CN105514806B - 避雷针及其接闪极柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种避雷针，属于防雷工程技术领域。所述避雷针包括1个或多个接闪极柱，至少一个所述接闪极柱采用铪或铪合金为原材料。本发明还提供了一种用于避雷针的接闪极柱，其采用铪或铪合金为原材料。本发明还提供了所述避雷针和/或所述接闪极柱在防雷和/或避雷方面，或超高环境中防雷和/避雷方面的应用。采用本发明所述的避雷针和/或接闪极柱，可有效地将避雷针瞬态热承受能力提高到4100度以上，同时将避雷针的电阻率保持在(20摄氏度)：2.6548～5.196×10负8次方Ω/M之间的水平，在超高空环境中对抗雷电可有效防止高温导致的熔化和受损。

Description

避雷针及其接闪极柱

技术领域

本发明属于防雷工程技术领域，具体涉及一种基于铪材料的避雷针及其接闪极柱。

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(构)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，基于避雷针基本的防雷作用，从避雷保护范围、放电效果、接闪器表面防护、是否便于安装运输、使用寿命、制作成本、引雷效果等方面研发出了各种具有不同的改进功能的避雷针，具体如下：

发明专利ZL201310193855.6提供了一种基于改变空间电场分布从而无电晕发生的避雷针，包括立柱、设在立柱顶端的引雷电极、在立柱上用水平及斜向支撑杆支撑的水平均压环、立柱下方的放电腔和固定底盘，引雷电极经立柱连接放电腔，引雷电极分为主引雷电极和辅引雷电极，辅引雷电极设在主引雷电极的周围，支撑杆为半导体支撑杆，主引雷极和辅引雷极固定在一球状的均场球上，均场球固定在立柱顶端；均压环固定在引雷电极周围并低于雷电极尖端5cm。该避雷针大大增加引雷效果、避雷可靠，且制造容易、安装施工方便。

发明专利申请201310202211.9提供了一种避雷针，其具有针体、角钢和调整螺栓，所述的角钢通过螺栓固定在输电铁塔塔头上并接地，角钢上设有调整滑道，调整螺栓通过调整锁紧螺母安装在调整滑道上，针体的尾端穿过调整螺栓后用螺栓固定。所述避雷针通过调整螺栓以调整保护角，扩大了避雷线的保护范围，解决了绕击雷对铁塔及其绝缘子和导线构成威胁的问题，有效地保护了铁塔及其绝缘子和导线。

实用新型专利ZL201320129470.9公开了一种移动升降式接闪杆，包括接闪杆主体和接地装置、支撑底座，所述接闪杆主体分为数段，每段长为2米至5米，每两段之间均采用可拆分结构连接，所述接地装置与接闪杆主体之间可拆分连接、所述支撑底座与接闪杆主体之间可拆分连接。该避雷针组装拆卸方便，便于运输，且接闪杆高度可根据实际需要灵活调节。

发明专利申请201410153881.0提供了一种避雷接闪器，包括顶端为尖头的接闪杆和用于与建筑物屋顶连接的安装底座，所述的接闪杆垂直连接在安装底座上；其特征在于：它还包括预放电装置和防雷保护装置，所述的预放电装置和防雷保护装置均设置在接闪杆的中部，且防雷保护装置位于预放电装置的下方；所述的接闪杆表面通过热浸镀锌镀有一层镀锌层，镀锌时的镀锌溶液中含有稀土，其中稀土的含量为镀锌溶液的0.1％～0.2％。该避雷接闪器具有能聚集大量电离子，抗氧化抗腐蚀性能好等特点。

发明专利申请201510436433.6公开了一种包括法兰的避雷针，所述法兰与支撑管一体成型，法兰的正面和反面分别设有加强筋，法兰的底部通过螺栓与塔体固定连接，支撑管中部固定有铜带卡具，铜带通过锁紧钢圈固定在所述铜带卡具上，避雷针尖通过箍具固定在支撑管的顶部。该避雷针具有加工工艺简单，不易产生变形，易于配合安装，构件简单，现场安装方便等特点。

然而，本领域尚存在以下空白：在200多米以上超高空环境中，强对流雷电所产生的高温常常可以达到3000度左右，普通避雷针一般采用铁、铜和不锈钢材料，而这些金属材料的最高承受温度为1600以下，因此常常出现普通避雷针被雷电流的热效应及机械效应给打坏及局部瞬间熔化的事故，同时雷电接闪所产生的强大感应电荷会导致避雷针成为引雷装置。因此亟需开发出一种可用于超高空环境中的、具有良好耐高温能力的新型避雷针，而本领域尚未见到相关的此类报道。

发明内容

本发明基于上述领域的空白，提供了一种可用于超高空环境中的，在强对流雷电所产生的高温环境下能保证良好的防雷效果的避雷针。

本发明的技术方案如下：

一种避雷针，其特征在于，包括1个或多个接闪极柱，至少一个所述接闪极柱采用铪或铪合金为原材料。以铪或铪合金为原材料制成本发明避雷针的接闪极柱，可以有效地将避雷针瞬态热承受能力提高到4100度以上。

所述避雷针还包括接闪杆；所述接闪杆一端用于与建筑物相连接，另一端为自由端，用于安装接闪元件，所述接闪极柱的一端连接在所述接闪杆的自由端，另一端为接闪触头。接闪杆自由端的顶部还可以包括主接闪针，主接闪针和所述接闪极柱的接闪触头的作用都是用于接闪雷电。接闪杆的作用除了接导雷电还可以做为所述接闪极柱的支撑构件。

所述接闪极柱采用铪或铪合金为原材料指，轴心采用铪或铪合金制成，铪或铪合金制成的所述轴心的外周采用其它金属材料包裹，铪或铪合金制成的所述轴心的顶端即为所述接闪触头。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。

所述其它金属材料包裹在所述铪或铪合金外围并在临近所述接闪触头的位置形成凸缘结构的放电圈。设置上述结构的放电圈，有益效果在于，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。经测试，包含这种放电圈结构的避雷针的有效中和正负离子电荷范围(直径)可达6000mm～8000mm。

具体地，所述其它金属材料为金、银、铜、铝。进一步地，所述其它金属材料优选为紫铜，好处是，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。

进一步地，所述避雷针还包括金、银、铜、铜包金、铜包银、铜镀银、铝、合金钢或合金钢2#为原材料的接闪极柱。本发明的避雷针除了包括具有耐超高温能力的铪接闪极柱外，还可以包括本领域避雷针常用金属制作的接闪极柱，使本发明的避雷针既能耐高温防止受损又兼具普通避雷针的防雷效果。

一种用于避雷针的接闪极柱，其特征在于，所述接闪极柱采用铪或铪合金为原材料。包含这种以铪或铪合金为原材料制成的接闪极柱的避雷针，可以有效地在超高空环境的避雷过程中将瞬态热承受能力提高到4100度以上。

所述接闪极柱的一端用于避雷针的接闪杆上，另一端为接闪触头。接闪极柱可与常规接闪杆相连接从而使常规接闪杆/避雷针同样获得耐高温的能力。

所述接闪极柱采用铪或铪合金为原材料指轴心采用铪或铪合金制成，铪或铪合金制成的所述轴心的外周采用其它金属材料包裹，铪或铪合金制成的所述轴心的顶端即为所述接闪触头；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。

所述其它金属材料包裹在所述铪或铪合金外围并在临近所述接闪触头的位置形成凸缘结构的放电圈。形成这种凸缘结构的放电圈，好处是，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，使有效中和正负离子电荷范围(直径)达到6000mm-8000mm。

所述其它金属材料为金、银、铜、铝。进一步地，所述其它金属材料优选为紫铜，好处是，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。

本发明请求保护所述接闪极柱在防雷和/或避雷方面的应用。

本发明还请求保护所述的接闪极柱和/或所述避雷针在超高环境中防雷和/避雷方面的应用。

本发明提供了一种由铪或铪合金制成的铪接闪极柱，可用于防雷/避雷。基于所述铪接闪极柱，本发明还提供了一种用于超高空环境中的避雷针，所述包含铪接闪极柱的避雷针的主要特性如下：将普通金属避雷针的耐高温能力从普通的1600摄氏度提高到4100度。本发明所述的铪接闪器和/或避雷针采用铪合金材料作为接闪极接触头，用紫铜包襄，从而有效地将避雷针瞬态热承受能力提高到4100度以上。同时将避雷针的电阻率(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。

本发明将合金铪应用于接闪电极之中，当雷电强电流中产生的超高温电荷以热、电、磁三种不同效应综合方式的巨大能量再通过避雷针引下线直接引入大地而耗损。因合金铪的加入致使超高空避雷针的接闪热熔点实现4100摄氏度。极大地提高了避雷针接闪高温雷云电荷的能力。非常适合于超高空建筑对接闪器在技术上的需求。

本发明创新地将铪合金应用至防雷领域，并获得了一种能对抗超高空环境中强对流雷云电产生的高温从而避免防雷装置受损的接闪极柱和/或避雷针。

本发明所述的接闪极柱和/或避雷针可以有效解决超高建(构)筑物高空雷云的强对流雷云电、热混合的直接雷击灼烧闪击避雷针熔化的危险，填补了本领域的上述空白，为超高空环境中，如超高建(构)筑物上的防雷和/或避雷提供了一种有效安全、不易熔化、耐高温、效果好的防雷/避雷装置。

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-接闪极柱；11-接闪触头；12-放电圈；2-接闪杆；21-主接闪针。

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所示，在本发明的所有本实施例中，提供的避雷针具有以下共同特点：包括1个或多个接闪极柱1，至少一个所述接闪极柱1采用铪或铪合金为原材料。性能测试显示，本发明的避雷针在瞬态热承受能力方面提高到4100度以上。

在此基础上，本发明还做了进一步的优化，从各不同的方面进一步提高了避雷针的性能。具体如下：

在进一步的实施例中，所述避雷针还包括接闪杆2；所述接闪杆2一端用于与建(构)筑物相连接，另一端为自由端，用于安装接闪元件，所述接闪极柱1的一端连接在所述接闪杆2的自由端，另一端为接闪触头11。

在一些实施例在接闪杆2自由端的顶部还可以包括主接闪针21，主接闪针21和所述接闪极柱1的接闪触头11的作用都是用于接闪雷电。接闪杆2的作用除了接导雷电还可以做为所述接闪极柱1的支撑构件。

在进一步的实施例中，优选地，所述接闪极柱1采用铪或铪合金为原材料指轴心采用铪或铪合金制成，铪或铪合金制成的所述轴心的外周采用其它金属材料包裹，铪或铪合金制成的所述轴心的顶端即为所述接闪触头11。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。

在进一步的实施例中，优选地，所述其它金属材料包裹在所述铪或铪合金外围并在临近接闪触头的位置形成凸缘结构的放电圈12。形成这种凸缘结构的放电圈，好处是，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，使有效中和正负离子电荷范围(直径)达到6000mm-8000mm。

在其他一些优选实施例中，所述其它金属材料具体为紫铜。好处是，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。

进一步的优选实施例中，所述避雷针还包括金、银、铜、铜包金、铜包银、铜镀银、铝、合金钢或合金钢2#为原材料制作的接闪极柱1。

本实施例还提供一种用于避雷针的接闪极柱1，其采用铪或铪合金为原材料。

进一步地，所述接闪极柱1的一端用于避雷针的接闪杆上，另一端为接闪触头。具体地，所述接闪极柱1采用铪或铪合金为原材料指轴心采用铪或铪合金制成，铪或铪合金制成的所述轴心的外周采用其它金属材料包裹，铪或铪合金制成的所述轴心的顶端即为所述接闪触头11；

所述其它金属材料包裹在所述铪或铪合金外围并在临近接闪触头的位置形成凸缘结构的放电圈12。

所述其它金属材料为金、银、铜、铝。从性能价值及应用时效等方面考虑，所述其它金属材料优选为紫铜。

本发明提供的避雷针由于设计体积较小，抗风强度较好，能够达到32.6m/s。

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
		瞬态热承受能力(摄氏度)	4100以上
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

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。

综上，本发明提供的避雷针以及接闪极柱可用于防雷和/或避雷，特别是可以用于在超高环境中防雷和/避雷。

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 (4)

1.一种避雷针，其特征在于，包括多个接闪极柱，至少一个所述接闪极柱的轴心采用铪或铪合金为原材料，

所述接闪极柱采用铪或铪合金为原材料指轴心采用铪或铪合金制成；所述铪或铪合金制成的轴心的顶端为接闪触头；

其它金属材料包裹在所述铪或铪合金制成的轴心外围并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几种：金、银、铜、铝。

2.根据权利要求1所述的避雷针，其特征在于，还包括接闪杆；所述接闪杆一端用于与建筑物相连接，另一端为自由端，用于安装接闪元件；所述接闪极柱的一端连接在所述接闪杆的自由端，另一端为接闪触头。

3.根据权利要求1所述的避雷针，其特征在于，所述其它金属材料为紫铜。

4.根据权利要1-3任一所述的避雷针，其特征在于，还包括金、银、铜、铜包金、铜包银、铜镀银、铝、合金钢为原材料的接闪极柱。