CN109167258A - 一种接闪针头及其接闪器、避雷针 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种接闪针头及其接闪器、避雷针，属于电气工程技术领域。所述接闪针头包括铝质内核，附着在内核表面的银质中间层，以及附着在所述中间层的外表面的铜质最外层。所述接闪器包括所述的接闪针头和雷电电荷中和器；所述雷电电荷中和器为饼状结构，所述饼状结构外缘径向伸出若干细丝使整个饼状结构呈散射状；所述柱体底部与所述饼状结构顶面相连接。
Description
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种接闪针头及其接闪器、避雷针。
背景技术
接闪器为防雷接地系统中的避雷器。接闪器就是专门用来接收直接雷击(雷闪)的金属物体。接闪器的金属杆，称为避雷针。接闪器的金属线，称为避雷线或架空地线。接闪器的金属带、金属网，称为避雷带。所有接闪器都必须经过接地引下线与接地装置相连。
避雷针/接闪器的上端一般安装有用来起主要接闪雷电作用的针头。常见的针头多采用单一金属材料(例如，铜、铝)制作。铜质针头不易氧化，但是整体重量大，安装费力；铝制针头虽然轻便，但易氧化，需在针头外侧涂覆一层油漆或镀一层不易氧化的惰性金属以隔离空气，但这会使针头整体的电阻增加、削减针头的导电作用从而降低接闪效果。
目前现有的接闪器产品有很多，例如：
发明专利申请201711112727.9记载了一种针头可切换的避雷针，包括保护罩、容置在所述保护罩内的避雷针体、设置在保护罩上与所述避雷针体电连接的导电柱，其特征在于，还包括第一驱动组件和第二驱动组件，所述第一驱动组件包括绕所述保护罩的轴线转动并用于承载所述避雷针体的转盘、与所述转盘驱动连接的第一驱动电机，所述第二驱动组件包括沿所述保护罩的轴线方向将所述避雷针体驱动至所述保护罩的外部的第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与所述避雷针体通过连接组件固定连接，所述连接组件包括设置在所述第二驱动电机的输出轴上的第一磁铁、设置在所述避雷针体上并用于吸合所述第一磁铁的第二磁铁。此避雷针的针体材质为铜，表面镀锌。
发明专利申请201711112770.5一种多针头避雷针，包括保护罩、容置在所述保护罩内的避雷针体、设置在保护罩上与所述避雷针体电连接的导电柱，其特征在于，还包括转动组件和夹取组件，所述转动组件包括绕所述保护罩的轴线转动并用于承载所述避雷针体的转盘、与所述转盘驱动连接的转动电机，所述转盘的侧壁上开设有第一齿槽，所述转动电机的输出轴上设置有与所述第一齿槽啮合的第二齿槽，所述夹取组件包括相对所述保护罩轴线方向平行设置的若干根丝杠、螺纹套接所述丝杠并用于抓取所述避雷针体的抓手，所述保护罩的侧壁上设置有推送组件，所述推送组件包括用于将所述避雷针体推送至所述转盘的中心处的推送杆。此避雷针的针体材质也为铜，表面镀锌。
而本领域尚缺乏一种既轻便、便于安装，又不易氧化，还能一直保持稳定高效的接闪效果的接闪针头及其避雷针。
发明内容
基于本领域上述客观存在的亟需开发新型接闪针头及接闪器的需求，本发明提供了一种具有新型组成结构的接闪针头，以及包含该接闪针头的组装型的接闪器及其避雷针。本发明的接闪针头由于组成结构创新，整体轻便、易于安装，不易氧化并能持续保证高效稳定的接闪效果，本发明的接闪器不仅可有效降低雷电放电强度，并提前接闪雷电，达到优异的避雷效果。
本发明的技术方案如下：
一种接闪针头，其特征在于，包括铝质内核，附着在内核表面的银质中间层，以及附着在所述中间层的外表面的铜质最外层。
所述内核的体积占所述接闪针头的总体积的95％以上；所述中间层厚度为20μm-60μm；所述最外层厚度为60μm-1mm。
所述接闪针头为柱体结构，所述柱体的顶端为尖端。
所述接闪针头包括底部的圆柱体和顶部的子弹头状柱体；
优选地，所述接闪针头的底部圆柱体的外壁上径向伸出有柱状的耐高温接闪极；
更优选地，所述耐高温接闪极的一端为固定端，用于与所述底部圆柱体的外壁连接，另一端为自由端；所述底部圆柱体的外壁上径向设置有螺孔，所述固定端具有与所述螺孔相适配的螺纹，从而使所述耐高温接闪极与所述接闪针头的底部圆柱体可紧固连接；
进一步优选地，所述耐高温接闪极为4个，均匀地周向分布在所述底部圆柱体的外壁上。
所述的接闪针头在防雷领域，和/或，制作接闪器、避雷针方面的应用。
一种接闪器，其特征在于，包括所述的接闪针头和雷电电荷中和器；
所述雷电电荷中和器为饼状结构，所述饼状结构外缘径向伸出若干细丝使整个饼状结构呈散射状；
所述柱体底部与所述饼状结构顶面相连接。
所述雷电电荷中和器包含若干根硬质金属丝和2块金属圆片；所述金属圆片的直径小于金属丝的长度；
所述若干根细金属丝相互交叉地叠放在一起，并用两块金属圆片上下夹住全部金属丝形成所述饼状结构。
所述接闪器还包括连接件；所述连接件包括圆盘状的顶托和从顶托底面中心轴向伸出的柱体；所述顶托用于与所述饼状结构底面连接。
所述接闪针头的底部圆柱体底部中心轴向设有螺孔，所述雷电电荷中和器的饼状结构中心具有通孔，所述连接件顶托的顶面中心轴向开设有螺孔；可通过与所述螺孔、通孔相适配的两头带螺纹的螺柱将所述接闪针头、雷电电荷中和器、连接件三者由上至下连接紧固组装成所述接闪器。
一种组装型的避雷针，其特征在于，包括接闪杆和所述的接闪器；所述接闪器安装在可通过其连接件的柱体安装在接闪杆的顶端。
所述接闪杆为两端开口的空心杆；所述连接件的柱体大小与所述空心杆的开口相适配，用于插入空心杆中进行所述安装。
所述接闪器连接件的柱体上径向开设有通孔，所述接闪杆的杆壁上开设有两处通孔，所述两处通孔的位置与所述接闪器连接件的柱体上开设的通孔位置、大小对应，用于穿过螺钉实现所述接闪器与接闪杆的紧固连接。
所述的接闪器，和/或，所述的避雷针在防雷领域的应用。
本发明第一个方面提供一种接闪针头，其特征在于，包括铝质内核，附着在内核表面的银质中间层，以及附着在所述中间层的外表面的铜质最外层。
采用这种多层结构的接闪针头好处在于：铝材质轻，以铝做内核可降低整个接闪针头的重量；银的导电性能最优，但易氧化，因此将其设置在中间层，既能提高整个接闪针头的导电接闪能力，又能避免空气及外部环境对银材料的氧化和损伤；铜的质量最重，导电能力仅次于银，但性能最稳定，不易氧化，因此以铜做为最外层，包裹整个接闪针头，起到保护整个接闪针头，并维持较高的导电接闪性能，同时又不会给接闪针头的总重量增加过多重量，使接闪针头整体仍然轻便。
在一些实施例中，所述内核的体积占所述接闪针头的总体积的95％以上；所述中间层厚度为20μm-60μm；所述最外层厚度为60μm-1mm。
在另一些实施例中，所述接闪针头为柱体结构，所述柱体的顶端为尖端。
在具体的实施例中，所述接闪针头包括底部的圆柱体和顶部的子弹头状柱体；
优选地，所述接闪针头的底部圆柱体的外壁上径向伸出有柱状的耐高温接闪极；
更优选地，所述耐高温接闪极的一端为固定端，用于与所述底部圆柱体的外壁连接，另一端为自由端；所述底部圆柱体的外壁上径向设置有螺孔，所述固定端具有与所述螺孔相适配的螺纹，从而使所述耐高温接闪极与所述接闪针头的底部圆柱体可紧固连接；
进一步优选地，所述耐高温接闪极为4个，均匀地周向分布在所述底部圆柱体的外壁上。
本发明的第2个方面提供所述的接闪针头在防雷领域，和/或，制作接闪器、避雷针方面的应用。
本发明的第3个方面提供一种接闪器，其特征在于，包括所述的接闪针头和雷电电荷中和器；所述雷电电荷中和器为饼状结构，所述饼状结构外缘径向伸出若干细丝使整个饼状结构呈散射状；所述柱体底部与所述饼状结构顶面相连接。
在接闪器的一些实施例中，所述雷电电荷中和器包含若干根硬质金属丝和2块金属圆片；所述金属圆片的直径小于金属丝的长度；所述若干根细金属丝相互交叉地叠放在一起，并用两块金属圆片上下夹住全部金属丝形成所述饼状结构。
在进一步的实施例中，所述接闪器还包括连接件；所述连接件包括圆盘状的顶托和从顶托底面中心轴向伸出的柱体；所述顶托用于与所述饼状结构底面连接。
在另一些实施例中，所述接闪针头的底部圆柱体底部中心轴向设有螺孔，所述雷电电荷中和器的饼状结构中心具有通孔，所述连接件顶托的顶面中心轴向开设有螺孔；可通过与所述螺孔、通孔相适配的两头带螺纹的螺柱将所述接闪针头、雷电电荷中和器、连接件三者由上至下连接紧固组装成所述接闪器。
本发明的第四个方面提供一种组装型的避雷针，其特征在于，包括接闪杆和所述的接闪器；所述接闪器安装在可通过其连接件的柱体安装在接闪杆的顶端。
在避雷针的一些实施例中，所述接闪杆为两端开口的空心杆；所述连接件的柱体大小与所述空心杆的开口相适配，用于插入空心杆中进行所述安装。
在具体的实施例中，所述接闪器连接件的柱体上径向开设有通孔，所述接闪杆的杆壁上开设有两处通孔，所述两处通孔的位置与所述接闪器连接件的柱体上开设的通孔位置、大小对应，用于穿过螺钉实现所述接闪器与接闪杆的紧固连接。
本发明的第五个方面提供所述的接闪器，和/或，所述的避雷针在防雷领域的应用。
本发明的接闪针头由于组成结构创新，整体轻便、易于安装，不易氧化并能持续保证高效稳定的接闪效果。本发明所提供的接闪器和避雷针可应用于任何有防雷和/或避雷需求的场合(例如，建筑物等)，尤其是高层建筑物，同时还适用于电梯、机房等环境中。本发明提供的是一种针对高层建筑物电梯机房雷电电磁场强大而专门研发设计的雷电电磁中和的防雷装置。它能有效地将高大建筑物的高空电梯机房内巨大的雷电电磁脉冲的形成并瞬态转化对流电荷，实现机房区域内强烈电磁电荷的瞬间中和，从而大大降低机房内电梯电脑主板、控制电路芯片的感应电压和电流电位差。避免并减少电梯设备因雷电感应电流的事故和损害；本发明的组装型接闪器不仅可有效降低雷电放电强度，而且能提前接闪雷电，产生电离先导作用，使避雷效果达到最佳。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的所述接闪器的主视图；
图2是本发明一个实施例提供的所述接闪器的侧视图；
图3是本发明的另一个实施例提供的接闪器的结构示意图；
图4是本发明的一个实施例提供的接闪针头的结构示意图；
上述附图中的标记分别如下所述：1-接闪针头、11-耐高温接闪极、12-铝质内核、13-银质中间层、14-铜质最外层；2-雷电电荷中和器、21-金属丝；22-金属圆片；3-连接件、31-顶托、32-柱体；4-接闪杆。
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。
第1组实施例、本发明的接闪针头
本组实施例提供一种接闪针头。本组所有的实施例都具备如下共同特征：如图4所示，所述接闪针头1包括铝质内核12，附着在内核表面的银质中间层13，以及附着在所述中间层的外表面的铜质最外层14。
在优选的实施例中，所述内核的体积占所述接闪针头的总体积的95％以上；所述中间层厚度为20μm-60μm；所述最外层厚度为60μm-1mm。
这种多层结构可采用多种工艺制备得到，例如，可采用铝材质制成具备如图1-图3所示的接闪针头的构造的内核，利用镀银工艺将银材质镀在内核外表面，在利用镀铜工艺将铜材质镀在银纸中间层的外表面；或者，可采用包银工艺，将银材质包覆在所述铝质内核的外表面，再采用包铜工艺，将铜材质包覆在所述银质中间层的外表面；又或者，采用包银工艺与镀铜工艺相结合，或，镀银工艺与包铜工艺相结合。无论是镀银、镀铜，或包银、包铜工艺，最终获得的银质中间层和铜质最外层的厚度都应满足上述各自的厚度范围。
在具体的实施例中，所述接闪针头为柱体结构，所述柱体的顶端为尖端。
在一些实施例中，所述接闪针头包括底部的圆柱体和顶部的子弹头状柱体；
在优选的实施例中，所述接闪针头的底部圆柱体的外壁上径向伸出有柱状的耐高温接闪极；
在更优选的实施例中，所述耐高温接闪极的一端为固定端，用于与所述底部圆柱体的外壁连接，另一端为自由端；所述底部圆柱体的外壁上径向设置有螺孔，所述固定端具有与所述螺孔相适配的螺纹，从而使所述耐高温接闪极与所述接闪针头的底部圆柱体可紧固连接；
在进一步优选的实施例中，所述耐高温接闪极为4个，均匀地周向分布在所述底部圆柱体的外壁上。
第2组实施例、本发明的接闪针头的应用
本组实施例提供第1组实施例任一所述的接闪针头在防雷领域，和/或，制作接闪器/避雷针方面的应用。
任何规模的销售、许诺销售、使用、生产第1组实施例任一所述的接闪针头，并将其用来制作接闪器或避雷针或其零部件的行为都落入本发明的保护范围。
任何规模的销售、许诺销售、使用、生产第1组实施例任一所述的接闪针头，并将其用来防雷，或用来作为防雷用的设备或装置的的行为都落入本发明的保护范围。
第3组实施例、本发明的接闪器
本组实施例提供一种组装型的接闪器。在本组所有的实施例中，所述接闪器都具有如下特征：如图1所示，所述接闪器包括接闪针头1和雷电电荷中和器2；所述接闪针头1为柱体结构，所述柱体的顶端为尖端；所述雷电电荷中和器2为饼状结构，所述饼状结构外缘径向伸出一圈细丝使整个饼状结构呈散射状；所述柱体底部与所述饼状结构顶面相连接；所述接闪针头1和雷电电荷中和器2均由良导体材料制成。所述接闪针头，负责在大量雷电来临时的主要接闪工作；接闪针头设计成子弹头的形状，好处在于好处在于设计的形体状态可以提前接闪，因其针尖放电原理及圆鼓型状是可以承载相对大量的雷电电荷；所述雷电电荷中和器的作用是：大量的钢丝尖是提前集聚雷电电荷装备，此装备在集聚电荷的同时，周边空气中必然形成电离范围，由于避雷针的接地电阻总是处于较低的状态和水平，因此，这个过程同时又一定是雷电电荷不断中和的过程；设计成散射状的目的是可以更大范围实现空气电离而中和；
在一些实施例中，所述接闪针头1包括底部的圆柱体和顶部的子弹头状柱体；所述雷电电荷中和器2包含若干根硬质金属丝21和2块金属圆片22；所述金属圆片22的直径小于金属丝21的长度；所述若干根细金属丝21相互交叉地叠放在一起，并用所述2块金属圆片22上下夹住全部金属丝形成所述饼状结构。接闪针头用良导体材料制作，优选金属。所述雷电电荷中和器2则是采用钢丝散放在2块金属圆片之间，再将2块金属圆片压紧制作而成。
在进一步的实施例中，所述接闪针头1的底部圆柱体的外壁上径向伸出有柱状的耐高温接闪极11。所述耐高温接闪极为专利ZL201510930045.3中记载的“铪接闪极柱”。
在进一步优选的实施例中，所述耐高温接闪极11的一端为固定端，用于与所述底部圆柱体的外壁连接，另一端为自由端；所述底部圆柱体的外壁上径向设置有螺孔，所述固定端具有与所述螺孔相适配的螺纹，从而使所述耐高温接闪极11与所述接闪针头1的底部圆柱体可紧固连接。
在更进一步的实施例中，所述耐高温接闪极可以是多个，均匀地周向分布在所述底部圆柱体的同一高度的外壁上；耐高温接闪极的数量具体设置为4个。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。耐高温接闪极的数量可以做成六个或八个，随着接闪针头的体积做大的话可以更多一些。
上述任一实施例所提供的接闪器，优选地，还包括连接件；所述连接件3包括圆盘状的顶托31和从顶托底面中心轴向伸出的柱体32；所述顶托31用于与所述饼状结构底面连接。
在最具体的一个实施例中，所述接闪针头1的底部圆柱体底部中心轴向设有螺孔，所述雷电电荷中和器2的饼状结构中心具有通孔，所述连接件3的顶托31顶面中心轴向开设有螺孔；可通过与所述螺孔、通孔相适配的两头带螺纹的螺柱将所述接闪针头1、雷电电荷中和器2、连接件3三者由上至下连接紧固形成所述接闪器。
第4组实施例、本发明的避雷针
基于上述任一实施例所提供的接闪器，本组实施例还提供一种组装型的避雷针，其包括接闪杆4和所述接闪器；所述接闪器安装在可通过其连接件3的柱体32安装在接闪杆4的顶端。
在上述避雷针方案的进一步实例中，所述接闪杆4为两端开口的空心杆；所述连接件3 的柱体32大小与所述空心杆的开口相适配，用于插入空心杆中进行安装。
在所述避雷针的另一些实施例中，所述接闪器连接件3的柱体32上径向开设有通孔，所述接闪杆4的杆壁上开设有两处通孔，所述两处通孔的位置与所述接闪器连接件的柱体上开设的通孔位置、大小对应，用于穿过螺钉实现所述接闪器与接闪杆4的紧固连接。
第5组实施例、本发明的接闪器/避雷针的应用
本组实施例提供第1组实施例任一所述的接闪针头在防雷领域，和/或，制作接闪器/避雷针方面的应用。
任何规模的销售、许诺销售、使用、生产第3组实施例任一所述的接闪器，和/或，第4 组实施例任一所述的避雷针并将其用来防雷，或用来作为防雷用的设备或装置的行为都落入本发明的保护范围。
实验例、本发明的组装型接闪器的接闪效果验证
本发明的组装型接闪器的优势就是能够提前中和雷电电荷，实现降低雷电放电强度。另外，能够提前接闪雷电，实现电离先导作用。经测试，本发明的接闪器可达到如下接闪效果：
表1
当大气电场平均值为130V.m‐1时，本发明的组装型接闪器可降低10％‐20％的雷电放电强度；当大气电场平均值为260V.m‐1时，本发明的组装型接闪器可降低50％～70％的雷电放电强度；当大气电场平均值为520V.m‐1时，本发明的组装型接闪器可降低30％～35％的雷电放电强度。
相比普通避雷针，本发明的组装型接闪器及避雷针能够提前25微妙，或40微妙，或60 微妙接闪雷电，提前接闪雷电的意义在于，可提前接触大气中积累的正电荷并增加接触次数和接触时间，从而提升接闪器或避雷针的电离先导作用，增加雷电接闪成功的可能性。相应地，安装有本发明的组装型接闪器或避雷针的电离先导作用在大气电场平均值为130V.m‐1时为10％，而在大气电场平均值为260V.m‐1时，本发明的组装型接闪器或避雷针的电离先导作用为35％，即，本发明组装型接闪器或避雷针较常规避雷针成功接闪雷电的几率提升 10％‐35％。
上表中的“中和器功率”指本发明的接闪器的“雷电电荷中和器”中单根钢丝的中和电离范围。在大气电场平均值为130V.m-1的环境下，以直径为0.05mm粗细的钢丝为例，单根钢丝的中和电离范围可达0.1mm3(立方毫米)，而以直径100mm×厚度30mm的包含有数万根这样的钢丝的本发明的接闪器的“雷电电荷中和器”为例，该“雷电电荷中和器”的中和电离范围可达半径为1.5m～2.5m的球状体积。
Claims (10)
1.一种接闪针头，其特征在于，包括铝质内核，附着在内核表面的银质中间层，以及附着在所述中间层的外表面的铜质最外层。
2.根据权利要求1所述的接闪针头，其特征在于，所述内核的体积占所述接闪针头的总体积的95％以上；所述中间层厚度为20μm-60μm；所述最外层厚度为60μm-1mm。
3.根据权利要求1或2所述的接闪针头，其特征在于，所述接闪针头为柱体结构，所述柱体的顶端为尖端。
4.根据权利要求1-3任一所述的接闪针头，其特征在于，所述接闪针头包括底部的圆柱体和顶部的子弹头状柱体；
优选地，所述接闪针头的底部圆柱体的外壁上径向伸出有柱状的耐高温接闪极；
更优选地，所述耐高温接闪极的一端为固定端，用于与所述底部圆柱体的外壁连接，另一端为自由端；所述底部圆柱体的外壁上径向设置有螺孔，所述固定端具有与所述螺孔相适配的螺纹，从而使所述耐高温接闪极与所述接闪针头的底部圆柱体可紧固连接；
进一步优选地，所述耐高温接闪极为4个，均匀地周向分布在所述底部圆柱体的外壁上。
5.权利要求1-4任一所述的接闪针头在防雷领域，和/或，制作接闪器、避雷针方面的应用。
6.一种接闪器，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的接闪针头和雷电电荷中和器；
所述雷电电荷中和器为饼状结构，所述饼状结构外缘径向伸出若干细丝使整个饼状结构呈散射状；
所述柱体底部与所述饼状结构顶面相连接。
7.根据权利要求/6所述的接闪器，其特征在于，所述雷电电荷中和器包含若干根硬质金属丝和2块金属圆片；所述金属圆片的直径小于金属丝的长度；
所述若干根细金属丝相互交叉地叠放在一起，并用两块金属圆片上下夹住全部金属丝形成所述饼状结构。
8.根据权利要求6或7所述的接闪器，其特征在于，还包括连接件；所述连接件包括圆盘状的顶托和从顶托底面中心轴向伸出的柱体；所述顶托用于与所述饼状结构底面连接。
9.根据权利要求6-8任一所述的接闪器，其特征在于，所述接闪针头的底部圆柱体底部中心轴向设有螺孔，所述雷电电荷中和器的饼状结构中心具有通孔，所述连接件顶托的顶面中心轴向开设有螺孔；可通过与所述螺孔、通孔相适配的两头带螺纹的螺柱将所述接闪针头、雷电电荷中和器、连接件三者由上至下连接紧固组装成所述接闪器。
10.一种组装型的避雷针，其特征在于，包括接闪杆和权利要求6-9任一所述的接闪器；所述接闪器安装在可通过其连接件的柱体安装在接闪杆的顶端。
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