CN211605652U

CN211605652U - 智能型避雷针

Info

Publication number: CN211605652U
Application number: CN202020426229.2U
Authority: CN
Inventors: 黄德青
Original assignee: Anhui Zhongpu Lightning Protection Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Zhongpu Lightning Protection Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-27

Abstract

本实用新型提出一种智能型避雷针，包括：避雷针头；罗氏线圈互感器，其中，罗氏线圈互感器外置于避雷针头底部；不锈钢接闪器；雷电智能监测模块，其中，雷电智能监测模块内置于不锈钢接闪器中，罗氏线圈互感器与雷电智能监测模块相连；不锈钢支撑杆。本实用新型的智能型避雷针，能够实现基于罗氏线圈传感器技术精准还原雷击的雷电流波形、峰值及能量，采用一体式设计模式，具有实现简单、便于安装、体积较小、成本低等特点。

Description

智能型避雷针

技术领域

本实用新型涉及防雷电安全技术领域，尤其涉及一种智能型避雷针。

背景技术

避雷针，其本质就是引雷，利用其自身高度的优势，将雷云的放电通路引至避雷针本身，由其相连的引下线和接地装置将雷电流泄放入地，从而使被保护物体免遭雷击。传统的避雷针仅起到接闪和泄放作用，对接闪的雷电大小及雷击发生频率等数据无法测量和评估。

目前，针对传统避雷针传导的雷电流在线监测，主要通过外接罗氏线圈互感器和雷电智能监测仪的组合模式来实现，常见监测方案有：一是在传统避雷针下端引下线安装罗氏线圈互感器、连接雷电智能监测仪的雷电监测模式；二是在避雷针针头外套罗氏线圈互感器和外接雷电智能监测仪的雷电监测模式。避雷针，避雷针高度从几米高达上千米各种类别，其本身就是导电体，且实际应用中多采用多端接地方式(多个PE端)；前一种监测方案只可检测出经避雷针传导的雷电流部分能量数据；后一种监测方案可实现雷击强度的准确监测，但安装复杂、造价较高且外置组件易风化损坏，缺乏整体性和良好的性能。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种智能型避雷针，能够实现基于罗氏线圈传感器技术精准还原雷击的雷电流波形、峰值及能量，采用一体式设计模式，具有实现简单、便于安装、体积较小、成本低等特点。

为达上述目的，本实用新型提出了一种智能型避雷针，包括：避雷针头；罗氏线圈互感器，其中，所述罗氏线圈互感器外置于避雷针头底部；不锈钢接闪器；雷电智能监测模块，其中，所述雷电智能监测模块内置于所述不锈钢接闪器中，所述罗氏线圈互感器与所述雷电智能监测模块相连；不锈钢支撑杆。

根据本实用新型的智能型避雷针，通过将避雷针接闪器内置集成智能化在线监测模块、避雷针头底部外置罗氏线圈互感器的一体式设计模式，能够实现基于罗氏线圈传感器技术精准还原雷击的雷电流波形、峰值及能量，采用一体式设计模式，具有实现简单、便于安装、体积较小、成本低等特点。

另外，根据本实用新型上述提出的智能型避雷针还可以具有如下附加的技术特征：

具体地，所述避雷针头为实心不锈钢材质。

具体地，所述罗氏线圈互感器固定于所述实心不锈钢避雷针头底端，所述罗氏线圈互感器与所述实心不锈钢避雷针头一体化设置。

具体地，所述罗氏线圈互感器通过导线与所述雷电智能监测模块相连。

进一步地，上述的智能型避雷针，还包括：电源线及串口通信线，所述电源线及串口通信线内置于所述雷电智能监测模块中。

具体地，所述电源线及串口通信线经过所述不锈钢支撑杆与接地装置相连。

具体地，所述雷电智能检测模块包括：高频采样电路、运放电路、信号处理器、ARM微控制器和，其中，所述高频采样电路的输出端与所述运放电路的输入端相连，所述运放电路的输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述ARM微控制器相连。

具体地，所述雷电智能检测模块还包括：通信模组和电源模块，其中，所述通信模组，用于实现与监测终端之间的数据传输；所述电源模块，用于对所述雷电智能检测模块提供交流电。

具体地，所述雷电智能检测模块固定在壳体内，所述壳体内置于所述不锈钢接闪器中。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的智能型避雷针的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的雷电智能监测模块的方框示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的罗氏线圈工作原理示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的罗氏线圈测量原理等效电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的智能型避雷针。

图1是根据本实用新型实施例的智能型避雷针的结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例的智能型避雷针可包括：避雷针头1、罗氏线圈互感器2、不锈钢接闪器5、雷电智能监测模块3和不锈钢支撑杆6。

其中，罗氏线圈互感器2外置于避雷针头1底部。雷电智能监测模块3内置于不锈钢接闪器5中，罗氏线圈互感器2与雷电智能监测模块3相连。

进一步地，避雷针头1可以为实心不锈钢材质。

进一步地，罗氏线圈互感器2固定于实心不锈钢避雷针头1底端，罗氏线圈互感器2与实心不锈钢避雷针头1一体化设置。

进一步地，罗氏线圈互感器2通过导线与雷电智能监测模块3相连。

进一步地，雷电智能检测模块3固定在壳体7内，壳体7内置于不锈钢接闪器6中。

进一步地，上述的智能型避雷针，还包括：电源线及串口通信线4，电源线及串口通信线4内置于雷电智能监测模块3中。

进一步地，电源线及串口通信线4经过不锈钢支撑杆6与接地装置相连。

具体而言，在不锈钢接闪器5中内置集成雷电智能监测模块3，避雷针头底部外置罗氏线圈互感器2的一体式设计模式，包括实心不锈钢避雷针头1、罗氏线圈互感器2、不锈钢接闪器5(内置雷电智能在线监测模块3)、不锈钢支撑杆组成；罗氏线圈互感器2固定于实心不锈钢避雷针头1底端，通过导线直连雷电智能在线监测模块3，还包括供电电源线及串口通信线，具有串口通信功能，同时支持4G/5G网络通信功能，实现雷电数据的实时在线采集、远程传输。由此，能够基于罗氏线圈传感器技术精准还原雷击的雷电流波形、峰值及能量，采用一体式设计模式，具有实现简单、便于安装、体积较小、成本低等特点。

在本实用新型的一个实施例中，雷电智能检测模块包括：高频采样电路、运放电路、信号处理器、ARM微控制器和，其中，高频采样电路的输出端与运放电路的输入端相连，运放电路的输出端与信号处理器的输入端相连，信号处理器的输出端与ARM微控制器相连。

进一步地，雷电智能检测模块还包括：通信模组和电源模块，其中，通信模组，用于实现与监测终端之间的数据传输；电源模块，用于对雷电智能检测模块提供交流电。

具体而言，如图2所示，当智能型避雷针接闪雷电时，罗氏线圈互感器获取的相应感应电压信号通过导线传送至雷电智能监测模块，当罗氏线圈感应到的电压超过一定阈值，会触发高速A/D采集模块，高频采样电路快速采集雷电强度，将采样数据通过运放电路和信号处理器处理后的数据传输给微控制器，微控制器自动记录雷击发生时间、雷击强度数据及雷电流幅值、极性、雷电流信号的波形等，并将处理好的数据通过RS485/无线通信(如 LORA/5G)传输到上位机进行处理，同时支持LORA通信上传至集中器，在上位机配套监控软件中可实时监控雷击发生的次数、雷电强度等，同时可在后台数据库存储数据，实现雷击数据回溯查询，雷电智能监测模块供电电源采用220V交流直供，监测终端通电后系统自动初始化监测设备，启动各个功能模块，故障自动复位。

由此，通过一体式设计模式，便于安装及维护，导线及雷电智能监测模块内置，有效解决了组件受外部环境影响造成的风化及损坏。避雷针针头处外置罗氏线圈互感器，实现雷击强度的精准采集。

下面结合图3和图4介绍一下罗氏线圈工作原理。

罗氏线圈又叫电流测量线圈、微分电流传感器，其基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律工作，被测电流产生的变化磁场会在罗氏线圈中感应出相应的电压信号，因此罗氏线圈和被测电流在电路上没有直接的联接，可直接套在被测导体上进行交流电流的测量。通过选择合适的线圈结构参数(环型骨架直径和材质、线圈截面、匝数、积分电阻等)，实现罗氏线圈互感器测量幅值从十安培到数百千安排，上升时间从毫微秒到毫秒的电流。

罗氏线圈通过电磁感应实现对雷电流的测量，其测量原理等效电路如图4所示。其中， L₀、R₀、C₀分别为罗氏线圈的自感、内阻、分布电容，Rs、u_s(t)分别为采样电阻和采样电阻两端的电压，i₀(t)为被测电流。

由基尔霍夫电压定律得

其中，i(t)为线圈感应产生的总电流。

由公式(1)和(2)可得以下公式(3)：

上述公式3即为基于罗氏线圈的雷电流测量系统的数字模型表达式。

综上，本实用新型在传统避雷针产品的导流功能基础上，避雷针接闪器内置集成智能化在线监测模块、避雷针头底部外置罗氏线圈互感器的一体式设计模式，有效地实现了雷电流波形、幅值、能量、时间及雷击次数等数据的精准采样、记录及远程传输，支持RS485、 LORA、4G/5G通信功能，进一步可实现雷电数据智能在线分析及智能告警功能，达到了现代化外部防雷产品智能化改造的目的。

综上所述，根据本实用新型的智能型避雷针，通过将避雷针接闪器内置集成智能化在线监测模块、避雷针头底部外置罗氏线圈互感器的一体式设计模式，能够实现基于罗氏线圈传感器技术精准还原雷击的雷电流波形、峰值及能量，采用一体式设计模式，具有实现简单、便于安装、体积较小、成本低等特点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种智能型避雷针，其特征在于，包括：

避雷针头；

罗氏线圈互感器，其中，所述罗氏线圈互感器外置于避雷针头底部；

不锈钢接闪器；

雷电智能监测模块，其中，所述雷电智能监测模块内置于所述不锈钢接闪器中，所述罗氏线圈互感器与所述雷电智能监测模块相连；

不锈钢支撑杆。

2.根据权利要求1所述的智能型避雷针，其特征在于，所述避雷针头为实心不锈钢材质。

3.根据权利要求2所述的智能型避雷针，其特征在于，所述罗氏线圈互感器固定于所述实心不锈钢避雷针头底端，所述罗氏线圈互感器与所述实心不锈钢避雷针头一体化设置。

4.根据权利要求1所述的智能型避雷针，其特征在于，所述罗氏线圈互感器通过导线与所述雷电智能监测模块相连。

5.根据权利要求1所述的智能型避雷针，其特征在于，还包括：

电源线及串口通信线，所述电源线及串口通信线内置于所述雷电智能监测模块中。

6.根据权利要求5所述的智能型避雷针，其特征在于，所述电源线及串口通信线经过所述不锈钢支撑杆与接地装置相连。

7.根据权利要求1所述的智能型避雷针，其特征在于，所述雷电智能检测模块包括：高频采样电路、运放电路、信号处理器、ARM微控制器和，其中，

所述高频采样电路的输出端与所述运放电路的输入端相连，所述运放电路的输出端与所述信号处理器的输入端相连，所述信号处理器的输出端与所述ARM微控制器相连。

8.根据权利要求7所述的智能型避雷针，其特征在于，所述雷电智能检测模块还包括：通信模组和电源模块，其中，

所述通信模组，用于实现与监测终端之间的数据传输；

所述电源模块，用于对所述雷电智能检测模块提供交流电。

9.根据权利要求1所述的智能型避雷针，其特征在于，所述雷电智能检测模块固定在壳体内，所述壳体内置于所述不锈钢接闪器中。