CN105914488A - 高效放电接地模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效放电接地模块，属于电气工程技术领域。所述接地模块包括主通道、次通道以及副次级混合体；所述主通道和次通道由金属材料制成，所述副次级混合体由非金属导体材料制成；所述主通道为至少一条，所述次通道为围绕所述主通道展开和/或延伸的多线路结构和/或网状结构；所述主通道和所述次通道被包被于所述副次级混合体中。本发明还提供一种所述接地模块组成的接地网络以及该接地模块在防雷和接地方面的应用。采用本发明的接地模块和/或接地网络进行接地保护，具有结构合理、成本低廉、接地效果良好、运输安装方便等优点。

Description

高效放电接地模块

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体涉及一种高效放电接地模块。

背景技术

为了将雷击时所产生的强大电流引向大地，高压输电铁塔和变电站都配有避雷接地系统，该系统由地上的避雷器和地下的避雷接地放电网组成，避雷接地放电网基本由金属接地导体串接放电接地模块构成。而普通接地材料如角钢等，虽然能暂时达到接地要求，但其施工过程长、占地面积大、稳定性差等缺点已显现出来，而接地模块就是一种新型的接地材料，其占地面积小、稳定性强、施工占地面积小。接地模块被广泛应用于电力、化工、交通、通讯等领域的防雷接地、防静电接地、安全接地和工作接地等保护接地。

本领域现有的接地模块有，以非金属材料为主的接地体，它由低电阻、化学性能稳定的非金属材料和防腐金属电极组成。例如，发明专利申请201510040464.X公开了一种烧制膨胀石墨非金属接地模块，它是由纯度在99％以上的鳞片石墨，经第一次水洗、酸洗、第二次水洗、烘干、压制成型工序后，经高温烧制而成。本领域也存在以金属材料为主的接地模块，例如，发明专利申请201410502340.4提供了一种接地模块，具有顶面和下侧，包括：用于紧固的装置；以及成形的金属模块，其中，成形的金属模块进一步包括：两个或多个凸缘；穿过两个或多个凸缘的每一个的第一孔，所述第一孔构造为接纳用于紧固的装置；在凸缘之间形成到接地模块的下侧中的一致的间隙；以及穿过接地模块形成的第二孔，所述第二孔构造为接纳螺栓或螺钉之一。

总体来说，现有接地模块的结构过于单一，导流时处于无序状态从而不能很好地将雷电中的瞬态尖峰电流消耗并疏散。因此，本领域亟需开发一种全新结构的、能更好地疏导泄放瞬态尖峰电流，以降低雷电危害的接地模块。

发明内容

本发明基于本领域的上述缺陷与不足，提供了一种接地网络中可以迅速储存消耗雷电能量并逐渐泄放雷电流的接地模块，它可以克服土壤电阻过高而不能很好地及时泄放雷电能力的困难，能够瞬态间将雷电流吸收并汇集而有序分散导入大地。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种接地模块，其特征在于，包括主通道、次通道以及副次级混合体；

所述主通道和次通道由金属材料制成，所述副次级混合体由非金属导体材料制成；

所述主通道的数量为至少一条，所述次通道为与所述主通道接触且围绕所述主通道展开和/或延伸的多线路结构和/或网状结构；

所述主通道和所述次通道分别与所述副次级混合体接触且被包被于所述副次级混合体中。

所述主通道和所述次通道由条型金属材料构成，且构成所述导电主通道的条型金属材料比构成所述次通道的条型金属材料宽；

所述副次级混合体由非金属导电材料制成，用于包覆所述主通道和所述次通道；

所述主通道和所述次通道的条型金属材料之间相互接触地设置且分别与所述副次级混合体接触，以利于雷电电流经所述主通道分散到所述次通道再经所述副次级混合体排入周围接地土壤中。

所述主通道的至少一端伸出所述副次级混合体，为连接端，用于连接设备、电器、建筑和/或其它接地模块。

所述主通道的数量为多条，其排布方式包括，平行排布、十字交叉排布、井字型排布、米字型排布、菱形排布。

所述次通道均匀围绕所述主通道展开和/或延伸。

所述连接端为连接排；所述连接指，通过所述连接排进行螺孔连接或焊接。

所述主通道为金属型材或金属铸造件；

所述金属型材选自：由圆钢、扁钢、铜条、不锈钢板、铝板组成的组；

所述次通道指金属网状结构和/或金属条组成的多线路结构；

所述网状结构选自：由四方网格、三角网格、蜂窝状网格、篦子状网格、圆孔网格、菱形网格组成的组；

所述多线路结构选自：由拓扑结构、发散状结构组成的组；

所述副次级混合体为所述非金属导体材料压制或烧制而成的四方体结构、柱体结构、棱形、多边形；

所述非金属导体材料选自：由石墨、矿物胶、导电水泥、膨润土组成的组；

所述金属材料选自：由铜、钢、铝、不锈钢组成的组。

一种接地模块，其特征在于，包括主通道、次通道以及副次级混合体；

所述主通道为两条呈十字交叉结构的扁钢；所述次通道为与所述主通道接触且围绕所述主通道均匀展开的金属网；

所述副次级混合体为由石墨、矿物胶、导电水泥混合压制而成的扁四方体；

所述主通道和所述次通道分别与所述副次级混合体接触且被包被于所述副次级混合体中；

所述主通道上的每条扁钢的两端伸出所述副次级混合体，作为连接端。

一种接地网络，其特征在于，由多个所述的接地模块通过所述连接端相互连接而成。

所述连接指，通过连接端进行螺孔连接或焊接。

所述的接地模块或所述的接地网络在防雷和/或接地方面的应用。

为了解决在接地处理中能更好地疏导、储存、并逐级泄放雷电的问题，本发明提供了一种接地模块，其包括主通道、次通道以及副次级混合体；所述主通道和次通道由金属材料制成，所述副次级混合体由非金属导体材料制成；主通道和次通道构成模块的金属框架，与外面包裹的副次级混合体在材料上具有差异，可实现雷电和/或电流的逐级疏导；利用材料差异而自然形成的导电能力(导电率差异)差异，促使雷电能量逐级耗损，从而达到接地降阻的目的。

所述主通道为至少一条，所述次通道为与所述主通道接触且围绕所述主通道展开和/或延伸的多线路结构和/或网状结构；主通道的作用是做为雷电/电流疏导泄放的主要通路，接地模块中必须至少设置一条主通道；而次通道则用于配合所述主通道进一步导流雷电、分散电流，故而次通道上的线路越多，即雷电和/或电流可以走通的通道越多，越有利于雷电分流和进一步泄放，因此将次通道设置成多线路结构和/或网状结构能起到很好的接地效果。

所述主通道和所述次通道分别与所述副次级混合体接触且被包被于所述副次级混合体中。副次级混合体主要的作用是储存主次通道传输来的雷电电荷并将它们瞬时释放至周围土壤环境中，从而起到过渡、缓冲、并有效排放雷电、降低模块与土壤之间导电能力差异的效果。如果没有副次级混合体，金属主通道和次通道直接埋于土壤中做接地的话，由于金属与不同环境的土壤导电率的差别较大，导致主次通道上的雷电电流大量堆积在金属框架上，不利于将雷电及时泄放至土壤中，导致接地效果不佳。

在本发明的一些实施例中，所述主通道和所述次通道由条型金属材料构成，且构成所述导电主通道的条型金属材料比构成所述次通道的条型金属材料宽，这样可以使较宽的主通道上可承载积蓄更大量的雷电电荷，更有利于储电能力主次分明，接导电流逐级泄放。采用条型金属，可使模块成型工艺更为简单、制作成本降低。所述副次级混合体由非金属导电材料制成，用于包覆所述主通道和所述次通道；所述主通道和所述次通道的条型金属材料之间相互接触地设置且分别与所述副次级混合体接触，以利于雷电电流经所述主通道分散到所述次通道再经所述副次级混合体排入周围接地土壤中。

在一些优选实施例中，所述主通道的至少一端伸出所述副次级混合体，为连接端。连接端的主要作用是多个接地模块之间可通过连接端相互连接在一起，或者接地模块通过连接端连接设备、电器、建筑。连接端是一个优选的设置，在没有连接端的情况下，设备、建筑也可通过直接连于外部包裹的副次级混合体与所述接地模块相连从而做接地处理，但连接效果没有连接端存在时好。

在一些具体的实施例中，所述主通道为多条，其排布方式包括，平行排布、十字交叉排布、井字型排布、米字型排布、棱形排布。主通道可以优选地设置成多条，好处是可以给雷电电流提供多个主要的泄放通道。排布方式优选上述几种，主要从主通道分布结构、制作成本与每条主通道两端伸出副次级混合体后的最终位置考虑。

在一些更为优选的实施例中，所述次通道均匀围绕所述主通道展开和/或延伸。均匀围绕的好处是：让瞬态雷电电流均匀泄放电能，转化电能。

在另一些实施例中，所述一条或多条主通道的两端伸出所述副次级混合体，做为连接端，用于连接设备、电器、建筑和/或其它接地模块。

在具体的实施例中，所述连接端为连接排；所述连接指，通过所述连接排进行螺孔连接或焊接；连接端也可以是本领域其它除连接排以外的连接结构，如接线端子、连接器等等。

在本发明更为具体的一些实施例中，所述主通道为金属型材或金属铸造件；

所述金属型材选自：由圆钢、扁钢、铜条、不锈钢板、铝板组成的组；

所述金属铸造件可以是黄铜铸造件、不锈钢铸造件、铸造钢、铸造铝合金等等。

所述次通道指金属网状结构和/金属条组成的多线路结构；

所述网状结构选自：由四方网格、三角网格、蜂窝状网格、篦子状网格、圆孔网格、棱形风格组成的组；

所述多线路结构指由多线段构成的规则或不规则结构，例如，拓扑结构、发散状结构；

所述副次级混合体由所述非金属导体材料压制而成；

所述非金属导体材料选自：由石墨、矿物胶、导电水泥、膨润土组成的组；

所述金属材料选自：由铜、铝、钢铁、不锈钢组成的组。

本发明提供一种优选的接地模块，其特点是：主通道为两条扁钢，呈十字交叉排布，次通道为金属网，均匀围绕在所述主通道四周；副次级混合体则是由石墨、矿物胶、导电水泥混合在一起压制而成的扁四方体，所述副次级混合体完全包被所述主通道和次通道，但每条主通道的两端均伸出副次级混合体，做成连接排形式，用作连接端。这种优选情况下的主通道结构，仅有两条，有效控制了生产成本，同时又比一条主通道具有强的泄放雷电的能力；两条呈十字交叉结构，使得伸出副次级混合体的两端做成连接排，均匀分布在混合四方体的四个侧面上，这样为接地模块在上下左右各个方向上的拓展或设备与模块之间各个方向上的连接留出了接口，便于接地实践过程中的实际操作。同时，副次级混合体采用上述几种非金属导电材料的混合，好处在于，不同材料在电导率上存在差异，混合后形成的副次级混合体在电导率上综合了三种材料的电导能力，更好地储存、转化、缓冲由主、次通道传输来的雷电电流，并将电流排放至接地的土壤中，可有效降低模块与土壤之间的导电能力差异，形成高效降阻模块。副次级混合体采用压制工艺，相比传统的烧制工艺，更为节能环保、成本低廉。副次级混合体被压制成扁四方体，这种形状方便接地安装、以及运输存放。

本发明将金属导体与模块主体材料形成高效导电状态，将主导电扁钢与模块内金属网形成导电主次通道，与副次级混合体(石墨、矿物胶、导电水泥)高效结合，将雷电电荷在流动中物理性转化并耗损而降低雷电瞬态能量。

基于上述接地模块，本发明还提供一种模块之间的左右、前后、上下交叉连接而形成的接地网络，接地模块之间通过所述连接端连接；所述接地网络可以将接地模块的接地作用无限量地放大、叠加，最终实现大量电气设备、建筑的接地要求。在接地工程实践中，可根据需要做接地保护的建筑、设备的实际大小、预受雷电损害的强度大小来酌情增减接地模块的数量，设置接地模块的排布方式等。

本发明还请求保护所述接地模块和/或所述接地网络在防雷和/或接地方面的应用。

本发明的接地模块可迅速吸收雷电尖锋危害电流，减少感应电压对电气线路及电气设备的危害电流强度，从而减少其损坏概率。利用金属、石墨、矿物胶、导电水泥的导电率较强但又各有区别而有序排列，给雷电流的导入泄放建立快、慢通道，有效克服雷电尖锋电流受阻面产生能量陡度蠕动的而对电气设备及系统的危险损坏。

本发明的接地模块相比普通接地模块的单一性简单结构具有显著不同，本发明接地模块正是由于结构上的创新，从而实现了良好的接地效果，它的主通道和次通道构成的金属框架能将无序导流形成主次分明的有序吸收和泄放，而副次级混合体所具备的超强的储存能力可以消耗绝大部分尖锋雷电。

采用本发明所述的接地模块和/或接地网络对电器、设备、建筑等物体进行接地保护，通过结构创新上的优势和材料组合上的特点将雷电进行能量储存、安全过渡、有序疏导、快速泄放，从而实现高效放电的接地效果，具有结构合理、成本低廉、接地效果良好、运输安装方便等优点。

附图说明

图1为本发明一个优选的实施例所提供的接地模块的结构图；

图2为本发明一个优选的实施例所提供的接地模块的主次通道结构图；

上述附图中的标记列示如下：1-主通道；2-次通道；3-副次级混合体；11-连接端；111-连接排；112-连接螺孔

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。

本发明提供了一种接地模块。在本发明所有的实施例中，所述接地模块都具有如下特点：所述接地模块其包括主通道1、次通道2以及副次级混合体3；所述主通道1和次通道2由金属材料制成，所述副次级混合体3由非金属导体材料制成；主通道1和次通道2构成模块的金属框架，与外面包裹的副次级混合体3在材料上具有差异，可实现雷电和/或电流的逐级疏导；利用材料差异而自然形成的导电能力(导电率差异)差异，促使雷电能量逐级耗损，从而达到接地降阻的目的。

所述主通道1为至少一条，所述次通道2为与所述主通道1接触且围绕所述主通道1展开和/或延伸的多线路结构和/或网状结构；主通道1的作用是做为雷电/电流疏导泄放的主要通路，接地模块中必须至少设置一条主通道；而次通道2则用于配合所述主通道1进一步导流雷电、分散电流，故而次通道上的线路越多，即雷电和/或电流可以走通的通道越多，越有利于雷电分流和进一步泄放，因此将次通道2设置成多线路结构和/或网状结构能起到很好的接地效果。

所述主通道1和所述次通道2分别与所述副次级混合体3接触且被包被于所述副次级混合体3中。副次级混合体3主要的作用是储存主次通道传输来的雷电电荷并将它们瞬时释放至周围土壤环境中，从而起到过渡、缓冲、并有效排放雷电、降低模块与土壤之间导电能力差异的效果。如果没有副次级混合体3，金属主通道1和次通道2直接埋于土壤中做接地的话，由于金属与不同环境的土壤导电率的差别较大，导致主次通道上的雷电电流大量堆积在金属框架上，不利于将雷电及时泄放至土壤中，导致接地效果不佳。

在一些实施例中，所述主通道1和所述次通道2由条型金属材料构成，且构成所述主通道1的条型金属材料比构成所述次通道2的条型金属材料宽，这样可以使较宽的主通道1上可承载积蓄更大量的雷电电荷，更有利于储电能力主次分明，接导电流逐级泄放。采用条型金属，可使模块成型工艺更为简单、制作成本降低。所述副次级混合体3由非金属导电材料制成，用于包覆所述主通道1和所述次通道2；所述主通道1和所述次通道2的条型金属材料之间相互接触地设置且分别与所述副次级混合体3接触，以利于雷电电流经所述主通道1分散到所述次通道2再经所述副次级混合体3排入周围接地土壤中。

在一些优选实施例中，所述主通道1的至少一端伸出所述副次级混合体，为连接端11。连接端11的主要作用是多个接地模块之间可通过连接端11相互连接在一起，或者接地模块通过连接端11连接设备、电器、建筑。连接端是一个优选的设置，在没有连接端11的情况下，设备、建筑也可通过直接连于外部包裹的副次级混合体与所述接地模块相连从而做接地处理，但是效果没有连接端11存在时好。

在一些具体的实施例中，所述主通道1为多条，其排布方式包括，平行排布、十字交叉排布、井字型排布、米字型排布、棱形排布。主通道1可以优选地设置成多条，好处是可以给雷电电流提供多个主要的泄放通道。排布方式优选上述几种，主要从主通道分布结构、制作成本与每条主通道两端伸出副次级混合体后的最终位置考虑。

在一些更为优选的实施例中，所述次通道2均匀围绕所述主通道1展开和/或延伸。均匀围绕的好处是：能更为快速地泄放雷电能量。

在另一些实施例中，所述一条或多条主通道1的两端伸出所述副次级混合体3，做为连接端11，用于连接设备、电器、建筑和/或其它接地模块。

在具体的实施例中，所述连接端11为连接排111；所述连接指，通过所述连接排111进行螺孔112连接或焊接；连接端11也可以是本领域其它除连接排111以外的连接结构，如接线端子、连接器等等。

在更为具体的一些实施例中，所述主通道1为金属型材或金属铸造件；

所述金属型材选自：由圆钢、扁钢、铜条、不锈钢板、铝板组成的组；

所述金属铸造件可以是黄铜铸造件、不锈钢铸造件、铸造钢、铸造铝合金等等。

所述次通道2指金属网状结构和/金属条组成的多线路结构；

所述网状结构选自：由四方网格、三角网格、蜂窝状网格、篦子状网格、圆孔网格、菱形网格组成的组；

所述多线路结构选自：由拓扑结构、发散状结构组成的组；

所述副次级混合体3由所述非金属导体材料压制而成；

所述非金属导体材料选自：由石墨、矿物胶、导电水泥、膨润土组成的组；

所述金属材料选自：由铜、铝、钢、不锈钢组成的组。

本发明的一些优选实施例还提供一种接地模块，其特点是：主通道1为两条扁钢，呈十字交叉排布，次通道2为金属网，均匀围绕在所述主通道四周；副次级混合体3则是由石墨、矿物胶、导电水泥混合在一起压制而成的扁四方体，所述副次级混合体3完全包被所述主通道1和次通道2，但每条主通道1的两端均伸出副次级混合体3，做成连接排形式，用作连接端。这种优选情况下的主通道1结构，仅有两条，有效控制了生产成本，但又比一条主通道1具有强的泄放雷电的能力；两条呈十字交叉结构，使得伸出副次级混合体3的两端做成连接排111，均匀分布在混合四方体的四个侧面上，这样为接地模块在上下左右各个方向上的拓展或设备与模块之间各个方向上的连接留出了接口，便于接地实践过程中的实际操作。同时，副次级混合体3采用上述几种非金属导电材料的混合，好处在于，不同材料在电导率上存在差异，混合后形成的副次级混合体3在电导率上综合了三种材料的电导能力，更好地储存、转化、缓冲由主、次通道传输来的雷电电流，并将电流排放至接地的土壤中，可有效降低模块与土壤之间的导电能力差异，形成高效降阻模块。副次级混合体3采用压制工艺，相比传统的烧制工艺，更为节能环保、成本低廉。副次级混合体3被压制成扁四方体，这种形状方便接地安装、以及运输存放。

本发明的一些实施例还请求保护所述接地模块在防雷和/或接地方面的应用。

本发明的另一些实施例还提供一种基于上述接地模块的接地网络，所述模块之间的左右、前后、上下交叉连接而形成的接地网络，接地模块之间通过所述连接端11连接；所述接地网络可以将接地模块的接地作用无限量地放大、叠加，最终实现大量电气设备、建筑的接地要求。

Claims (11)

1.一种接地模块，其特征在于，包括主通道、次通道以及副次级混合体；

所述主通道和次通道由金属材料制成，所述副次级混合体由非金属导体材料制成；

所述主通道的数量为至少一条，所述次通道为与所述主通道接触且围绕所述主通道展开和/或延伸的多线路结构和/或网状结构；

所述主通道和所述次通道分别与所述副次级混合体接触且被包被于所述副次级混合体中。

2.根据权利要求1所述的接地模块，其特征在于，所述主通道和所述次通道由条型金属材料构成，且构成所述导电主通道的条型金属材料比构成所述次通道的条型金属材料宽；

所述副次级混合体由非金属导电材料制成，用于包覆所述主通道和所述次通道；

所述主通道和所述次通道的条型金属材料之间相互接触地设置且分别与所述副次级混合体接触，以利于雷电电流经所述主通道分散到所述次通道再经所述副次级混合体排入周围接地土壤中。

3.根据权利要求1或2所述的接地模块，其特征在于，所述主通道的至少一端伸出所述副次级混合体，为连接端，用于连接设备、电器、建筑和/或其它接地模块。

4.根据权利要求1-3任一所述的接地模块，其特征在于，所述主通道的数量为多条，其排布方式包括，平行排布、十字交叉排布、井字型排布、米字型排布、菱形排布。

5.根据权利要求1-4任一所述的接地模块，其特征在于，所述次通道均匀围绕所述主通道展开和/或延伸。

6.根据权利要求3所述的接地模块，其特征在于，所述连接端为连接排；所述连接指，通过所述连接排进行螺孔连接或焊接。

7.根据权利要求1-5任一所述的接地模块，其特征在于，所述主通道为金属型材或金属铸造件；

所述金属型材选自：由圆钢、扁钢、铜条、不锈钢板、铝板组成的组；

所述次通道指金属网状结构和/或金属条组成的多线路结构；

所述网状结构选自：由四方网格、三角网格、蜂窝状网格、篦子状网格、圆孔网格、菱形网格组成的组；

所述多线路结构选自：由拓扑结构、发散状结构组成的组；

所述副次级混合体为所述非金属导体材料压制或烧制而成的四方体结构、柱体结构、棱形、多边形；

所述非金属导体材料选自：由石墨、矿物胶、导电水泥、膨润土组成的组；

所述金属材料选自：由铜、钢、铝、不锈钢组成的组。

8.一种接地模块，其特征在于，包括主通道、次通道以及副次级混合体；

所述主通道为两条呈十字交叉结构的扁钢；所述次通道为与所述主通道接触且围绕所述主通道均匀展开的金属网；

所述副次级混合体为由石墨、矿物胶、导电水泥混合压制而成的扁四方体；

所述主通道和所述次通道分别与所述副次级混合体接触且被包被于所述副次级混合体中；

所述主通道上的每条扁钢的两端伸出所述副次级混合体，作为连接端。

9.一种接地网络，其特征在于，由多个权利要求1-8任一所述的接地模块通过所述连接端相互连接而成。

10.根据权利要求9所述的接地网络，其特征在于，所述连接指，通过连接端进行螺孔连接或焊接。

11.权利要求1-8任一所述的接地模块或权利要求9或10所述的接地网络在防雷和/或接地方面的应用。