CN204088884U - 一种带绝缘套管的提前放电引雷针 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带绝缘套管的提前放电引雷针，包括引雷针本体和法兰盘，法兰盘上设置主、副放电间隙模块，引雷针本体的上部设置均压环，均压环第一连接杆进行支撑固定，第一连接杆的上端与引雷针本体间通过横状布置的第二连接杆进行连接，第一、二连接杆均沿引雷针本体的周向间隔设置，避雷针本体的顶端套设有一绝缘套管，绝缘套管的顶端处于封堵状。上述提前放电引雷针，通过在引雷针底部设置放电间隙模块减少雷击时的电流幅值，将一个瞬变的放电过程变成一个放电时间较长的过程，使雷击引起反击和电磁干扰的问题得到极大的缓和，同时，引雷针顶部采用两个均压环，均匀电场，减少电晕的产生，另外，引雷针针头加装具有强极性的绝缘套管，以增加引雷能力。

Description

一种带绝缘套管的提前放电引雷针

技术领域

本实用新型涉及防雷领域，具体涉及一种带绝缘套管的提前放电引雷针。

背景技术

避雷针主要由避雷针针体引下线及接地极构成，其主要工作原理就是利用自身高度，使雷云下的电场发生畸变，将雷击放电引到避雷针上，再通过下引线和接地极将雷电流消散至大地，从而保护它下面或周围建筑物不遭受雷击。避雷针随着高度的增加，保护的有效性降低，绕击被保护物的概率增加，甚至存在所谓“负保护”效应。

大量的研究及实践证明，一根垂直避雷针无法获得一个肯定的安全保护区。例如，1964年7月沈阳某微波站遭到雷击，雷击点发生在距避雷针顶部下面4m的地方；莫斯科537m高的电视塔，雷曾绕击塔下的200m的塔身，甚至打到离塔水平距离150m的地面上。现行规程中的保护范围可以说是用来决定避雷针高度与数目的工程方法，雷绕开避雷针而直接击在被保护物上的事件是屡见不鲜的，大量经验表明，避雷针的绕击率大约在1%左右，可见使用避雷针时被保护物的危险性还是很大的。

避雷针把雷引到自身的顶部后，其强大的雷电流在入地时，如果接地电阻和引下线的阻抗过高或是避雷针对保护物之间的距离小于安全距离时，会形成高电压，造成避雷针及引下线对保护物的反击。我国过电压规程规定，避雷针对被保护物的空间距离SK≥5m，避雷针对保护物的接地装置间的地中距离Sa≥3m。实际上绝大多数现场应用是难以实现的，各种电力线、电话线、广播线、天线对避雷针及引下线的距离过近易发生绝缘击穿而损坏；另一方面，有些装置避雷针的接地网腐蚀严重，其电阻高达几十欧（规程要求≤10Ω），这也会造成反击。当避雷针附近有一开口的金属环（如房屋的钢筋没焊好或其它原因造成开口），在开口处会产生电磁感应过电压，使开口处产生火花放电，造成易燃品起火，特别是油库、液化气库、火药库等起火爆炸。此外，还会产生静电感应过电压。

由于传统避雷针在防雷中有以上种种防不胜防的问题，所以传统避雷针不适宜用来保护易燃、易爆品及弱电设备。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种带绝缘套管的提前放电引雷针，其可有效解决上述问题，能可靠地引发上行雷闪放电，达到保护各类被保护对象的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案进行实施:

一种带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于:包括立状布置的引雷针本体以及安装引雷针的法兰盘，引雷针安装在法兰盘上设置的主放电间隙模块上，引雷针本体的上部外围设置有均压环，均压环通过法兰盘上设置的倾斜布置的第一连接杆进行支撑固定，第一连接杆的上端与引雷针本体间通过横状布置的第二连接杆进行连接，第一连接杆的下端安装在法兰盘上设置的副放电间隙模块上，第一、二连接杆均沿引雷针本体的周向间隔设置，避雷针本体的顶端套设有一绝缘套管，绝缘套管的顶端处于封堵状。

详细的技术方案为:

法兰盘安装在升降支架上，绝缘套管的下端延伸设置至均压环的下方，均压环沿铅垂方向间隔设置，各均压环的下方分别设置第二连接杆，绝缘套管上设置安装底座，第二连接杆的里端固定在安装底座上，绝缘套管由玻璃纤维增强环氧树脂制得。

本实用新型的有益效果为:上述提前放电引雷针，通过在引雷针底部设置放电间隙模块减少雷击时的电流幅值，将一个瞬变的放电过程变成一个放电时间较长的过程，使雷击引起反击和电磁干扰的问题得到极大的缓和，同时，引雷针顶部采用两个均压环，均匀电场，减少电晕的产生，另外，引雷针针头加装具有强极性的绝缘套管，以增加引雷能力。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2、3为不同情况下引雷针针头处的电场分布。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本实用新型的一种或几种具体的实施方式，并不对本实用新型具体请求的保护范围进行严格限定。

雷云对地面物体的放电有两种可能的形式:一种是自雷云起始的向地面发展的先导引导的下行雷闪；另一种是从地面高耸的物体顶端开始向雷云发展的先导引导的上行雷闪。一般地说，下行雷闪，主放电的过程自地面附近开始，电荷供应充分，因此，放电进行得比较快，放电电流幅值比较大，但放电持续的时间比较短。据雷电观测的结果，下行雷的放电电流幅值平均值在30～44千安范围之内，电流上升速度在24～40千安/微秒，放电脉冲延续的时间<100微秒。上行雷闪，一般没有自上而下的主放电，它的放电电流是由不断向上发展的先导过程产生，因此放电电流小，持续时间长。即使有自上而下的回击电流，它的幅值比起下行雷来，也是小得多，因为从雷云中向主放电通道供应电荷比大地困难得多。对于上行雷，平均幅值小于7千安，电流上升速度小于5千安/微秒，放电持续的时间约数百分之一秒至数十分之一秒。

上行雷闪不仅雷击电流幅值小陡度低而且不绕击，这是因为上行雷闪先导是自下而上发展，该先导或者直接进入雷云电荷中心，或者拦截自雷云向下发展的先导，这样中和雷云电荷的反应在上空进行，自雷云向下的先导就不会延伸到被保护对象上。上行雷闪还有另外一个特点是上行先导对地面物体还具有屏蔽作用，可减轻放电时在地面物体上的感应过电压。

上行雷的特点之一是它总是从建筑物的最高处开始，向上发展进入云内放电。不同高度的建筑物引发上行雷的比例是不一样的。例如，帝国大厦（高380米）引发上行雷的比例（上行雷对下行雷之比）是18:1，瑞士圣萨瓦托山（海拔314米）上的70米高铁塔，引发比是5:1，而莫斯科郊外的奥斯坦金电视塔（高540米）引发比是30:1；在平原地区，可以认为60米以下高度的建筑物引发上行雷的可能性为0。

高建筑物之所以能够引发上行雷是因为建筑物对雷云电场产生的巨大畸变。建筑物顶部附近的电场受到雷云电场、建筑物高度、顶部形状的影响。在雷云电场还不是很强时，高建筑物顶部的电场就可以达到很高的值。当电场超过某个临界值时，附近的大气就开始放电。Pierce用建筑物顶部与周围大气的电位差（所谓断点电压）Vd=∫Ea(H)dH（Ea(H)是沿建筑物高度变化的环境电场）为说明引发上行放电的可能性。Pierce根据自己的观察得出的结论:Vd在106伏左右就可以引发上行雷。

根据经验分析，要成功地引发上行雷，针头需达到以下要求:一、在引发发生之前，针头附近的空间电荷应尽量少，以便于自主针针尖向上发展放电脉冲；二、当需要引发上行雷闪时，针尖处的电场强度应足够高，以迅速产生放电脉冲。

当带绝缘套管避雷针安装处附近的地面电场强度较低时（如雷云离可控针及被保护对象距离较远等情况），雷云不会对地面物体发生放电，此时带绝缘套管避雷针头的放电间隙处于贮藏雷云电场能量工况，由于均压环的作用，针头上部部件（均压环和主针针尖）处于电位浮动状态，与周围大气电位差小，因此几乎不发生电晕放电，即保证了在引发发生前针头附近的空间电荷很少的要求。

当雷云电场上升到预示它可能发生对避雷针及周围被保护物发生雷闪时，放电间隙立即转入释能工况，这一转变使主针针尖的电场强度不再被均压环限制，针尖电场瞬间上升数百倍，使针尖附近空气迅速放电，形式很强的放电脉冲，因没有空间电荷的阻碍，该放电脉冲在雷云电场作用下快速向上发展成上行先导，去拦截雷云底部先导或进入雷云电荷中心。如果第一次脉冲引发不成上行先导，放电间隙即又准备第二次脉冲产生。如此循环总能成功地引发上行雷。

在雷云电场较低时，不可能有对地雷击发生，避雷针不需要进入准保护状态。此时，放电间隙通过针头接收雷云电场能量，针头电位处于浮动状态与周围大气电位差小，针头各元件基本是等电位的，因此针头上部的电场比较均匀，其等位线分布如图2所示，避雷针几乎没有电晕。当雷云电场上升至某个临界值，超过这个临界值的电场通常是被认为有可能发展自雷暴云至地面的放电，我们把它定为避雷针进入准保护状态的阀值。此时，放电间隙击穿，使针体电位产生跳跃式突升。由于针头的结构配置，环的电位将瞬时保持原有电位不变，而使针点附近电场严重畸变，由于上述两种因素的联合作用结果，针尖顶部电场强度剧烈上升（等位线如图3所示），一个突发式的放电在没有任何空间电荷阻碍的情况下自针尖顶部向上发展。在雷云电场足够高时，放电将转变为向上先导或上行雷。一次引发也可能是不成功的，多次引发总是可以成功的。

避雷针用产生突发的向上先导来发挥保护作用。这种向上先导可以直接发展到云中形成上行雷，也可以在空中与正在发展的下先先导相拦截，形成连接先导。因而可使雷击大电流转化为小电流，降低雷击电流的陡度和减少绕击。由于向上先导对地面物体的屏蔽作用，还能减轻雷击时在地面物体上的感应过电压。

针尖不采用尖头，而是采用带绝缘套管的形式，有如下机理:针头附近的电荷密度越大，对雷云电场的歪变强度就越强，其引雷的空间就越大，即保护范围就越大。除增加避雷针高度以外，根据固体电介质的极化理论，由偶极子构成的电介质在电场的作用下定向运动，按电场方向有序排列是戒指表面产生束缚电荷，呈现出极性。由于极化，在电极上具有较多的附加电荷，由于该附加电荷与电极上原有电荷的极性相同，故使电荷密度增大，电场强度增强。为此，在避雷针头上加装具有强极性的绝缘套管，以增加引雷能力，此避雷针可称之为引雷针（引雷以下都称为引雷针）。

本实用新型采取的方案具体如图1所示，一种带绝缘套管的提前放电引雷针，包括立状布置的引雷针本体11以及安装引雷针的法兰盘21，引雷针安装在法兰盘21上设置的主放电间隙模块16上，引雷针本体11的上部外围设置有均压环13，均压环13通过法兰盘11上设置的倾斜布置的第一连接杆14进行支撑固定，第一连接杆14的上端与引雷针本体11间通过横状布置的第二连接杆15进行连接，第一连接杆14的下端安装在法兰盘11上设置的副放电间隙模块17上，第一、二连接杆均沿引雷针本体11的周向间隔设置，避雷针本体11的顶端套设有一绝缘套管12，绝缘套管12的顶端处于封堵状。

木实用新型的工作原理为:如图2所示，当引雷针安装处附近的地面电场强度较低时(如雷云离可控放电避雷针及被保护对象距离较远等情况)，雷云不会对地面物体发生放电，此时针头的放电间隙模块处于贮存能量状态，由于均压环和绝缘套管的作用，针头上部部件处于电位浮动状态，与周围大气电位差小，针尖电场Q均匀，因此几乎不发生电晕放电，即保证了在引发发生前针头附近的空间电荷很少的要求。

图3为放电时针头场强的变化图:当雷云电场上升到预示它可能发生对引雷针及周围被保护物发生雷闪时，放电间隙模块立即产生上行先导预放电，这一转变使主针针尖电场Q的电场强度不再被动态环限制，针尖电场Q瞬间上升数百倍，同时由于绝缘套管的作用，针头附近电荷密度增大，电场强度增强，针尖附近空气迅速放电，形成很强的放电脉冲，该放电脉冲在雷云电场作用下快速向上发展成上行先导，去拦截雷云底部先导或进入雷云电荷中心。当接闪成功后，安装于支柱上的监测装置便通过雷电检测探头可对引雷针针动作时间及次数进行记录，用户可以持无线读写器在监测区域附近收集数据并进行数据设定。并将无线读写器与计算机连接，可以用有关管理软件对测量数据进行统计和管理。监测装置可是雷电计数器、无线读写器，利用引雷针动作次数及时间并可对数据进行读写等操作。

具体的方案为:法兰盘21安装在升降支架22上，用于调节避雷针的高度，绝缘套管12的下端延伸设置至均压环13的下方，均压环13沿铅垂方向间隔设置，各均压环13的下方分别设置第二连接杆15，均压环13设置有两个，绝缘套管12上设置安装底座151（均压环水平支撑杆安装底座），第二连接杆15的里端固定在安装底座151上，绝缘套管12由玻璃纤维增强环氧树脂制得。

本实用新型可独立安装于各类建筑物上，安装地点的选择应满足既要经济又要保证安全的要求，用于保护输电线路时，一般要求升高2～3米后，直接安装在杆塔顶部。

在安装引雷针时，要求均压环保持水平，引雷针本体处在铅垂方向，自针头顶部至被保护物顶部的高度大于3m，禁止在结构支柱上悬挂电话线、广播线、电视天线及电力架空线。

一般情况下，本实用新型应设两根专用的接地引下线(对于直接装在铁塔上的情况，不另设接地引下线，直接与铁塔连接牢固就可以了)。引下线一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不应小于下列值:圆钢直径中10mm，扁钢为4×25mm。引下线沿建筑物或构筑物外墙敷设，并经最短路径接地。建筑艺术要求较高者，也可以暗敷，但截面应加大一倍。在易受机械磨损的地方，地面上约1.7m至地面下0.3m的一段接地引下线应穿铁管保护。

本实用新型所用的接地电阻应符合相应场所的要求。一般采用复合接地装置，垂直埋设的接地体可采用角钢、钢管;水平埋设的接地体采用扁钢、圆钢。它们的尺寸不应小于下列标准:角钢4只40×40mm;钢管直径小35mm；壁厚3.smm；扁钢4×25mm；圆钢中12mm。接地装置处于行人过道的地下时，应考虑采取降低跨步电压的措施。

总之，本实用新型提供的提前放电引雷针，同样数目的针头，引雷针比普通避雷针的击穿电压低，引雷效果好。在相同条件下，针头带绝缘套管的引雷效果，较无绝缘的针头，引雷效果好。在同样条件下，单针头的引雷针的引雷效果比多针头的好。本带绝缘套管提前放电引雷针，采用不锈钢材料制造，易于加工，结构强度高，重量相对较轻，制造过程中不产生环境污染，使用简便，免维护，安装便利。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本实用新型中记载内容后，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于:包括立状布置的引雷针本体以及安装引雷针的法兰盘，引雷针安装在法兰盘上设置的主放电间隙模块上，引雷针本体的上部外围设置有均压环，均压环通过法兰盘上设置的倾斜布置的第一连接杆进行支撑固定，第一连接杆的上端与引雷针本体间通过横状布置的第二连接杆进行连接，第一连接杆的下端安装在法兰盘上设置的副放电间隙模块上，第一、二连接杆均沿引雷针本体的周向间隔设置，避雷针本体的顶端套设有一绝缘套管，绝缘套管的顶端处于封堵状。

2.根据权利要求1所述带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于:法兰盘安装在升降支架上。

3.根据权利要求1或2所述带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于:绝缘套管的下端延伸设置至均压环的下方。

4.根据权利要求3所述带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于:均压环沿铅垂方向间隔设置，各均压环的下方分别设置第二连接杆。

5.根据权利要求3所述带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于:绝缘套管上设置安装底座，第二连接杆的里端固定在安装底座上。

6.根据权利要求5所述带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于:绝缘套管由玻璃纤维增强环氧树脂制得。

7.根据权利要求6所述带绝缘套管的提前放电引雷针，其特征在于: 均压环设置有两个。