CN105514805B - 避雷针及其接闪系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有更好地雷电接闪效果的避雷针及其接闪系统，属于防雷工程技术领域。所述接闪系统包括球体以及安装在所述球体上的接闪极柱；至少一个所述接闪极柱为紫铜接闪极柱；所述紫铜接闪极柱一端为紫铜连接棒，用于与所述球体连接，所述紫铜接闪极柱的另一端的轴心位置延伸出合金正负触极。所述避雷针包括所述接闪系统。采用本发明所述的接闪系统和/或避雷针用于防雷/避雷领域，可有效中和雷电电荷，获得较大的中和雷电电荷的范围，从而提升接闪雷电的效果，进而使避雷针获得更好的防雷/避雷效果。

Description

避雷针及其接闪系统

技术领域

本发明属于防雷工程技术领域，具体涉及一种具有更好地雷电接闪效果的避雷针及其接闪系统。

背景技术

避雷针，又名防雷针、接闪杆、避雷器、接闪器，是用来保护建筑物、高大树木等避免雷击的装置。当雷云放电接近地面时，会使地面电场发生畸变。在避雷针的顶端，形成局部电场集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。

现有技术中，存在各种样式和构造的避雷针，典型的现有避雷针示例如下：

发明专利201210254359.2提供了一种预放电避雷针，包括接闪体、引下线、支撑杆和基座，所述接闪体与引下线的一端固定连接，所述引下线的另一端连接基座，所述基座接地连接，所述引下线设置在支撑杆内，其特征在于：所述支撑杆的上部设有针罩，所述针罩外表面装有太阳能吸收板，所述针罩内设有蓄电池和预放电感应装置，所述预放电感应装置线路连接针罩、引下线，所述针罩内设有内部电路，所述内部电路包括太阳能充电电路、充电检测与储能电路以及空气电压感应电路，所述太阳能充电电路中连接有太阳能吸收板和蓄电池，所述充电检测与储能电路中连接有蓄电池和充电检测装置，所述空气电压感应电路中连接有预放电感应装置及针罩，所述空气电压感应电路与对空感应电流输出电路相连，所述太阳能充电电路、充电检测与储能电路以及空气电压感应电路通过线路相连。该避雷针实现了提前放电的功能，保护半径更大，降低了每次接闪时的雷电流脉冲强度，减少了雷电感应引起的二次效应。

发明专利申请201410195177.1记载了一种预放电避雷针，其特征是：包括锥形结构的顶尖、连接在顶尖底部的底杆以及与底杆相连接的底座，所述的顶尖的顶端设有垂直朝上的针尖，针尖的外侧壁与顶尖的顶端面之间设有若干根弧形支撑杆，顶尖的底端边缘上环形设有若干片向外延伸的分流片。该避雷针通过预放电达到增强防雷效果的目的。

实用新型专利201520266667.6公开了一种包括杆体、钢球、圆锥体的构筑物接闪杆，所述杆体为由下至上逐渐变小的锥形或者阶梯轴；所述圆锥体设置在杆体的顶端，所述杆体穿过钢球的中心，且所述钢球位于杆体的中间位置。使用所述接闪杆能够提高避雷效果，延长使用寿命，并减少避雷针使用数量。

本领域尚不存在一种可有效中和雷电电荷以获得更好的雷电接闪效果的、具有新型结构的避雷针。

发明内容

本发明基于本领域的上述空白，提供了一套具有全新结构的、可有效中和雷电电荷、增强雷电接闪效果的接闪系统以及基于该接闪系统可获得更好的防雷效果的避雷针。

本发明的技术方案如下：

一种接闪系统，其特征在于，包括球体以及安装在所述球体上的接闪极柱；至少一个所述接闪极柱为紫铜接闪极柱；所述紫铜接闪极柱一端为紫铜连接棒，用于与所述球体连接，所述紫铜接闪极柱的另一端的轴心位置延伸出合金正负触极。

所述紫铜接闪极柱为多个，均匀对称地分布在所述球体表面的同一纬度线上。

所述接闪系统还包括铪接闪极柱；所述铪接闪极柱的一端与所述球体连接，另一端为接闪触头；所述铪接闪极柱的轴心采用铪或铪合金制成，所述轴心的顶端为接闪触头；所述轴心采用其它金属材料包裹，所述其它金属材料在临近所述接闪触头的位置形成凸缘结构的放电圈。

所述铪接闪极柱为多个，均匀对称地分布在所述球体表面的同一纬度线上，并与所述紫铜接闪极柱分布的纬度线不相同。

所述合金正负触极的合金材料选自下述中的一种或多种：铜合金、铝合金或银合金。

所述其它金属材料选自下述中的一种或多种：金、银、铜、铝。

所述接闪系统在防雷和/或避雷方面的应用。

一种避雷针，包括接闪杆，所述接闪杆一端为固定端，用于与建筑物相连接，另一端为自由端；其特征在于，所述接闪杆接近自由端的位置还设置有权利要求1-6任一所述的接闪系统。

在所述接闪系统的球体顶端设置有主接闪针。

所述接闪杆的固定端通过接闪杆支架与建筑物相连接。

本发明提供了一种可用于避雷针上的接闪系统，包括球体以及安装在所述球体上的接闪极柱；这样的结构是根据金属物体尖端放电原理与最大曲力线电荷原理而设计制作，能对雷电电荷进行有效地接导和传输。至少一个所述接闪极柱为紫铜接闪极柱；所述紫铜接闪极柱一端为紫铜连接棒，用于与所述球体连接，所述紫铜接闪极柱的另一端的轴心位置延伸出合金正负触极。合金正负触极的设置主要为了起到与被保护环境中的正负电荷的高效平衡与中和作用，从而避免电荷因分离产生的巨大能量而形成的正、负核心现象，由此进一步构成的紫铜接闪极柱的作用是：聚集地面正(负)电荷离子与被吸引雷云电荷在一定范围内的空中中和，实现消除或减少雷电能量的作用。

进一步地，所述紫铜接闪极柱为多个，均匀对称地分布在所述球体表面的同一纬度线上。这种布置方式可以求得环境中各种气候差异的平衡公约安全数值，为达到中和雷电电荷的效果的最优布置。

进一步地，所述接闪系统还包括铪接闪极柱；所述铪接闪极柱的一端与所述球体连接，另一端为接闪触头；所述铪接闪极柱的轴心采用铪或铪合金制成，所述轴心的顶端为接闪触头；铪或铪合金制成的极柱轴心由于其耐高温的特性可用于接闪超高空环境中的雷电；所述轴心采用其它金属材料包裹，所述其它金属材料在临近所述接闪触头的位置形成凸缘结构的放电圈。其它金属材料指除铪或铪合金以外的导电性能良好的金属材料，采用所述其它金属材料包裹铪或铪合金制成的极柱轴心是为了对轴心形成一个比较强大完整的外围保护，避免铪合金轴心因外力损坏，延长铪极柱的使用寿命，从而达到更安全更长久的使用目的，同时这样包裹还更有利于铪合金对于高温的均匀承受和传输。而设置上述结构的放电圈，好处在于，由于放电圈的对外面积是接闪极柱的10倍，气流阻碍投影效应是接闪极柱的30倍，因此可以更好地增大空气中电荷与避雷针球体接触面，并让高空中的电荷更加容易聚集于接闪极柱，得更多的电荷中和时间，从而加大避雷针空中电荷中和能力及范围。

进一步地，所述铪接闪极柱为多个，均匀对称地分布在所述球体表面的同一纬度线上，并与所述紫铜接闪极柱分布的纬度线不相同。这种布置方式可以求得环境中各种气候差异的平衡公约安全数值，为达到中和雷电电荷的效果的最优布置。

具体地，所述合金正负触极的合金材料选自下述中的一种或多种：铜合金、铝合金或银合金。

具体地，所述其它金属材料选自下述中的一种或多种：金、银、铜、铝。由于强大雷云电流形成与入侵总是有一个相应的过程与时间，本发明将避雷针的的材料选择上根据各种金属导电能力的差异进行了技术上的排列，分别以金、银、铜、铜包金、铜包银、铜镀银、铝、合金钢和合金钢2#进行导电接闪组合，使避雷针从整体上实现一个导电、传输、接闪过程。结果发现，综合考虑性能、成本以及应用时效等方面，采用紫铜性价比最优。

本发明还请求保护所述的接闪系统在防雷和/或避雷方面的应用。经性能测试，采用本发明的接闪系统的避雷针除了具有现有常规避雷针接导雷电的能力外，还具有中和雷电电荷能力，且包含所述接闪系统的避雷针的有效中和正负离子电荷的范围可达到6000mm～8000mm。

本发明基于上述结构的接闪系统，还提供了具有更好的接闪效果的避雷针，其包括接闪杆，所述接闪杆一端为固定端，用于与建筑物相连接，另一端为自由端；其特征在于，所述接闪杆接近自由端的位置还设置有所述的接闪系统。采用上述接闪系统的避雷针除了具有现有常规避雷针接导雷电的能力外，还具有中和雷电电荷能力，经测试，本发明所述的避雷针有效中和正负离子电荷的范围可达到6000mm～8000mm。采用本发明所述的避雷针可产生更好地雷电接闪效果，从而达到更好地防雷的目的。此外，在导电接闪能力方面，本发明所述的避雷针与现有常规的普通避雷针相比较，避雷针的电阻率(20摄氏度下)保持在2.6548×10^-8Ω/m～5.196×10^-8Ω/m之间，该数值低于现有常规的避雷针，说明本发明所述的避雷针的导电接闪能力优于普通避雷针。

进一步地，在所述接闪系统的球体顶端设置有主接闪针。其作用是：接闪最大雷云电荷的闪击，形成主要上行先导通道的作用。具体地，所述接闪杆的固定端通过接闪杆支架与建筑物相连接。本发明所述避雷针通过支架固定连接于建筑物上，同时由于本发明避雷针的体积设计较小，因此可以获得32.6m/s的抗风强度。

本发明通过性能测试，确定本发明提供的接闪系统和基于该接闪系统的避雷针能够获得直径为6000mm～8000mm的有效中和正负离子电荷范围，因此，本发明所述的接闪系统和避雷针可将雷云电荷非常有效地进行一个亚超导、储能、预接闪、接闪、传输、泄放的运行过程。对雷云的生成与瞬态入侵起到良好的先行介入而实现前期影响，对降低雷电强度，放慢雷电入侵速度等等物理数值均可起到良好的效果。现有普通的避雷针仅仅只能接导和传输雷电，但本发明所述的接闪系统和避雷针由于其特有的结构，能够中和雷电电荷，增加接闪雷电的效果，从而获得更好地防雷效果。

附图说明

图1为本发明所述避雷针及其接闪极柱的整体结构图。

图2为本发明所述避雷针及其接闪极柱的俯视结构图。

图中的标记列示如下：1-铪接闪极柱；11-接闪触头；12-放电圈；2-接闪杆；21-主接闪针；3-紫铜接闪极柱；31-紫铜连接棒；32-合金正负触极；4-球体；5-接闪杆支架。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不以此来限制本发明的范围。如无特殊说明，下述实施例中使用的操作均为常规方法，所采用的部件和耗材均可以商购获得。

如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，提供了一种可用于避雷针上的接闪系统，包括球体4以及安装在所述球体4上的接闪极柱；这样的结构是根据金属物体尖端放电原理与最大曲力线电荷原理而设计制作，能对雷电电荷进行有效地接导和传输。至少一个所述接闪极柱为紫铜接闪极柱3；所述紫铜接闪极柱3一端为紫铜连接棒31，用于与所述球体4连接，所述紫铜接闪极柱31的另一端的轴心位置延伸出合金正负触极32。合金正负触极32的设置主要为了起到与被保护环境中的正负电荷的高效平衡与中和作用，从而避免电荷因分离产生的巨大能量而形成的正、负核心现象，由此进一步构成的紫铜接闪极柱3的作用是：聚集地面正(负)电荷离子与被吸引雷云电荷在一定范围内的空中中和，实现消除或减少雷电能量的作用。

在本发明的另一些实施例中，进一步地，所述紫铜接闪极柱3为多个，均匀对称地分布在所述球体4表面的同一纬度线上。这种布置方式可以求得环境中各种气候差异的平衡公约安全数值，为达到中和雷电电荷的效果的最优布置。

在本发明进一步的实施例中，所述接闪系统还包括铪接闪极柱1；所述铪接闪极柱1的一端与所述球体4连接，另一端为接闪触头11；所述铪接闪极柱1的轴心采用铪或铪合金制成，所述轴心的顶端为接闪触头11；铪或铪合金制成的极柱轴心由于其耐高温的特性可用于接闪超高空环境中的雷电；所述轴心采用其它金属材料包裹，所述其它金属材料在临近所述接闪触头11的位置形成凸缘结构的放电圈12。其它金属材料指除铪或铪合金以外的导电性能良好的金属材料，采用所述其它金属材料包裹铪或铪合金制成的极柱轴心是为了对轴心形成一个比较强大完整的外围保护，避免铪合金轴心因外力损坏，延长铪极柱1的使用寿命，从而达到更安全更长久的使用目的，同时这样包裹还更有利于铪合金对于高温的均匀承受和传输。而设置上述结构的放电圈12，好处在于，由于放电圈12的对外面积是接闪极柱的10倍，气流阻碍投影效应是接闪极柱的30倍，因此可以更好地增大空气中电荷与避雷针球体4接触面，并让高空中的电荷更加容易聚集于接闪极柱，得更多的电荷中和时间，从而加大避雷针空中电荷中和能力及范围。

进一步地，在本发明某些实施例中，所述铪接闪极柱1为多个，均匀对称地分布在所述球体4表面的同一纬度线上，并与所述紫铜接闪极柱3分布的纬度线不相同。这种布置方式可以求得环境中各种气候差异的平衡公约安全数值，为达到中和雷电电荷的效果的最优布置。

具体地，所述合金正负触极32的合金材料选自下述中的一种或多种：铜合金、铝合金或银合金。

具体地，所述其它金属材料选自下述中的一种或多种：金、银、铜、铝。由于强大雷云电流形成与入侵总是有一个相应的过程与时间，本发明将避雷针的的材料选择上根据各种金属导电能力的差异进行了技术上的排列，分别以金、银、铜、铜包金、铜包银、铜镀银、铝、合金钢和合金钢2#进行导电接闪组合，使避雷针从整体上实现一个导电、传输、接闪过程。结果发现，综合考虑性能、成本以及应用时效等方面，采用紫铜性价比最优。

在本发明的一些实施例中，还提供了所述的接闪系统在防雷和/或避雷方面的应用。经性能测试，采用本发明的接闪系统的避雷针除了具有现有常规避雷针接导雷电的能力外，还具有中和雷电电荷能力，且包含所述接闪系统的避雷针的有效中和正负离子电荷的范围可达到6000mm～8000mm。由本发明所述接闪系统的创新结构导致的上述有效中和雷电电荷能力，进而使包含所述接闪系统的避雷针在导电接闪能力方面也显著优于现有常规的普通避雷针，具体地，在本发明中，用20摄氏度下的电阻率表征避雷针的导电接闪能力，电阻率越高则导电接闪能力越弱，经测试，包含本发明所述接闪系统的避雷针的电阻率保持在2.6548×10^-8Ω/m～5.196×10^-8Ω/m之间，而普通避雷针的电阻率(20摄氏度下)则大于这个数值。

基于上述结构的接闪系统，本发明的另外一些实施例还提供了具有更好的接闪效果的避雷针，其包括接闪杆2，所述接闪杆2一端为固定端，用于与建筑物相连接，另一端为自由端；其特征在于，所述接闪杆2接近自由端的位置还设置有所述的接闪系统。采用上述接闪系统的避雷针除了具有现有常规避雷针接导雷电的能力外，还具有中和雷电电荷能力，经测试，本发明所述的避雷针有效中和正负离子电荷的范围可达到6000mm～8000mm。采用本发明所述的避雷针可产生更好地雷电接闪效果，从而达到更好地防雷的目的。此外，在导电接闪能力方面，本发明所述的避雷针与现有常规的普通避雷针相比较，避雷针的电阻率(20摄氏度下)保持在2.6548×10^-8Ω/m～5.196×10^-8Ω/m之间，该数值低于现有常规的避雷针，说明本发明所述的避雷针的导电接闪能力优于普通避雷针。

在进一步的实施例中，在所述接闪系统的球体4顶端设置有主接闪针21。其作用是：接闪最大雷云电荷的闪击，形成主要上行先导通道的作用。具体地，所述接闪杆2的固定端通过接闪杆支架5与建筑物相连接。本发明所述避雷针通过支架5固定连接于建筑物上，同时由于本发明避雷针的体积设计较小，因此可以获得32.6m/s的抗风强度。

经本发明提供的有效方案中的避雷针，进一步提高了性能，在有效中和正负离子电荷范围、瞬态热承受能力方面至少达到了以下水平：

表1

有效中和正负离子电荷范围(直径)	6000mm-8000mm
		导电接闪能力(20摄氏度下的电阻率)	2.6548×10-8Ω/m～5.196×10-8Ω/m
瞬态热承受能力(摄氏度)	4100以上

其中一个实施例提供的避雷针参数如下：

表2

参数	参数
		主接闪针	1
铪极接闪极	6
		紫铜接闪极	6
合金正负电离触极	6
		整体高度	1200mm
材质	合金钢、铜、铝、铪、合金钢2#
		球径	120mm
主接闪器高度	260mm

本发明中用于避雷针性能测试的方法步骤如下：在同一接地网络上安装二根相同高度的避雷针(其中一根为本发明的避雷针，有一根为普通型避雷针)，然后在均等高度和均等间距的条件下，在避雷针样品上施加雷电冲击放电电流Imax(10/350μs)-100KA三次，观察并记录其各自接闪的次数。从而判断避雷针导电接闪能力。检测方法依据：GB18802.1-2011《低压配电系统的电涌保护器(SPD)第一部分：性能要求和试验方法》，以及IEC61643-1:2005《低压配电系统的电涌保护器(SPD)第一部分：性能要求和试验方法》。

在本发明中，避雷针的导电接闪能力用20摄氏度下的电阻率表征，电阻率数值越小，则表明避雷针的导电接闪能力越大。经测试，本发明的避雷针的电阻率(20摄氏度下)在2.6548×10^-8Ω/m～5.196×10^-8Ω/m之间，而普通避雷针的电阻率(20摄氏度下)则大于这个数值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种接闪系统，其特征在于，包括球体、安装在所述球体上的接闪极柱；至少一个所述接闪极柱为紫铜接闪极柱；所述紫铜接闪极柱一端为紫铜连接棒，用于与所述球体连接，所述紫铜接闪极柱的另一端的轴心位置延伸出合金正负触极；

所述接闪系统还包括铪接闪极柱，所述铪接闪极柱的一端与所述球体连接，另一端为接闪触头；所述铪接闪极柱的轴心采用铪或铪合金制成，所述轴心的顶端为接闪触头；所述轴心采用其它金属材料包裹，所述其它金属材料在临近所述接闪触头的位置形成凸缘结构的放电圈；

所述其它金属材料选自下述中的一种或多种：金、银、铜、铝。

2.根据权利要求1所述的接闪系统，其特征在于，所述紫铜接闪极柱为多个，均匀对称地分布在所述球体表面的同一纬度线上。

3.根据权利要求1所述的接闪系统，其特征在于，所述铪接闪极柱为多个，均匀对称地分布在所述球体表面的同一纬度线上，并与所述紫铜接闪极柱分布的纬度线不相同。

4.根据权利要求1所述的接闪系统，其特征在于，所述合金正负触极的合金材料选自下述中的一种或多种：铜合金、铝合金或银合金。

5.权利要求1-4任一所述的接闪系统在防雷和/或避雷方面的应用。

6.一种避雷针，包括接闪杆，所述接闪杆一端为固定端，用于与建筑物相连接，另一端为自由端；其特征在于，所述接闪杆接近自由端的位置还设置有权利要求1-4任一所述的接闪系统。

7.根据权利要求6所述的避雷针，其特征在于，在所述接闪系统的球体顶端设置有主接闪针。

8.根据权利要求6或7任一所述的避雷针，其特征在于，所述接闪杆的固定端通过接闪杆支架与建筑物相连接。