CN108701971B - 分散雷电流的斜拉桥的防雷装置 - Google Patents

Abstract

本发明的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置包括：避雷针(40)，设置于斜拉桥；接地体(80)，用于使避雷针容易与大地电连接；引下线(50)，用于连接避雷针(40)和接地体(80)；支撑电缆(30)，用于连接斜拉桥的主塔和桥梁顶板；保护用雷引线(60)，在多个上述支撑电缆中的顶部支撑电缆上被一个以上的多个绝缘支撑体(90)支撑，在避雷针(40)的下端与引下线(50)相联接；以及电流分散用导体(70)，配置于支撑电缆，在支撑电缆的两侧末端部分与引下线(50)及接地体(80)相联接。本发明为如下的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，即，无论是根据雷云的极性而从雷云朝向大地向下放电的雷电(以下，称之为“向下雷电”)，还是从大地朝向雷云向上放电的雷电(以下，称之为“向上雷电”)，在雷电通过设置于斜拉桥的避雷针或支撑电缆流入的情况下，雷电流(因雷电而流入的电流)分散流动在引下线和配置于各个支撑电缆的电流分散用导体，从而使向支撑电缆，尤其向形成支撑电缆的钢绞线的集合体流动的电流最小化，防止支撑电缆的机械强度因支撑电缆中所发生的发热，即，因雷电流和钢绞线的集合体的电阻引起焦耳热，因焦耳热而在支撑电缆发生火灾或热量，通过防止支撑电缆的机械强度因上述火灾或热量而下降，从而可确保斜拉桥的稳定性。并且，为了防止雷电流入支撑电缆(30)，在每个支撑电缆(30)设置避雷针，从而发挥与分别设置引下线的情况相同的效果，由此通过一个避雷针来防止在每个斜拉桥的支撑电缆设置避雷装置的复杂性，并且具有优异的施工性、经济性。

Description

分散雷电流的斜拉桥的防雷装置

技术领域

本发明涉及分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，更加详细地，涉及如下的斜拉桥的防雷装置，即，在斜拉桥的支撑电缆根据雷云的位置只能成为雷电流入路径的情况下，可使仅借助一个支撑电缆与大地形成的因雷电而流入支撑电缆的电流的路径成为多种电流路径，当雷电流入斜拉桥时，从雷电保护斜拉桥电缆，使得向构成负责支撑电缆的机械作用的支撑电缆的钢绞线(钢琴线等)流动的电流最小化。

背景技术

发生斜拉桥的支撑电缆因雷击而受损的情况。

因全球变暖等原因而增加雷电的发生频率，实际情况为频繁发生雷电流的大小为10×350us 50KA以上的高电流雷电，尤其，虽然斜拉桥为对结构物的安全产生致命影响的核心部件，但在斜拉桥的特性上，支撑电缆具有一侧与大地电连接，另一侧与雷云相向的形态的结构特征，因而雷电流入的可能性尚存，雷电流入地的支撑电缆起到如同避雷针的引下线的作用，支撑电缆自身作为一个电阻导体，具有可借助雷电流产生高热的电特征。

当向作为斜拉桥的主要结构要素的支撑电缆流入雷电时，在雷云与大地之间形成电流路径，由于支撑电缆成为电流路径，因而因支撑电缆的电阻或与支撑电缆、主塔及顶板相连接的连接部的接触电阻而与雷电流之间的相互作用，支撑电缆会发热，并且由于这种发热，不仅在支撑电缆发生火灾，而且削弱支撑电缆的机械强度，从而对斜拉桥的安全造成严重的影响。

一般情况下，虽然在斜拉桥的主塔上部设置有避雷装置(通常指富兰克林避雷针形态的避雷针，以下，称之为避雷针)，但在斜拉桥的特性上，雷云生成在比设置于主塔的避雷针更低的位置的情况很多，在雷云带(+)电荷的情况和带(-)电荷的情况下，因根据极性而带电的雷云与大地之间的闪络进行方向不同，根据设置于主塔的避雷针形态，雷云与大地之间的闪络开始电压也存在相当大的偏差，因而雷电流的大小也不同，从而流动在支撑电缆或避雷针的引下线的电流也不同。

像这样，在斜拉桥上用于连接主塔和桥梁的顶板的支撑电缆作为集合并捆扎钢琴线等钢线的导体，虽然具有比裸铜线等与避雷针相连接的引下线大的电阻，但仅仅为导体，因而在斜拉桥的支撑结构上，支撑电缆处于通过桥梁顶板与大地相联接的状态，主塔的被捆扎的上端部只能起到避雷针的作用。

由于这种结构特征，从而若雷电流入斜拉桥的支撑电缆而发生电缆断裂的事故，则因此而对桥梁安全产生严重的影响。

对此具体观察如下，支撑电缆作为连接桥梁顶板和主塔的金属导体，虽然没有像避雷针那样处于良好地与大地接地的状态，但也处于接地的状态。

在此情况下，向上或向下的雷电引起的电流路径形成与避雷装置相连接的电流的放电路径和由雷云和支撑电缆形成的雷电流的放电路径。

即，当发生雷电时，可能存在雷电通过避雷装置与雷云形成放电路径或形成雷云通过支撑电缆与大地相连接的放电路径的情况。

众所周知，通常避雷针的设置高度的规定半径下端由避雷针保护，但在斜拉桥的支撑电缆比避雷针更近的位置形成雷云的情况下，雷电的流入通过支撑电缆形成向大地流动的雷电流的放电路径(以下，称之为电流路径)。

在以如上所述的避雷针作为介质的大地与雷云之间未设置电流路径的状态下，当向支撑电缆流入雷电时，支撑电缆自身成为雷电流流动的线路，从而在支撑电缆发生相当于焦耳热程度的热量。

况且，在用于连接支撑支撑电缆的主塔和支撑电缆的连接部或用于连接支撑电缆和桥梁顶板的连接部稳定地与大地维持电连接的情况下，雷电流被大地吸收，但支撑电缆的电阻和因雷电流而发生的焦耳热是不可避免的，雷电流通常大部分为数百至数千安培以上，因而因支撑电缆的劣化而对机械强度产生影响，由此对桥梁的安全产生影响，这是显而易见的。

并且，在与支撑电缆电连接的主塔连接部或桥梁顶板连接部等中的电连接不稳定的情况下，可能发生因雷电、电流而引起的串联电弧，即便不发生串联电弧，也由于连接部的接触电阻增加，因而在连接部可能发生比支撑电缆的其他部位更多的热量。

并且，因雷云引起的雷电流和电压达到数千伏，电流也具有数百～数千安培短时间内通过导线向大地放电的电特性。

为此，从避雷针连接大地的引下线的电阻应达到0.2Ω以下，并基于裸铜线使用50mm²以上的电线，使得流入避雷针的雷电流顺畅地与大地进行放电。

但是，像斜拉桥那样由多个钢线束形成的支撑电缆虽然是导体，但电阻比正常的引下线大，作为并非考虑电特性而考虑到拉伸强度等机械强度方面的金属材料，当雷电流入时，并非考虑到使雷电所具有的电流顺畅地被大地吸收的电特性。

尤其，在斜拉桥等结构物中，个别支撑电缆设置在接近雷云的位置，虽然所要在主塔铺设避雷针来防止雷击损害，但在支撑电缆比主塔的避雷针更接近雷云的情况下，雷电可能流入支撑电缆。

尤其，为了解决上述问题，被授权的现有文献1公开了如下结构的斜拉桥的防雷结构，即，所要通过配置与支撑电缆电绝缘的裸铜线等来防止流入支撑电缆的雷电。

在钢骨架的钢筋结构物和钢筋混凝土结构体的情况下，众所周知，当其电阻为0.2Ω以下时可有效应对雷电流的流入(参照与建筑物的设备基准等有关的规则第二十条)，由于钢筋结构物具有多种电流路径，因而电流不会集中到一个钢筋结构，从而不会出现问题，但在像斜拉桥一样每个支撑电缆可起到避雷针的引下线作用的情况下，电流只能集中流动在各个支撑电缆，由此无法避免发热。

如上所述，在斜拉桥的支撑电缆只能成为雷电流入路径的情况下，由于向支撑电缆流入的雷电，所流入的电流不管以任何形态，均导致支撑电缆的发热，并且由于雷电流流入支撑电缆，从而仍然存在因发热而造成支撑电缆损坏的问题。

现有文献1公开了如下内容，即，在因根据雷云的极性向上的先行放电而发生雷电的情况下，可借助设置于主塔的避雷针来从向上的雷电中得到有效保护，并在通过在顶部支撑电缆的上部配置裸铜线来对应向下的雷电。

但是在斜拉桥的情况下，支撑电缆的一端被接地，另一端起到朝向雷云突出的避雷针的作用，根据雷云的位置，设置向上的雷电经过支撑电缆的上端的电流路径，从而可能在雷云与支撑电缆之间发生闪络，在此情况下，在被闪络的电缆中流动因雷电而产生的电流，从而可能引带电缆的损坏。

在向下雷电的情况下，可以借助配置于顶部支撑电缆的上端的裸铜线来吸收向下雷电，但观察斜拉桥的支撑电缆的配置，其呈上下展开的形态，根据雷云的位置，除了顶部支撑电缆之外，雷电还可以通过顶部下端的其他支撑电缆流入的可能性尚存，流入雷电的支撑电缆起到引下线的作用，因而可能流入大电流，从而始终存在引起支撑电缆的损坏的问题。

作为本技术领域的现有技术的日本授权专利第3199226号(以下，称之为文献1)公开了使雷电流入最小化的方案，本发明在无论雷电以任何方式向斜拉桥的电缆流入的情况下，使所流入的电流集中在一个支撑电缆中，从而使支撑电缆的损坏最小化，现有文献1和本发明在所要从雷电保护斜拉桥的意图上相同，但现有文献1所要防止雷电流入斜拉桥的支撑电缆，本发明所要在雷电流入斜拉桥的支撑电缆的情况下保护支撑电缆，从雷电保护斜拉桥的技术思想，即，发明的目的不同，解决方案以及其结构也不同。

并且，为了掌握基于可能发生在斜拉桥周边的雷云的极性的雷云与大地之间的放电类型，在两端之间带高电压的状态下，若对带电的电极之间因以空气层为介质的绝缘被破坏而发生放电的电晕或放电时发生电子事件的模式进行观察，首先，在向作为带高电压的电极之一的针电极施加(+)电压，并将另一个作为平板电极来接入大地的状态下，若对因发生电子事件而最终引起电极之间的绝缘被破坏的放电过程进行观察，则以如图5的(a)部分所示的形态，发生针电极周边会聚集脱离的电子，并且阳离子(+)呈朝向平板电极侧逐渐缩小的形状的第一次电子事件，之后，在针电极周边形成由阳离子和电子组混合的混合形态的离子区域，从而进行如图5的(b)部分所示的形态的第二次电子事件(avalanches)。

之后，阴离子在经过混合的离子区域朝向平板电极方向密集，并开始如图5的(c)部分所示的形态的辉光放电，随着朝向平板电极方向从电子组区域再经过上述第一电子事件、第二电子事件进展为辉光放电，并以分布在周围的如图5的(d)部分所示的形状进行，在针电极朝向平板电极侧形成击穿流光(Breakdown streamer)，并发光。

当将其应用于作为防雷装置的避雷装置时，针电极对应于带阳电荷的大地上接地的电极，带阴电荷的平板电极对应于雷云。

因此，以往的传统避雷针基于此来呈针电极的形态。

然后，向作为带高电压的电极之一的针电极施加(-)电压，并将另一个作为平板电极来接入大地的状态下，若对因通过施加在电极之间而发生电子事件并最终引起电极之间的绝缘被破坏的放电过程进行观察，则阳离子(+)和电子以如图6的(a)部分所示的形态从(-) 的针电极周边开始逐渐向(+)的平板电极侧扩大，并以扩大的形状发生阳离子，由于阳离子的重量比电子重，因而均匀地分布在引导体形状，由于电子轻，因而电子均容易聚集在(+)的平板电极侧的前部面，并呈电子的集合体形态。这种带电状态下，即，阳电子逐渐向针电极侧扩散并集中，并且在远离针电极侧的部分处阳电荷的密度降低，由此，进入辉光放电的过程以电子也分散并分布在密度降低的阳离子周围的如图6的(b)部分所示的形状进行。

之后，阴离子和阳离子在电极之间反复如上所述的过程，从而形成如图6的(c)部分所示的击穿流光(Breakdown streamer)并发光。

从上述中可知，即使具有相同的电极结构，根据施加于各个电极的电压的极性而展开至闪络的方式也不同。

尽管如此，仍然使用接地的电极呈针电极形态的传统避雷装置，本发明人也在实现用于减少直击雷流入概率的利用偶极子原理的避雷装置的过程中，开发出针电极形态的偶极子避雷针，作为其典型事例，在通过申请专利并得到授权的韩国授权专利10-1025499号(以下，称之为现有文献2)中公开了如下内容，即，“一种平板电极型偶极子带电管避雷装置，其特征在于，包括：连杆，由导电性物质形成，设置于从雷电受保护的物体的上端部，与接地单元相连接；带电单元，包括带电管和第一盖及第二盖，上述带电管呈管形(tube)，其中心贯通有上述连杆，朝向上述连杆侧形成有针形的尖端，上述第一盖及第二盖用于使上述带电管的两端结合在上述连杆；以及带电板，与上述连杆电连接，上述带电板包括第一带电板及第二带电板，在上述第二带电板与第二盖之间设置有第三带电板及第四带电板，在上述第四带电板沿着圆周边缘反复形成有凹凸，上述第一带电板及第二带电板的边缘朝向下部重叠，上述第三带电板的边缘朝向下部，上述第四带电板的边缘朝向上部，且上述边缘相接触，还设置有与上述连杆相结合来引导雷电的连杆盖，上述连杆盖和第一带电板形成为一体”，并且在通过申请专利来获得授权的韩国授权专利10-1496979号(以下，称之为文献3)公开了如下内容，即，“一种偶极子避雷装置，其特征在于，包括：固定板；连杆部件，长度方向的一端与上述固定板相结合，带大地电荷；绝缘子，沿着上述连杆部件的长度方向设置有2个以上；带电板，设置于相邻的上述绝缘子之间，与上述连杆部件电绝缘，带与大地电荷相反的极性的电荷；带电管，设置于上述带电板与绝缘子之间，与上述带电板电连接，带与大地电荷相反的极性的电荷；以及连杆盖，与上述连杆部件的上端相结合，用于引导雷电，上述连杆盖具有比上述绝缘子相对大的外径，以通过显著提高雷电流入面积来提高放电效率，并且包括：圆顶形状的第一盖；第二盖，与上述第一盖的半径方向的外周周围相结合；以及结合部件，用于使上述第一盖固定于连杆部件，上述结合部件包括：底板，形成有结合孔；以及结合件，与上述底板的结合孔相结合，在上述结合件的长度方向的外周周围形成有多层型卡定部，在上述连杆盖的内侧形成有紧固板，上述紧固板在收容上述结合件的同时形成与上述卡定部相对应地结合的卡止片”。本发明人获得了如上所述的多个相关专利，并持续进行研究开发。

考虑到上述平板式针电极中所发生的放电现象，在上述文献2及 3中所公开的针状的偶极子避雷装置中，接地电极大致呈针电极形态。

但是，由于放电方式根据施加于如上所述的带电电极的电压的极性而改变，若观察在相同条件、相同隔开距离内，向与雷云相应的平板电极和本发明人已开发的上述偶极子避雷装置之间增加相同波形的电压来进行的实验结果，则在向与雷云相应的平板电极施加负(-)电压，且向针状的偶极子避雷针(本发明人已开发的上述偶极子避雷装置)施加正(+)电压的情况下，可知绝缘破坏电压，即，电极之间的闪络为130KV，与此相反，在向与雷云相应的平板电极施加正(+) 电压，且向针状的偶极子避雷针(本发明人已开发的上述偶极子避雷装置)施加负(-)电压的情况下，可知绝缘破坏电压，即，电极之间的闪络为90KV，因而可知根据雷云所带的电荷的极性，闪络电压的差异达到40KV。

上述实验的结果是在本发明人设置的条件下进行的实验结果，作为用于说明可根据电极之间距离、试验时的实验室条件、偶极子避雷针的大小而改变的闪络电压根据供给于平板电极的电压的极性而存在差异的实验，为了本发明的说明而公开了上述实验值，在这种实验室测定出的测定值并不限制本发明。这在下文中也相同。

用于提取上述实验值的实验装置应用了上述本发明人的韩国授权专利10-1025499号的图6所示的实验装置，因而将省略具体说明。

根据上述实验结果，在包括上述文献2、文献3中所公开的偶极子避雷针的以往的避雷装置中，在雷云的电荷的极性根据雷云所带的电荷的种类，即，位置、季节、气温等等因素而改变的情况下，以往的偶极子避雷针存在具有动作特性，即，闪络电压的差异的问题，并且，文献1、文献2中所公开的偶极子避雷针层叠有放电电极、带电电极及接地电极等，由于基于这种层叠结构的制造上的困难，不仅成为成本上升的因素，而且制造成比较重的避雷装置，从而存在不便于设置、搬运、维护维修等的问题。

为了解决如上所述的问题，本发明提供如下的“分散雷电流的斜拉桥的防雷装置”，即，为了可使仅通过一个支撑电缆与大地形成的因雷电而流入支撑电缆的电流的路径成为多种电流路径，并使向构成负责支撑电缆的机械作用的支撑电缆的钢绞线(钢琴线等)流动的电流最小化，通过将电阻明显小于钢线的裸铜线、镀锡铜线或由它们编织而成的编织铜线并行设置(以下，称之为并设)于构成支撑电缆的钢绞线的最外围，来分散流动在支撑电缆的电流的电流分散用电线与避雷针的引下线电连接，当因雷电而向支撑电缆流入电流时，使向构成支撑电缆的钢绞线流动的电流最小化。

进而，在斜拉桥的周边所发生的雷云的电荷的极性根据位置、季节、温度、湿度等影响等而改变，根据雷云的极性，当雷云接近时，先行放电的方向为向上或向下，根据这种先行放电的特性，避雷装置的先行放电的开始电压发生偏差。

因此，本发明所要提供如下的斜拉桥用防雷装置，即，将设置于主塔等的避雷针设置成利用当雷云接近时通过先行放电来减少雷云与大地之间的电位的偶极子原理的偶极子避雷针，并使用根据雷云的极性的先行放电的开始电压的偏差少的偶极子避雷针，从而根据雷云的极性稳定地工作。

专利文献

现有文献1：日本授权专利第3199226号

现有文献2：韩国授权专利10-1025499号

现有文献3：韩国授权专利10-1496979号

发明内容

技术问题

本发明所要提供如下的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，即，在斜拉桥的支撑电缆根据雷云的位置只能成为雷电流入路径的情况下，为了可使仅借助一个支撑电缆与大地形成的因雷电而流入支撑电缆的电流的路径成为多种电流路径，并使向构成负责支撑电缆的机械作用的支撑电缆的钢绞线(钢琴线等)流动的电流最小化，通过将电阻明显小于钢线的裸铜线、镀锡铜线或由它们编织而成的编织铜线并行设置(以下，称之为并设)于构成支撑电缆的钢绞线的最外围，来分散流动在支撑电缆的电流的电流分散用电线与避雷针的引下线电连接，当因雷电而向支撑电缆流入电流时，使向构成支撑电缆钢绞线流动的电流最小化。

进而，在斜拉桥的周边所发生的雷云的电荷的极性根据位置、季节、温度、湿度等影响等而改变，根据雷云的极性，当雷云接近时，先行放电的方向为向上或向下，根据这种先行放电的特性，避雷装置的先行放电的开始电压发生偏差，因此，本发明所要提供如下的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，即，将设置于主塔等的避雷针设置成利用当雷云接近时通过先行放电来减少雷云与大地之间的电位的偶极子原理的偶极子避雷针，并使用根据雷云的极性的先行放电的开始电压的偏差少的偶极子避雷针，从而根据雷云的极性稳定地工作。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置包括：避雷针40，设置于斜拉桥；接地体80，用于使避雷针容易与大地电连接；引下线50，用于连接避雷针40和接地体80；支撑电缆30，用于连接斜拉桥的主塔10和桥梁顶板20；保护用雷引线60，在多个上述支撑电缆中的顶部支撑电缆上被一个以上的多个绝缘支撑体90支撑，在避雷针40的下端与引下线50相联接；以及电流分散用导体70，配置于支撑电缆，在支撑电缆的两侧末端部分与引下线50及接地体80 相联接。

在上述中，避雷针为具有平板型接地电极的偶极子避雷针，其特征在于，包括：金属支撑体，与引下线50、保护用雷引线60及电流分散用导体70电连接；平板型接地电极，与上述金属支撑体的一端相连接；带电电极，由金属材料形成，与上述平板型接地电极相隔开，带有与平板型接地电极的极性相反的极性；以及绝缘支撑体，一端支撑带电电极，另一端支撑金属支撑体或平板型接地电极，以在雷云接近时能够在平板型接地电极与带电电极之间发生放电，并且，上述平板型接地电极呈圆板形，带电电极为以隔开的方式设置于圆板形接地电极的圆周的外侧的环状的带电电极。

上述具有平板型接地电极的偶极子避雷针的特征在于，上述环状的带电电极为由金属管形成的具有平板型接地电极的偶极子避雷针，上述平板型接地电极呈圆板形，带电电极被圆板形接地电极的圆周外侧隔开，并设置于相同的平面上，在带电电极形成有由金属板或金属线或金属管、金属棒中的一个制成的内部平面空间。

具有平板型接地电极的偶极子避雷针的特征在于，在平板型接地电极及呈金属板形状的带电电极穿孔有用于使雨水贯通的雨水孔。具有平板型接地电极的偶极子避雷针的特征在于，在上述平板型接地电极的末端朝向带电电极方向设置有锯齿形状或销形状的放电销，具有平板型接地电极的偶极子避雷针的特征在于，朝向上述平板型接地电极的末端与带电电极相向的方向设置有放电销，具有平板型接地电极的偶极子避雷针的特征在于，在上述平板型接地电极的外周面的下部沿着上下方向配置有环状的带电电极。

并且，在具有平板型接地电极的偶极子避雷针中，在带电电极由环状的金属管形成的情况下，为了在环状下容易实现电晕或放电，在金属管的内部填充作为Na、K、Ca、Al、Pt、Cr、Mn、W、Mo、Ce、 ErCl₃、Nd₂O₃及Y₂O₃中的一种或一种以上的混合物或合金的顺磁性材料，或者作为Fe、Ni、Co及这些金属的合金、硅钢、透磁合金 (Permalloy)、CrBr₃、GdCl₃中的一种的铁磁性材料，或者作为FeO、 MnO、NiO、CrSb、EuTe、MnTe、FeCl₂、CoCl₂及MnF₂中的一种的反铁磁性材料，或者作为Fe₃O₄、铁氧体(Ferrite)、Y₃Fe₅O₁₂的亚铁磁性材料中的一种的磁性材料，从而防止磁性材料暴露于自然环境，并使因设置场所的振动而引起的磁性材料的脱落等而造成的放电特性的变化最小化。

发明的效果

本发明为如下的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，即，无论是根据雷云的极性而从雷云朝向大地向下放电的雷电(以下，称之为“向下雷电”)，还是从大地朝向雷云向上放电的雷电(以下，称之为“向上雷电”)，在雷电通过设置于斜拉桥的避雷针或支撑电缆流入的情况下，雷电流(因雷电而流入的电流)分散流动在引下线和配置于各个支撑电缆的电流分散用导体，从而使向支撑电缆，尤其向形成支撑电缆的钢绞线的集合体流动的电流最小化，防止支撑电缆的机械强度因支撑电缆中所发生的发热，即，因雷电流和钢绞线的集合体的电阻引起焦耳热，因焦耳热而在支撑电缆发生火灾或热量，通过防止支撑电缆的机械强度因上述火灾或热量而下降，从而可确保斜拉桥的稳定性，尤其，为了防止雷电流入支撑电缆30，在每个支撑电缆30设置避雷针，从而发挥与分别设置引下线的情况相同的效果，由此通过一个避雷针来防止在每个斜拉桥的支撑电缆设置避雷装置的复杂性，并且具有优异的施工性、经济性。

并且，设置根据雷云的极性使放电开始电压的偏差最小化的偶极子避雷针，从而使流动在引下线和电流分散用导体的电流大小的偏差最小化，进而当设计斜拉桥梁的避雷设备时，可容易选定引下线和电流分散用导体的容量。

并且，设置利用当雷云接近时通过先行放电来减少雷云与大地之间的电位的偶极子原理的偶极子避雷针，并使用根据雷云的极性的先行放电的开始电压的偏差少的偶极子避雷针，从而具有根据雷云的极性稳定地工作的优点。

附图说明

图1为斜拉桥的普通结构图。

图2为连接有本发明的支撑电缆电流分散用引下线的雷电保护用斜拉桥结构图。

图3为本发明的支撑电缆电流分散用引下线与接地体相连接的结构图。

图4为配置有本发明的电流分散用引下线的支撑电缆的剖视图。

图5为示出在向平板式针电极中的平板电极施加(+)电压且使针电极接地的情况下的放电方式的图。

图6为示出在向平板式针电极中的平板电极施加(-)电压且使针电极接地的情况下的放电方式的图。

图7a、图7b及图7c为示出本发明第一实施例的具有平板型接地电极的偶极子避雷针的图。

图8a、图8b及图8c为示出本发明第二实施例的具有平板型接地电极的偶极子避雷针的图。

图9a、图9b、图9c、图9d、图9e及图9f为示出本发明第三实施例的具有平板型接地电极的偶极子避雷针的图。

图10为本发明的内置磁性材料的平板型接地电极的剖视图。

具体实施方式

以下，参照图1至图10来详细说明本发明的优选实施例。

本发明的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置在斜拉桥的支撑电缆根据雷云的位置只能成为雷电流入路径的情况下，为了可使仅借助一个支撑电缆与大地形成的因雷电而流入支撑电缆的电流的路径成为多种电流路径，并使向构成负责支撑电缆的机械作用的支撑电缆的钢绞线 (钢琴线等)流动的电流最小化，如图2所示，上述分散雷电流的斜拉桥的防雷装置包括：避雷针40，设置于斜拉桥；接地体80，用于使避雷针容易与大地电连接；引下线50，用于连接避雷针40和接地体 80；支撑电缆30，用于连接斜拉桥的主塔10和桥梁顶板20；保护用雷引线60，在多个上述支撑电缆中的顶部支撑电缆上被一个以上的多个绝缘支撑体90支撑，在避雷针40的下端与引下线50相联接；以及电流分散用导体70，配置于支撑电缆，在支撑电缆的两侧末端部分与引下线50及接地体80相联接。

在设置有本发明的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置的斜拉桥周边形成雷云的情况下，根据与雷云之间的距离或雷云的极性，在雷云与避雷针40或雷云与保护用雷引线60或雷云与支撑电缆30之间开始发生后述的图5或图6所示的形态的先行放电，并发生满足与雷云之间的距离或湿度等状态等的闪络条件的向上或向下的闪络，因此，因雷电而流入的电流在引下线50或支撑电缆30的钢绞线30-1的集合体和电流分散用导体70或保护用雷引线60中流动。

通常，在设置在斜拉桥的主塔等的避雷针40与雷云之间发生闪络，因雷电而流入的电流大部分通过引下线流动，而一部分被分散，从而通过钢绞线30-1的集合体和电流分散用导体70流动，因而钢绞线 30-1中发生的热量甚少。

在斜拉桥的特性上，雷云比避雷针40更接近保护用雷引线60，从而发生保护用雷引线60与雷云闪络的情况，此时，保护用雷引线60 与避雷针40下端的引下线50相连接，从而使大部分的流入电流向引下线50流动，而不向电阻相对大的支撑电缆30的钢绞线30-1的集合体流动，即使流入，也向以与钢绞线30-1电连接的方式配置的电流分散用导体70流动，从而在钢绞线30-1中发生的热量甚少。

并且，若观察斜拉桥的结构特征，用于连接斜拉桥的桥梁顶板20 和主塔10的支撑电缆30由金属材质形成，其一端处于与桥梁顶板20 具有规定电阻值的接地状态，与主塔10相连接的连接部具有与朝向雷云的避雷针相同的结构，从而使支撑电缆30起到与避雷装置相同的作用，上述避雷装置起到与连接在避雷针的引下线相同的作用。

在此状态下，与主塔10相连接的支撑电缆30的联接部比上述避雷针40或保护用雷引线60更接近于雷云，从而在雷电流入的情况下，支撑电缆30成为引下线，由此，因雷电而流入的电流均向支撑电缆30 的钢绞线30-1流动，从而可使钢绞线30-1发热，在支撑电缆30的联接部的电连接不良或接触电阻大的情况下，发生串联电弧，从而可能引发支撑电缆30的断线。

但是如图3所示，像本发明，将导电性优异的裸铜线或镀锡铜线、由编织的绞线或联合的导体形成的电流分散用导体70配置于钢绞线 30-1)来构成通过集合来形成为一体的支撑电缆30，如图4所示，分别从与主塔10联接的联接部和与桥梁顶板20联接的联接部的前端引出支撑电缆30来使其分别与引下线50及接地体80电连接，从而使流入支撑电缆30的雷电流通过电流分散用导体70流动，进而通过分散向雷电未流入的电流分散用导体70等流动，由此可防止支撑电缆70 被雷电流损坏。

进而，与支撑电缆30的主塔相连接的联接部随着与电流分散用导体70和引下线50及后述的偶极子避雷针40电连接，这实质上与偶极子避雷针设置在与支撑电缆30的主塔相连接的联接部的情况相同。

并且，发挥出与为了防止雷电流入支撑电缆30而在每个支撑电缆 30设置避雷针并分别设置引下线的情况相同的效果，因而本发明是通过一个避雷针来防止在每个斜拉桥的支撑电缆设置避雷装置的复杂性，并且具有优异的施工性、经济性的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置。

上述中，通过图4例示性公开了电流分散用导体70集合构成支撑电缆30的钢绞线30-1的结构的支撑电缆30，其例示性公开了在生产步骤中生产支撑电缆30的情况。

在使用中的电流分散用导体70未以一体的方式与支撑电缆30联合的支撑电缆30的情况下，如设置上述支撑电缆的保护用雷引线60，在支撑电缆上的用于保护支撑电缆30的保护皮30-2上设置导电性优异的裸铜线、镀锡线，编织或联合这些而成的导体，并以联接上述电流分散用导体70的方法相同的方法电连接并进行施工。

并且，由导电率高于钢绞线的金属形成用于保护支撑电缆30的保护皮30-2，并能够以联接上述电流分散用导体70的方法相同的方法电连接并进行施工。

支撑电缆上的保护用雷引线60的设置方法可应用本发明中所公开的现有文献1等中所述的公知技术来达到可支撑的程度即可，因而将省略具体说明。

本发明中所使用的避雷针为偶极子避雷针，将参照图7a至图10来具体说明。

本发明中所应用的偶极子避雷针的实施例的具有平板型接地电极的偶极子避雷针包括：金属支撑体300，一端与固定板(未图示)或建筑物的外部的支撑部(未图示)相结合或固定，通过电线等与埋设在未示出的大地的接地体等电连接；平板型接地电极100，由金属材质形成，通过螺纹结合或焊接等机械结合与金属支撑体300相结合并电连接；带电电极200，形成由当雷云接近时以与平板型接地电极100的极性相反的极性带电的金属线、金属管、金属板、金属棒等制成的内部平面空间；以及绝缘支撑体400，由绝缘材质形成，以与平板型接地电极100隔开规定距离的方式固定带电电极200，即，维持带电电极200 与接地电极100之间的间隙，以在雷云接近时能够在带电电极200与接地电极100之间发生放电，或者连接带电电极200与金属支撑体300 之间，并可使它们电绝缘。

上述中，内部平面空间是指在带电电极200中由金属线、金属面、金属棒、金属管等形成封闭的回路的内部空间，在本发明中，以环状 (圆环形状)示出并以此为中心进行说明，但本发明并不局限于此。即，本发明的实施者可以根据需要变更形状。

首先，如上所述，上述平板型接地电极100处于通过螺纹结合或焊接与金属支撑体300的一端电连接的状态，最终，处于与大地接地的状态，当雷云接近时，上述平板型接地电极100为起到雷云与大地之间的相向电极作用的电极，其呈平板形状的圆板形态。

平板型接地电极110还可具有放电销110，上述放电销110为为了使与带电电极200之间的放电效果极大化，而形成在将圆周面的一部分或全部加工成锯齿形状或销形状(圆锯形状)的圆周上，且朝向带电电极200方向。

上述中，为了便于说明本发明而将接地电极描述为平板形圆板，但本发明不限于此，可朝向雷云方向维持平面，并可变更为与上述带电电极的形状相对应的多种形状，这是显而易见的。

并且，由于平板型接地电极100呈平板形状，因而可具有可排出雨水等的雨水孔120。

并且，在平板型接地电极100设置有用于支撑以规定间隔隔开的带电电极200的电极间支撑绝缘体410，以在雷云接近后与雷云发生闪络之前，可在平板型接地电极100与带电电极200之间通过上述现有技术等中所述的本技术领域公知的偶极子原理来发生放电。

其中，电极间支撑绝缘体410通过改变支撑部位来被赋予额外的名称，但除了支撑部位不同以往，实际上起到与绝缘支撑体400相同的功能。

因此，在本发明中，电极间支撑绝缘体410属于包含在绝缘支撑体400的一种。

在本发明中为了便于说明，如图1所示，将利用电极间支撑绝缘体410对接地电极100与带电电极200进行连接并支撑的结构称之为第一实施例。

电极间支撑绝缘体410起到与上述绝缘支撑体400相同的功能，并由与上述绝缘支撑体400相同的材质形成，虽然未示出电极间支撑绝缘体410，但通过设置螺纹或夹子结构的连接部来固定并支撑平板型接地电极100和带电电极200。

作为电极间支撑绝缘体410可应用本技术领域中惯用的绝缘子，为了确保爬电绝缘距离，表面可具有波纹形状(也称作波形形状)的凹凸结构。

带电电极200也可使用与平板型接地电极100相同的材质的金属材料，并利用金属管、金属线、金属棒、金属板来加工成环状(圆环形态)，在上述环状的内部空间配置有隔开规定间隔的平板型接地电极100，以此结构作为基本结构。

如上所述，为了说明本发明，基于圆环形态来说明了带电电极200，但再次表明本发明不限于此。

为了容易向平板型接地电极100方向放电，上述带电电极200也可具有放电销，如上所述，在与平板型接地电极100相同的平面上，可通过电极间支撑绝缘体410结合，如作为第二实施例的图2所示，可被与金属支撑体300相结合的绝缘支撑体400支撑。

用于对带电电极200和金属支撑体300进行支撑并使它们结合的绝缘支撑体400可应用本技术领域中惯用的绝缘子，为了确保下雨时的爬电绝缘距离，表面可具有波纹形状(也称作波形形状)的凹凸结构。

在上述中，对如下结构的偶极子避雷针进行了说明，即，将带电电极200和平板型接地电极100水平配置于相同的平面上，在圆环形状的带电电极200的内部配置平板型接地电极100，从而当雷云接近时，在带电电极200与平板型接地电极100之间发生放电，但在下大雪的区域因积雪而在带电电极200与平板型接地电极100之间发生导电的情况下，发生无法通过作为本发明的固有功能的偶极子发生放电的情况。

对此，利用图3来说明如下结构的第三实施例，即，工作原理与上述水平配置结构的本发明(第一实施例及第二实施例)相同，但在带电电极200的上部配置平板型接地电极100。

若观察图3，借助上述绝缘支撑体400对带电电极200和金属支撑体300进行支撑并使它们结合，平板型接地电极100具有圆周面下端的一部分仅覆盖形成带电电极200的环的上部的结构，对此阐述如下，使带电电极200的一部分被平板型接地电极100的边缘的下部隔开而重叠，从而，即使在下雪的情况下，可使带电电极200与平板型接地电极100之间维持绝缘状态，从而可实现不会受到因偶极子而引起的放电的干扰的具有平板型接地电极的偶极子避雷针。

进而，为了容易在带电电极200与平板型接地电极100之间放电，在上述沿着上下方向配置的带电电极200与平板型接地电极100相向的部分还可设置放电销110。

在此情况下，平板型接地电极100的雨水孔120不在带电电极200 与平板型接地电极100相重叠的部分设置。

在上述第一实施例、第二实施例、第三实施例中，放电销均设置于带电电极200与平板型接地电极100相向的部分，可以仅设置于一侧或设置于两侧，在设置于两侧的情况下，可以像梳齿110一样以留有规定间隔的方式交叉设置。

并且，虽然未示出作为本发明的另一实施例的第四实施例，但在带电电极200由环状的金属管形成的情况下，为了在环状下容易实现电晕或放电，在金属管的内部填充作为Na、K、Ca、Al、Pt、Cr、Mn、 W、Mo、Ce、ErCl₃、Nd₂O₃及Y₂O₃中的一种或一种以上的混合物或合金的顺磁性材料，或者作为Fe、Ni、Co及这些金属的合金、硅钢、透磁合金、CrBr₃、GdCl₃中的一种的铁磁性材料，或者作为FeO、MnO、 NiO、CrSb、EuTe、MnTe、FeCl₂、CoCl₂及MnF₂中的一种的反铁磁性材料，或者作为Fe₃O₄、铁氧体、Y₃Fe₅O₁₂的亚铁磁性材料中的一种的磁性材料，从而防止磁性材料暴露于自然环境，并使因设置场所的振动而引起的磁性材料的脱落等而造成的放电特性的变化最小化，在平板型接地电极100与带电电极200之间开始放电之后，可实现比以往的偶极子避雷装置增加放电电流的具有平板型接地电极的偶极子避雷针，这是因为本发明的带电电极200由金属管形成，可通过在上述金属管内通过填充磁性材料来实现在通过在以往的偶极子避雷针涂敷磁性物质来增加放电电流的偶极子避雷针中，因振动等引起的磁性材料的脱落、因自然暴露的氧化等而引起的放电特性变化。在偶极子避雷针中，通过磁性物质来使内部的极化现象极大化，从而增加放电电流的事实在由本发明人获得授权的韩国授权专利10-1512025号中公开，因而将省略其说明。

在上述第一实施例及第四实施例中，如图4所示，平板型接地电极100可具有在电连接的两个金属板之间内置磁性材料的结构，由此引发的作用过程及作用效果与在上述带电电极200由环状的金属管形成的情况下内置磁性物质的情况相同，磁性材料的种类也相同，因而将省略具体说明，磁性材料的厚度及内置方法应用了韩国授权专利 10-1512025中公开的技术，将省略具体说明。

并且，在本发明中，当雷云的接近时，通过在接地电极与带有与接地电极相反的极性的带电电极之间发生放电的偶极子原理来发生放电的事实以及发生放电对闪络电压产生影响的事实等采用本发明中所应用的偶极子的避雷装置的动作与上述专利文献等中公开的原理相同，因此将省略其说明。

在上述本发明的具有板形接地电极的偶极子避雷针中，在利用作为本发明人的授权专利的10-1025499号的图6所示的实验装置来向与雷云相应的平板电极施加负(-)电压，且向本发明的具有平板型接地电极的偶极子避雷针施加正(+)电压(与大地联接)的情况下，可知绝缘破坏电压，即，电极之间的闪络为170KV，与此相反，在向与雷云相应的平板电极施加正(+)电压，且向本发明的具有平板型接地电极的偶极子避雷针施加负(-)电压(与大地联接)的情况下，可知绝缘破坏电压，即，电极之间的闪络为150KV。即，可知本发明的具有平板型接地电极的偶极子避雷针的根据雷云极性的偏差为20KV。

观察上述实验结果，可知本发明的具有平板型接地电极的偶极子避雷针具有根据雷云的极性变化的闪络电压的偏差比以往的偶极子避雷针减少50％以上的效果。

并且，文献1、文献2中所公开的偶极子避雷针层叠有放电管、带电板、接地电极等，为了通过层叠这些来借助偶极子发生放电，具有如下复杂的组装结构，即，包括：绝缘子，沿着连杆部件的长度方向设置有2个以上；带电板，设置于相邻的上述绝缘子之间，与上述连杆部件电绝缘，带有与大地电荷相反的极性的电荷；带电管，设置于上述带电板与绝缘子之间，与上述带电板电连接，带与大地电荷相反的极性的电荷；以及连杆盖，与上述连杆部件的上端相结合，用于引导雷电，上述连杆盖具有比上述绝缘子相对大的外径，以通过显著提高雷电流入面积来提高放电效率，并且包括：圆顶形状的第一盖；第二盖，与上述第一盖的半径方向的外周周围相结合；以及结合部件，用于使上述第一盖固定于连杆部件。如此具有需要使多种部件和带电管、绝缘子、带电板等与连杆部件相结合的复杂的组装结构，但如上所述，本发明包括金属支撑体300、平板型接地电极100、带电电极200 及绝缘支撑体400，因而可知部件数量显著减少，并且避雷装置的总重量减少约5～7kg，且非常容易组装。

Claims (9)

1.一种分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，包括：

避雷针(40)，设置于斜拉桥；

接地体(80)，用于使避雷针容易与大地电连接；

引下线(50)，用于连接避雷针(40)和接地体(80)；

支撑电缆(30)，用于连接斜拉桥的主塔(10)和桥梁顶板(20)；

保护用雷引线(60)，在多个上述支撑电缆中的顶部支撑电缆上被一个以上的多个绝缘支撑体(90)支撑，在避雷针(40)的下端与引下线(50)相联接；以及

电流分散用导体(70)，配置于支撑电缆，在支撑电缆的两侧末端部分与引下线(50)及接地体(80)相联接。

2.根据权利要求1所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，

避雷针(40)包括：

金属支撑体(300)，一端与支撑部相结合或固定在支撑部，与大地电连接；

平板型接地电极(100)，与金属支撑体(300)以机械结合的方式相结合并电连接；

带电电极(200)，形成由当雷云接近时以与平板型接地电极(100)的极性相反的极性带电的金属线、金属管、金属板或金属棒中的一个制成的内部平面空间；以及

绝缘支撑体(400)，维持间隙，以在雷云接近时能够在带电电极(200)与平板型接地电极(100)之间发生放电，由能够对带电电极(200)与平板型接地电极(100)或带电电极(200)与金属支撑体(300)进行支撑并使它们电绝缘的绝缘材质形成，

在上述带电电极(200)的内部平面空间配置有平板型接地电极(100)，带电电极(200)和平板型接地电极(100)设置于同一平面上。

3.根据权利要求1所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，

避雷针(40)包括：

金属支撑体(300)，一端与支撑部相结合或固定在支撑部，与大地电连接；

平板型接地电极(100)，与金属支撑体(300)以机械结合的方式相结合并电连接；

带电电极(200)，形成由当雷云接近时以与平板型接地电极(100)的极性相反的极性带电的金属线、金属管、金属板或金属棒中的一个制成的内部平面空间；以及

绝缘支撑体(400)，维持间隙，以在雷云接近时能够在带电电极(200)与平板型接地电极(100)之间发生放电，由能够对带电电极(200)与金属支撑体(300)进行支撑并使它们电绝缘的绝缘材质形成，

上述带电电极(200)以一部分重叠的方式配置于平板型接地电极(100)的边缘的下部，并向上下方向相向且隔开，以在雷云接近时能够使平板型接地电极(100)与带电电极(200)发生放电。

4.根据权利要求2或3所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，在平板型接地电极(100)设置有下雨时用于使雨水贯通的雨水孔。

5.根据权利要求2或3所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，绝缘支撑体(400)形成凹凸部或弯曲部，以确保爬电距离。

6.根据权利要求2或3所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，平板型接地电极(100)呈圆板形状，带电电极(200)呈圆环形状，即油炸圈饼形状。

7.根据权利要求2或3所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，带电电极(200)由金属管形成，在金属管的内部填充有顺磁性材料、铁磁性材料、反铁磁性材料及亚铁磁性材料中的一种，上述顺磁性材料为Na、K、Ca、Al、Pt、Cr、Mn、W、Mo、Ce、ErCl₃、Nd₂O₃及Y₂O₃中的一种或两种以上的混合物或合金，上述铁磁性材料为Fe、Ni、Co及这些金属的合金、硅钢、透磁合金、CrBr₃及GdCl₃中的一种，上述反铁磁性材料为FeO、MnO、NiO、CrSb、EuTe、MnTe、FeCl₂、CoCl₂、MnF₂中的一种，上述亚铁磁性材料为Fe₃O₄、铁氧体及Y₃Fe₅O₁₂。

8.根据权利要求2或3所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，在平板型接地电极(100)中，在电连接的两个金属板之间填充有顺磁性材料、铁磁性材料、反铁磁性材料及亚铁磁性材料中的一种，上述顺磁性材料为Na、K、Ca、Al、Pt、Cr、Mn、W、Mo、Ce、ErCl₃、Nd₂O₃及Y₂O₃中的一种或两种以上的混合物或合金，上述铁磁性材料为Fe、Ni、Co及这些金属的合金、硅钢、透磁合金、CrBr₃、GdCl₃中的一种，上述反铁磁性材料为FeO、MnO、NiO、CrSb、EuTe、MnTe、FeCl₂、CoCl₂及MnF₂中的一种，上述亚铁磁性材料为Fe₃O₄、铁氧体及Y₃Fe₅O₁₂。

9.根据权利要求2或3所述的分散雷电流的斜拉桥的防雷装置，其特征在于，在带电电极(200)与平板型接地电极(100)相向的面还设置有放电销(110)，以在雷云接近时易于放电。

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