆50的另一个末端上，在其径向方向上具有若干个连接孔；连接杆50b连接于连接部件50c的一侧；上部杆50a连接于连接杆50b的一侧；杆帽52与上部杆50a的另一个末端接合；绝缘体54位于上部杆50a的杆帽52的下方；充电装置65在径向方向上设置于连接部件50c上，且通过连接部件50c作为介体，安装在杆50上，位于所述绝缘体54下方。

充电装置65与实施例一所述的充电装置45具有完全相同的构造，但是，这若干个充电装置65是在径向方向上，通过连接部件50c进行水平安装，而并非如实施例一所述，在垂直方向上安装。

如图9所示，充电装置65包括副杆66、充电管65a以及第一和第二帽件65c和65d。其中，副杆66与形成在连接部件50c外周上的连接孔螺纹啮合，并环绕所述杆50在所述杆50的径向方向上排列；充电管65a具有管状主体以及针状凸体65b，副杆66穿过该管状主体，针状凸体65b被切割并朝向副杆66弯曲；第一和第二帽件65c和65d用于将充电管65a的两个末端接合到副杆66上。

同时，充电装置65通过第二帽件65d和螺母66a固定在副杆66上。

下文将对本发明第三个典型实施例所述的避雷器的操作进行说明。

首先，将固定部件51固定在需要防雷击的建筑物的上部末端(优选的是顶部末端)，并且将设置有充电装置65的杆50固定在固定部件51上。

然后，当发生闪电可能性高的雷雨云靠近安装在建筑物上的本发明第三个典型实施例所述的避雷器时，由雷雨云带来的、分布在空气中的空间电荷被充到充电装置65的充电管65a中，而由地面供给的地面电荷通过杆50被充到副杆66中。

此时，所述副杆66与所述充电管65a分别地，在所述杆50的周围按照预定的间隔排列。

如上所述，当雷雨云靠近，空间电荷被充到充电装置65的充电管65a中，地面电荷被逐渐充到副杆66中时，充电管45a与副杆66之间的充电电压随着电荷数量的增加而增大，从而实现放电(通常是电晕放电)。

此时，由于充电装置65的充电管65中，被切割并朝向副杆66弯曲的凸体65b具有针状结构，用以提高向副杆66放电的性能，因此，空间电荷与地面电荷之间的放电可易于实现。

特别地，由于本发明的第三个实施例比第一个实施例具有更多的充电装置65(以90°间隔分布的四个充电装置)，因此，可易于积累空间电荷，从而提高初级放电性能。

实施例四(见图7至图9)

如图7至图9所示(与实施例三相同的组件用相同的标号标示)，本发明第四个典型实施例所述的避雷器，包括固定部件51、杆50、连接部件50c、连接杆50b、上部杆50a、杆帽52、绝缘体54、第一充电装置53、56～59、61和62以及第二充电装置65。其中，固定部件51安装在建筑物的上部末端，并连接于地面装置；杆50固定在固定部件51的一个末端上，充有地面电荷；连接部件50c连接在杆50的另一个末端上，在其径向方向上具有若干个连接孔；连接杆50b连接于连接部件50c的一侧；上部杆50a连接于连接杆50b的一侧；杆帽52与上部杆50a的另一个末端接合；绝缘体54与上部杆50a的另一个末端接合；第一充电装置53、56～59、61和62设置在上部杆50a上，且位于绝缘体54的下方；在径向方向上，第二充电装置65通过连接部件50c设置在上部杆65a上，位于第一充电装置53、56～59、61和62的下方。

第一充电装置53、56～59、61和62包括第一至第四充电板56、57、58和59以及介电体53。其中，第一至第四充电板56、57、58和59在绝缘体54的下方，从上侧到底侧与杆50接合，呈完整圆盘状，因而充有雷雨云所带来的空间电荷；介电体53由介电材料组成，在径向方向上，位于杆50与第一至第四充电板56至59之间，在杆50的纵向方向上，嵌入在绝缘体54的下部末端与充电装置60的上部末端之间。

彼此粘附在一起的第一至第四充电板56至59均具有圆孔、中央部分以及法兰，其中，圆孔与设置在杆50上的介电体53的外周相接合，中央部分垂直于杆50，法兰分别从中央部分向下延伸，以形成抛物线形状。

此外，第一环61由绝缘材料组成，嵌入在上部杆50a中，位于第一充电板56与绝缘体54之间。

再者，第二充电板57的直径是第一充电板56的直径的两倍，而且第二充电板57的外周呈皱褶状，第三充电板58的直径与第一充电板56的直径相近，而第四充电板59的直径小于第三充电板58的直径。

第一至第四充电板56至59与介电体53接合，由绝缘材料形成的第二环62固定在介电体53的另一个部分上，用以牢固地固定充电板56至59。

放电装置60呈圆盘状，其直径小于第四充电板59的直径。因此，放电装置60与所述杆50接合，位于所述充电板56-59下方。

介电体53呈管状，并与上部杆50a接合，第一至第四充电板56至59与介电体53的外周接合。

因此，由绝缘和介电材料组成的介电体53插入在上部杆50a与第一至第四充电板56至59之间。

此外，由于介电体53由绝缘和介电材料，如二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)或类似物组成，能够增大上部杆50a与第一至第四充电板56至59之间的电容，从而更容易实现放电。

如上所述，本发明第四个典型实施例所述的第一充电装置53、56～59、61和62具有与实施例二所述的第一充电装置33、36～39、41和42相似的结构。

此外，本发明第四个典型实施例所述的第二充电装置65具有与实施例一所述的充电装置45以及实施例二所述的第二充电装置45相似的构造，但是，这若干个第二充电装置65是在径向方向上，通过连接部件50c安装在第一充电装置53、56～59、61和62的下方，即杆50的上部末端，而并非如实施例一和实施例二所述，在垂直方向上安装。

如图9所示，第二充电装置65包括副杆66、充电管65a以及第一和第二帽件65c和65d。其中，副杆66与形成在连接部件50c外周上的连接孔螺纹啮合；充电管65a具有管状结构以及针状凸体65b，副杆66穿过该管状结构，针状凸体65b被切割并朝向副杆66弯曲；第一和第二帽件65c和65d用于将充电管65a的两个末端接合到副杆66上。

同时，第二充电装置65通过第二帽件65d和螺母66a固定在副杆66上。

下文将对本发明第四个典型实施例所述的避雷器的操作进行说明。

首先，将固定部件51固定在需要防雷击的建筑物的上部末端(优选的是顶部)，并且将设置有第一充电装置53、56～59、61和62，放电装置50以及第二充电装置65的杆50固定在固定部件51上。

然后，当发生闪电可能性高的雷雨云靠近安装在建筑物上的本发明第四个典型实施例所述的避雷器时，由雷雨云带来的、分布在空气中的空间电荷被充到第一至第四充电板56至59中，而由地面供给并且与空间电荷极性相反的地面电荷，通过杆50被充到上部杆50a和放电装置60中。

此外，空间电荷被充到第二充电装置65的充电管65a中，地面电荷被充到副杆66中。

如上所述，当雷雨云靠近，空间电荷被充到第一充电装置53、56～59、61和62的第一至第四充电板56至59以及第二充电装置65的充电管65a中，地面电荷被逐渐充到放电装置60以及副杆66中时，第一至第四充电板56至59与充电管65a之间的充电电压，以及放电装置60与副杆66之间的充电电压随着电荷数量的增加而增大，从而引起放电(通常是电晕放电)。

此时，由于插入在第一至第四充电板56至59之间的介电体53增大了第一至第四充电板56至59与放电装置60之间的电容，从而增大了空间电荷与地面电荷之间的电势差，因此可更容易实现放电。

此外，由于第二充电装置65的充电管65a中，被切割并朝向副杆66弯曲的凸体65b具有针状结构，用以提高向副杆66放电的性能，因此，空间电荷与地面电荷之间的放电可易于实现。

特别地，本发明的第四个典型实施例所述的避雷器具有若干个第二充电装置65(以90°间隔分布的四个充电装置)，因此，与实施例一和实施例二相比，更容易积累空间电荷，从而提高初级放电性能。

实施例五(图中未显示)

本发明第五个典型实施例所述的避雷器，具有两个实施例一所述的充电装置45，其中，在所述杆30的纵向方向上，这一对充电装置45相互垂直放置。

实施例六(见图10)

如图10所示，本发明第六个典型实施例所述的避雷器，具有实施例一与实施例三的混合结构，包括固定部件51、杆50、杆帽52、绝缘体54、实施例一所述的垂直充电装置45以及实施例三所述的径向充电装置65。

实施例七(图中未显示)

本发明第七个典型实施例所述的避雷器，具有实施例二与实施例三的混合结构。

实施例八(见图11和图12)

图11是本发明第八个典型实施例所述的避雷器的局部剖视图，图12是本发明第八个典型实施例所述的避雷器的分解图。如图所示，所述的避雷器包括固定部件31，杆30，杆帽32，绝缘体34，充电装置37、39、45和80以及放电装置40。其中，固定部件31安装在建筑物的上部末端，并连接于地面装置；杆30固定在固定部件31的一个末端上，并充有地面电荷；杆帽32与杆30的另一个末端接合，以激发闪电；绝缘体34与杆30的另一个末端部份接合；充电装置37、39、45和80设置在杆30上，且位于绝缘体34的下方；放电装置40设置在杆30上，位于充电装置37和39的下方，并充有与空间电荷极性相反的电荷，以对应于充电装置37和39。

充电装置37、39、45和80包括第一和第二充电板37和39、充电管45a以及若干个充电销80。其中，第一和第二充电板37和39在绝缘体34的下方，通过绝缘材料作为介体，依次与杆30接合，而且呈完整圆盘状，因而充有雷雨云所带来的空间电荷；充电管45a呈圆柱状，带有被切割并朝向杆30弯曲的针状凸体，充有与空间电荷；充电销80位于充电管45a上，连接所述充电管45a及所述充电板37和39，充有由雷雨云带来的、分布在空气中的空气电荷。

第一和第二充电板37和39彼此粘附在一起，它们均具有中央孔、中央部分以及外周部分。其中，中央孔与杆30接合；中央部分垂直于杆30；外周部分从中央部分向下延伸，从而与中央部分一起形成抛物线形状。

此外，充电销80弯折，使得所述充电销80的一侧朝向第一充电板37的底面弯曲，在它们的极距处点焊接于第一充电板37的底面，而充电销80的另一侧向充电管45a的内侧延伸，从而点焊接于其中。

因此，充电装置37、39和45通过充电销80相互通电连接在一起，并且通过绝缘主体作为介体，与杆帽32和杆30绝缘。

此外，绝缘体34进一步包括一个衬套，该衬套与杆30的一个末端接合，在绝缘体34与第一充电板37之间插有一第一环41，该第一环41由绝缘材料组成。

第一充电板37的直径约为第二充电板39的直径的三倍，而且第一充电板37的外周呈皱褶状。

第一和第二充电板37和39通过第二环42进行固定，该第二环42由绝缘材料组成。

放电装置40呈圆盘状，其直径小于第二充电板39的直径。因此，放电装置40的上部表面与第二充电板39的底面相对。

充电管45a为管状结构，其具有第一和第二帽件45c和45d，杆30穿过该管状结构，而且该管状结构具有被切割并朝向杆30弯曲的针状凸体，第一和第二帽件45c和45d则用于将充电管45a的两个末端接合到杆30上。

此外，第一和第二环41和42由具有绝缘和介电性质的材料组成，如二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)或类似物，用以增大杆30与第一和第二充电板37和39之间的电容，从而更容易实现放电。

此处，使用二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)或类似物来形成第一和第二环41和42的原因是：能够获得绝缘和介电性质，而且使用机械强度高的材料能够牢固地维持第一和第二充电板37和39与放电装置40之间的机械接合。

充电管45a通过固定在杆30一个末端上的塞子46，牢固地粘附在充电装置40上。

下文将对本发明第八个典型实施例所述的避雷器的操作进行说明。

首先，将固定部件31固定在需要防雷击的建筑物的上部末端(优选的是顶部)，并且将设置有充电板37和39、充电管45a、充电销80以及放电装置40的杆30固定在固定部件31上。

然后，当发生闪电可能性高的雷雨云靠近安装在建筑物上的本发明第八个典型实施例所述的避雷器时，由雷雨云带来的、分布在空气中的空间电荷被充到充电板37和39中，而由地面供给并且与空间电荷极性相反的地面电荷被充到杆30和放电装置40中。

此外，空间电荷被充到充电销80上的充电管45a中。

如上所述，当雷雨云靠近，空间电荷被充到相互通电连接的第一和第二充电板37和39中，地面电荷被逐渐充到放电装置40以及杆30中时，第一和第二充电板37和39、充电管45a与充电销80之间的充电电压，以及放电装置40与杆30之间的充电电压随着电荷数量的增加而增大，从而引起放电(通常是电晕放电)。

此时，由于充电销80弯折，使得所述充电销80的的一侧朝向第一充电板37的底面弯曲，在它们的极距处点焊接于第一充电板37的底面，而充电销80的另一侧向充电管45a的内侧延伸，点焊接于其中，因此，第一和第二充电板37和39以及充电管45a相互通电连接在一起，由此，雷雨云所带来的空间电荷被充到第一和第二充电板37和39以及充电管45a中。

因此，充电销80增大了第一和第二充电板37和39与放电装置40之间的电容，从而增大了在空间电荷与地面电荷之间产生的电势差，可更容易实现放电。

此外，由于充电管45a中，被切割并朝向杆30弯曲的凸体45b具有针状结构，用以提高向杆30放电的性能，因此，空间电荷与地面电荷之间的放电可易于实现。

避雷器的性能比较

使用图13所示的测试仪器，对本发明实施例所述的避雷器以及各种传统的避雷器的性能进行比较。

图13所示的测试仪器包括高压发生部件70、高压探针72、电流检测部件73、电流放大部件74以及示波器76。其中，高压发生部件70用于产生高电压，以将负(-)直流电流引入圆板A中，圆板A的直径为1m，需要进行测试的各个避雷器B连接在圆板A上；高压探针72连接于高压发生部件70的输出端，以获得一电压值；电流检测部件73连接于高压发生部件70的输出端；电流放大部件74用于放大从电流检测部件73输出的电流；示波器76用于接收来自高压探针72和电流放大部件74的电压和电流，以显示该电压和电流。

在图13中，间隙d代表圆板A与各个避雷器B之间的距离。

为了使用本测试仪器来评价各个避雷器的电晕放电特性，高压发生部件70的负(-)直流电压输出端连接于圆板A，而其抛物线形部件连接于需要测试的各个避雷器B。

同时，为了测量电晕放电电流，间隙d设为80cm，而且高压发生部件70的输出电压采用400kV的最大电压。图14显示了电晕放电所产生的电流与电压之间的关系。

如图14的曲线图所示，与曲线A至D所代表的传统避雷器相比，在曲线E所代表的本发明所述的避雷器中，当相同的电晕放电电流流过时，其应用电压更低。

这意味着，与传统的避雷器相比，当雷雨云靠近时，本发明所述的避雷器发生闪电的可能性更低。

因此，需要防雷击的建筑物安装本发明所述的避雷器以后，可以显著地降低遭遇雷击的可能性。

工业应用

由此可见，在雷击发生之前，本发明所述的避雷器会释放雷雨云靠近建筑物所产生的、分布在建筑物周围空气中的空间电荷，以及由地面供给的地面电荷，由此阻断地面电荷的集中，从而减弱建筑物的整个电场。

当建筑物的整个电场减弱至小于发生闪电所需要的电场(闪电电场)时，可以显著地降低发生闪电的可能性。

Claims

1.一种避雷器，包括：

导电杆，安装在需要防雷击的物体的上部，并连接于地面装置；

绝缘体，与导电杆的上末端接合；

充电管，具有供所述导电杆穿过的管状主体，以及具有被切割并朝向所述导电杆弯曲的针状凸体，用于充入空间电荷。

2.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于：所述充电管与所述导电杆平行。

3.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于：在所述导电杆的纵向方向上，所述充电管彼此垂直连接，以形成一个两级结构。

4.根据权利要求1所述的避雷器，进一步包括：

充电板，在所述绝缘体的下方，通过绝缘主体作为介体，与所述导电杆接合；以及

放电装置，与所述导电杆接合，位于所述充电板下方。

5.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于：所述绝缘体由电绝缘性聚合物体形成。