CN110265878B - 多级电离消电荷防雷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级电离消电荷防雷装置，包括：雷云底部电荷引聚单元，其包括引聚雷云电荷网针盘、引聚电荷金属针及电荷固定及传导杆，在引聚雷云电荷网针盘上方固定安装引聚电荷金属针，引聚雷云电荷网针盘下部固定于电荷固定及传导杆上；多级电离处理单元：其包括至少两层电离极板及其之间的绝缘层，最上层电离极板与雷云底部电荷引聚单元的传导杆下端固定安装；地面异性电荷引聚单元：包括引聚地面异性电荷网针盘、引聚电荷金属针，引聚地面异性电荷网针盘与多级电离处理单元的最下层电离极板固定安装，在引聚地面异性电荷网针盘下表面固定安装引聚电荷金属针。本多级电离消电荷防雷装置引聚雷电荷效果佳且结构稳定牢固、成本低。
Description
技术领域
本发明属于防雷技术领域，特别是一种多级电离消电荷防雷装置。
背景技术
目前国内外在直击雷防御领域，一直以美国科学家富兰克林1752年发明的“引雷电流入地”理论为依据进行的。既根据某一被保护物体的外形、类别、使用性质设计安装避雷装置，将雷电流吸引至避雷装置导入大地，实现对被保护物的防雷保护。
近年来国内出现了通过引聚雷云底部电荷能量，在上下极板之间进行空气为介质的放电，产生带有正、负电荷的离子与雷云电荷中和，减弱局部大气电场强度，抑制雷击发生的产品，称为:等离子类防雷装置。但该类型产品普遍存在较大的缺陷！主要表现在：
(一)、引聚雷电荷效果欠佳。
一是只注重引聚雷云底部电荷，没有对近地面层经感应产生的与雷云底部电荷极性相反的异性电荷，采取引聚措施。
二是一般都采用5-13颗单臂金属倾斜针杆组成半球状稀疏针列做为引聚体。此种结构经局部电场强度仿真计算，最高针的局部电场强度远高于其他金属倾斜针，故其引聚效果欠佳。此外，多支单臂金属倾斜针在牢固程度上存在问题，一旦脱离后果难料！
(二)、放电效果欠佳。
此类产品都是采用一级极板间放电方式。
一是必须当上下极板之间达到一定的电位差，才可发生空气放电电离。
二是经测试：在雷电流贯通情况下，引下线剩余电压大于100伏特，电流大于100安培，仍产生强大的功率值。对生命体和相关设备都存在较大危害。
另外，这些剩余电能如果充分利用，还可以产生更多的带电离子，提高电离效果。
三是造价高，不利于应用市场普及。
本专利产品就是针对以上产品存在的缺陷，从结构设计上予以全面改进的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种引聚雷电荷效果佳、放电效果佳且结构稳定、成本低的多级电离消电荷防雷装置。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：包括：
雷云底部电荷引聚单元：包括引聚雷云电荷网针盘、第一引聚电荷金属针组及电荷固定及传导杆，在引聚雷云电荷网针盘上方固定安装向上的第一引聚电荷金属针组，引聚雷云电荷网针盘固定于一组电荷固定及传导杆上；
多级电离处理单元：包括中心绝缘柱、至少两层电离极板及绝缘层，各层电离极板之间设置绝缘层，电离极板及绝缘层均固定安装于中心绝缘柱上，最上层电离极板与雷云底部电荷引聚单元的电荷固定及传导杆下端固定安装；
地面异性电荷引聚单元：包括引聚地面异性电荷网针盘、第二引聚电荷金属针组，引聚地面异性电荷网针盘与多级电离处理单元的最下层电离极板固定安装，在引聚地面异性电荷网针盘下表面固定安装第二引聚电荷金属针组。
而且，所述多级电离处理单元，包括2-4层电离极板及绝缘层，各层电离极板之间均设置绝缘层，各层电离极板的间距自上至下由大到小排列。
而且，所述多级电离处理单元的2-4层电离极板的相邻两电离极板相对的板面分别制有上、下相对的锯齿状尖端，以利于放电。
而且，所述雷云底部电荷引聚单元的第一引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针之间以10-20公分间距分布设置于引聚雷云电荷网针盘上。
而且，所述电荷固定及传导杆采用四-六根实心金属杆，实心金属杆支撑固定于引聚雷云电荷网针盘与多级电离处理单元的最上层电离极板之间。
而且，所述多级电离处理单元最上层电离极板的上表面为锥形面，所述电荷固定及传导杆与电离极板的该锥形面保持垂直，所述锥形面锥度为30-45度。
而且，所述引聚雷云电荷网针盘、引聚地面异性电荷网针盘为平面盘形；所述第一引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针的尖端均处于同一平面，尖端朝向天空；所述第二引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针的尖端均处于同一平面，尖端朝向地面。
而且，所述引聚地面异性电荷网针盘为两半式引聚盘，其中心对称制有多级电离处理单元最下层电离极板固定的安装法兰，两半式引聚盘与最下层电离极板固定安装。
而且，所述引聚雷云电荷网针盘的外轮廓为圆形、正方形或者多边形；所述引聚地面异性电荷网针盘的外轮廓为圆形、正方形或者多边形。
而且，所述中心绝缘柱为尼龙材质中心绝缘柱；所述绝缘层为尼龙材质绝缘层。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明多级电离消电荷防雷装置，采用自创新的雷云底部电荷引聚单元，采用电荷固定及传导杆同时实现固定支架作用，将引聚雷云电荷网针盘(网针式平面引聚装置)固定在电离处理装置上，实现了引聚电荷量级大，速度快、局部电场强度高的效果，经仿真计算其引聚电荷部位的场强明显高于多针式引聚装置；且结构坚牢耐用，可承受15级短时强风，使用寿命长，制作成本低廉，成本低于现有的多针式引聚装置的50％以上。
2、本发明多级电离消电荷防雷装置，采用创新的多级电离方式，设置多级电离处理单元，其包括多层电离极板，各层电离极板的间距自上至下由大到小排列，采取多级空气电离方式，各层电离极板的间距由大到小排列，从而使引聚的雷电荷能量得到充分的释放，同时提高了引聚、电离灵敏度，根据产品的使用自然环境差异，设计了2-4层电离极板。可将引下线上的剩余电压，电流值降低至人畜接触安全电量范围内。
3、本发明多级电离消电荷防雷装置，创新设计了地面异性电荷引聚装置，设置了对下方地面异性电荷的网针式引聚盘，经查阅国内外防雷相关领域资料，尚无此类设计构思和应用实例。
4、本发明多级电离消电荷防雷装置，作用机理为：当雷云移近本产品防雷保护区时，通过分别引聚上部雷云底部电荷(负或正极性)和地面异性电荷，至多级电离处理单元中；采用多级延面空气放电方式对空气分子进行放电冲击电离，从而产生大量带有正、负电荷的带电离子，这些离子在雷电发生前的强大气电场力作用下，将分别向雷云底部电荷强聚集区和地面异性电荷强聚集区快速移动并与之中和，还原成中性空气分子，从而大幅度减弱本区域局部电场强度，阻断雷电的下行先导和上行先导贯通，实现保护区内无直击雷发生。
5、本发明多级电离消电荷防雷装置，保护范围大，由于本装置是对雷云和地面的雷电荷强聚集区发生作用，故其作用远高于传统避雷装置(只保护某个物体)，本装置是保护一个局部区域；经避雷装置测试权威机构测试和实际试用，其保护角度可达87度，如果安装在30-100米高度，其防雷保护范围可达0.3-3.1平方公里，比传统避雷装置大几十倍；由于采用云、地之间上、下双向引聚电荷方式，处理雷电荷速度快，量级大。
6、本发明多级电离消电荷防雷装置，结构牢固，对上、下电荷引聚体采用实心金属固定方式，任凭自然界风吹日晒雨淋及腐蚀，在没有发生不可抗拒的强自然灾害情况下，其使用寿命可达50年以上。
7、本发明多级电离消电荷防雷装置，成本低廉，与同类产品比较，成本可降低50％-60％，可以广泛应用在现有的各类防御直击雷场所，取代目前国内外普遍使用的传统直击雷防护装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图(立体图)；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的结构示意图(另一方向立体图)；
图4为本发明的另一实施例的结构示意图。
附图标注说明：
1-雷云底部电荷引聚单元、2-多级电离处理单元、3-地面异性电荷引聚单元、4-引聚雷云电荷网针盘、5-第一引聚电荷金属针组、6-电荷固定及传导杆、7-最上层电离极板、8-第一绝缘层、9-第一中间电离极板、10-第二绝缘层、11-第二中间电离极板、12-第三绝缘层、13-最下层电离板、14-引聚地面异性电荷网针盘、15-第二引聚电荷金属针组、16-锥形面、17-中心绝缘柱、18-锯齿状尖端、19-安装法兰、20-设备安装法兰盘。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种多级电离消电荷防雷装置，其包括：
雷云底部电荷引聚单元1：包括引聚雷云电荷网针盘4、第一引聚电荷金属针组5及电荷固定及传导杆6，在引聚雷云电荷网针盘上方固定安装向上的第一引聚电荷金属针组，引聚雷云电荷网针盘固定于一组电荷固定及传导杆上。雷云底部电荷引聚单元的第一引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针之间以10-20公分间距分布设置于引聚雷云电荷网针盘上。引聚雷云电荷网针盘由外圈及内部横纵垂直交叉的若干金属杆构成一体。为利于电荷的传导，引聚电荷金属针设置于上述金属杆的交叉点上。
多级电离处理单元2：包括中心绝缘柱17、至少两层电离极板及其之间的绝缘层。电离处理单元为多级电离处理单元，其包括2-4层电离极板及绝缘层，各层电离极板之间均设置绝缘层，电离极板及绝缘层均固定安装于中心绝缘柱上，各层电离极板的间距自上至下由大到小排列，最上层电离极板与雷云底部电荷引聚单元的电荷固定及传导杆下端固定安装。中心绝缘柱及绝缘层为尼龙材质中心绝缘柱及绝缘层，其余各部件均为导电金属材质。
本实施例中多层电离处理单元包括最上层电离极板7、第一中间电离极板9、第二中间电离极板11及最下层电离板13，从上到下排布，且相邻电离极板之间均设置绝缘层，包括第一绝缘层8、第二绝缘层10及第三绝缘层12。各层电离极板的间距自上至下由大到小排列。即第一绝缘层、第二绝缘层及第三绝缘层厚度自上之下由大到小。
电荷固定及传导杆采用四-六根实心金属杆，实心金属杆支撑固定于引聚雷云电荷网针盘与多级电离处理单元的最上层电离极板之间。多级电离处理单元最上层电离极板的上表面为锥形面16，电荷固定及传导杆与电离极板的该锥形面保持垂直，锥形面锥度为30-45度。电荷固定及传导杆下端以螺纹方式与锥形面上所制的螺纹孔连接安装。
多级电离处理单元的绝缘柱体的直径为15-25cm。其2-4层电离极板的相邻两电离极板相对的板面分别制有上、下相对的锯齿状尖端18。锯齿状尖端的伸出高度为7-10mm，锯齿状尖端的间距为7-10mm。
地面异性电荷引聚单元3：包括引聚地面异性电荷网针盘14、第二引聚电荷金属针组15，引聚地面异性电荷网针盘与多级电离处理单元的最下层电离极板固定安装，在引聚地面异性电荷网针盘下表面固定安装第二引聚电荷金属针组。引聚地面异性电荷网针盘为两半式引聚盘，其中心对称制有多级电离处理单元最下层电离极板固定的连接法兰19，两半式引聚盘与最下层电离极板底部的设备安装法兰盘20固定安装。整体装置通过安装法兰与建筑物顶部的基座进行固定安装。
引聚雷云电荷网针盘、引聚地面异性电荷网针盘为平面盘形；第一引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针的尖端均处于同一平面；第二引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针的尖端均处于同一平面。从而较传统的引聚针尖端处于圆弧面的设置状态，能够更加快速实现引聚电荷，从而实现引聚电荷量级大，速度快、局部电场强度高的效果。
引聚雷云电荷网针盘的外轮廓为圆形、正方形或者多边形。引聚地面异性电荷网针盘的外轮廓为圆形、正方形或者多边形。
如图1-3所示，引聚雷云电荷网针盘的外轮廓为圆形。引聚地面异性电荷网针盘的外轮廓为圆形。如图4中所示，引聚雷云电荷网针盘的外轮廓为正方形。引聚地面异性电荷网针盘的外轮廓为正方形。
本发明的多级电离消电荷防雷装置的工作原理为：
当雷云移近本产品防雷保护区时，通过分别引聚上部雷云底部电荷(负或正极性)和地面异性电荷，至多级电离处理单元中；采用多级延面空气放电方式对空气分子进行放电冲击电离，从而产生大量带有正、负电荷的带电离子，这些离子在雷电发生前的强电场力作用下，将分别向雷云底部电荷强聚集区和地面异性电荷强聚集区快速移动并与之中和，还原成中性空气分子，从而大幅度减弱本区域局部电场强度，阻断雷电的下行先导和上行先导贯通，实现保护区内无直击雷发生。
经北京避雷装置检测中心测试，本发明多级电离消电荷防雷装置的防雷效果合格。
2018年经雷雨季节野外试用，保护区内无直击雷发生。
试用单位：某卫星发射中心、某海军驻地岛屿、天津滨海新区德运安科技发展公司、吉林宇泰安全技术服务公司、江西芦山浔农源农业旅游示范基地等。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (8)
1.一种多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：包括：
雷云底部电荷引聚单元：包括引聚雷云电荷网针盘、第一引聚电荷金属针组及电荷固定及传导杆，在引聚雷云电荷网针盘上方固定安装向上的第一引聚电荷金属针组，引聚雷云电荷网针盘固定于一组电荷固定及传导杆上；
多级电离处理单元：包括中心绝缘柱、至少两层电离极板及绝缘层，各层电离极板之间设置绝缘层，电离极板及绝缘层均固定安装于中心绝缘柱上，最上层电离极板与雷云底部电荷引聚单元的电荷固定及传导杆下端固定安装；
地面异性电荷引聚单元：包括引聚地面异性电荷网针盘、第二引聚电荷金属针组，引聚地面异性电荷网针盘与多级电离处理单元的最下层电离极板固定安装，在引聚地面异性电荷网针盘下表面固定安装第二引聚电荷金属针组；
包括2-4层电离极板及绝缘层，各层电离极板之间均设置绝缘层，各层电离极板的间距自上至下由大到小排列；
所述引聚雷云电荷网针盘、引聚地面异性电荷网针盘为平面盘形；所述第一引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针的尖端均处于同一平面，尖端朝向天空；所述第二引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针的尖端均处于同一平面，尖端朝向地面。
2.根据权利要求1所述多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：所述多级电离处理单元的2-4层电离极板的相邻两电离极板相对的板面分别制有上、下相对的锯齿状尖端。
3.根据权利要求1所述多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：所述雷云底部电荷引聚单元的第一引聚电荷金属针组的各引聚电荷金属针之间以10-20公分间距分布设置于引聚雷云电荷网针盘上。
4.根据权利要求1所述多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：所述电荷固定及传导杆采用四-六根实心金属杆，实心金属杆支撑固定于引聚雷云电荷网针盘与多级电离处理单元的最上层电离极板之间。
5.根据权利要求4所述多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：所述多级电离处理单元最上层电离极板的上表面为锥形面，所述电荷固定及传导杆与电离极板的该锥形面保持垂直，所述锥形面锥度为30-45度。
6.根据权利要求1所述多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：所述引聚地面异性电荷网针盘为两半式引聚盘，其中心对称制有多级电离处理单元最下层电离极板固定的安装法兰，两半式引聚盘与最下层电离极板固定安装。
7.根据权利要求1所述多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：所述引聚雷云电荷网针盘的外轮廓为圆形、正方形或者多边形；所述引聚地面异性电荷网针盘的外轮廓为圆形、正方形或者多边形。
8.根据权利要求1所述多级电离消电荷防雷装置，其特征在于：所述中心绝缘柱为尼龙材质中心绝缘柱；所述绝缘层为尼龙材质绝缘层。
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