CN2172534Y - 拒-引结合型防雷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高电压技术的防雷技术领域，是 一种直击雷防护技术。本实用新型提出的拒-引结 合型防雷装置按照“电荷屏蔽论”的理论，设计一种新 型的拒雷器，为了泄放雷云的电荷还设计了一种引雷 器，引雷针的形状有三种，将拒雷器进行合理的配置， 就能有效的对直击雷进行防护，可靠性好。对电力、 通讯、石油、化工、易燃、易爆等设备可以做到有效的 对直击雷的防护，推广应用后，可获得显著的社会效 益和较好的经济效益。

Description

本实用新型属于高电压技术的防雷技术领域，是一种直击雷防护新装置。

目前各地普遍采用直击雷防护装置有避雷针、“多短针”型消雷器和“少长针”型消雷器。

避雷针，是采用畸变雷云与大地间的电场吸引雷击于避雷针上，使其周围的被保护物免遭雷击。实际应用中表明此种防雷技术很有限，对较远处雷云的吸引有时未吸到避雷针上，而吸引到周围被保护物体上，有时还由于避雷针距保护物较近，在雷击避雷针时，发生反击、感应过电压使被保护物遭到雷害等事故，就是上述原因造成的。

七十年代美国卡本发明的“多短针”型消雷器由离子化装置、地电流收集装置和二者的连线组成。离子化装置是由成千上万支几厘米长的金属尖针均匀地安置在几平方米的水平面或锥形面等各种形状的面上组成。安装在几百至几千英尺的消雷塔上。地电流收集装置是埋在地下的金属导体、将被保护物与消雷塔相连的网络。

消雷器的基本理论是“电荷中和论”。在雷云与大地的电场作用下，消雷器离子化装置的金属针尖端的空气被电离，使空气中具有与雷云异号的电荷；地电流收集装置又将被保护物上感应的与雷云异号的电荷送到消雷器离子化装置的金属针尖端，放射到空气中；这两种与雷云异号的电荷，在雷云与大地电场作用下和风的作用下，向雷云运动，直到与雷云电荷中和，使雷云电荷及雷云对大地电场消失，从而消除了雷击。

“多短针”型消雷器在雷云作用下的消散电流计算、模拟实验及实测结果，均为微安级，故其提供的与雷云异号电荷的数量太少，并且这些电荷很难运动到上千米的高度将雷云电荷中和掉，很难使雷云对地电场减弱到不发生雷击，所以“多短针”型消雷器在试用中多次遭受雷击，因此在一般情况下该型消雷器不能消除雷击。

武汉水电学院申报的国家专利申请号为902027069为半导体“少长针”型消雷器。其结构是由10－19根玻璃钢环氧棒上涂半导体漆消雷针，直径为2－10cm，每根长度2－10m，阻值为10－100KΩ，针的顶部还有4根长20－40cm的铜针分叉。其分布方式为垂直向上一根与这垂直向上一根成30°角并在3－6个方向各一根，与垂直向上一根成60°角，并在3－6方向各一根，与垂直一根成90°角，即水平面并在3－6个方向各成一根。消雷针按这样组合后构成为消雷器头，将该消雷器头，安装在40－70m高的金属塔或建筑物顶部构成消雷器，半导体消雷针的目的是为了限制迎面先导而避免上行雷击并为消雷器遭雷击时限制雷电流。“少长针”型消雷器的基本理论仍是“电荷中和论”故消雷器必须提供必要数量的与雷云异号的电荷。计算和实验都表明消雷器越高、消散电流越多，因此得出了消雷器能否消雷其高度是至关重要的结论 一般情况下，消雷器安装高度宜在60m以上，不能低于40m。人为规定其保护范围不小于消雷器安装高度的5倍。

“少长针”型半导体消雷器在试用中也几次遭受雷击，实践证明，采用“电荷中和论”所制造的消雷器都不能可靠地防止雷击，这就是现有消雷器技术的致命缺陷。

本实用新型的目的是根据“电荷屏蔽论”的原理，采用拒雷和引雷两种相结合的装置，使被保护物可靠地防止雷击。

本实用新型的技术解决方案是由以下两部分组成：

一拒雷器：是由金属塔和多层分布的多支拒雷针组成。在一个金属塔上，顶端为A层（第一层）见附图1及a向视图（a），1支主拒雷针垂直于地面，平行于地面呈放射状，每隔45°安装一支共8支，与主拒雷针成45°均匀安装6支拒雷针，A层共15支拒雷针。

从顶端起，每下降8米处安装一层拒雷针，即B层（第二层）、C层（第三层）、D层（第四层）见附图b、c、d向视图（b）（c）（d）每层拒雷针均平行于地面呈放射状分布，两拒雷针之间平面夹角为45°，均匀安装8支。

拒雷针既要保证一定的机械强度，又要减轻重量，为此设计成2－4段呈梯形状，串接而成，每段之间用螺纹连接，其尖端锥角小于20°，每支拒雷针长度为1、5－5m。

每层拒雷针均安装在一个固定底座上，如：OA、OB、OC、OD底座A拒雷针为金属导体。

拒雷器高度一般为35－60m，其保护范围为拒雷器高度的2－8倍。金属塔的基础埋于地下，对接地电阻无特殊要求，不需人工接地装置。

拒雷器上的拒雷针，除必须安装A层外，还可只安装A层、B层、或A层、B层、C层、或A－D层。

根据防雷保护区设计的需要拒雷器安装1座至多座。

二、引雷器：是由杆塔和不同形状的引雷针组成。

在杆塔的顶端装引雷针，引雷针的形状有三种型式：直针式、环式、放射式。直针式引雷针可分为2－3段，长度为2－5m。

环式引雷针由支杆和在顶端引雷针头组成。引雷针头由一个圆环内装一个十字架构成。圆环直径为0、5m，支杆长度为1、5－3、0m。放射式引雷针是由支杆和顶端平行于地面的放射状引雷针组构成。引雷针组上的小引雷针长度为0、5m，支杆长度为1、5－3、0m。

引雷针及支杆均为金属导体、杆塔接地良好，在一般土壤电阻率地区不宜大于15Ω，在高土壤电阻率地区，加大引雷器至被保护物的距离条件下，接地电阻可为几十欧姆。

引雷器高度一般是拒雷器高度的1／5－3／4为宜。

根据防雷保护区设计的需要，引雷器与拒雷器配合使用1座至多座。

附图说明：图1为拒雷器结构示意图。

1、拒雷器；2、主拒雷针；3－16装有A层（第一层）的拒雷针；17－24装在B层（第二层）的拒雷针；25－32装在C层（第三层）的拒雷针；33－40装在D层（第四层）的拒雷针、OA、OB、OC、OD为装拒雷针的底座。W为金属塔。

图2为拒雷针结构示意图

41为第一段拒雷针、42为第二段拒雷针、43为第三段拒雷针、2为针尖端锥角

图3为引雷器结构示意图

44为引雷器、45为直针式引雷针、46为环式引雷针、47为支杆、48圆状引雷针头、49为放射式引雷针、50为支杆、51－58放射式引雷针组，、H为杆塔。

本实用新型所依据的基本理论为“电荷屏蔽论”。在拒雷针尖端附近的空气在雷云电场作用下发生电离，与雷云异号电荷在雷云电场作用下向雷云运动。因距拒雷器越远电场强度降低，电荷受电场力越小，电荷向上运动减慢，另因电荷受重力作用也使其向上运动减慢，故电荷向上运动到某一高度处，将形成一个电荷密度较大的空间电荷层，这一电荷层中总不断有电荷继续向高空运动，而由拒雷针使空气电离又有与雷云异号的电荷不断向这一电荷层运动，故这一空间电荷层中的电荷不断减少又同时不断补充形成了动态平衡，这一空间电荷层加大了其与雷云间的场强，减弱了其与拒雷器间的场强，改善了拒雷器与雷云之间的电场分布，空间电荷层对拒雷器的这种屏蔽作用，提高了雷云对拒雷器的击穿电压，使雷云不向拒雷器发生击穿，而空间电荷屏蔽范围之外的地面或物体上电场强度较强，雷云对其击空电压较低，故雷击于空间电荷屏蔽范围之外的地面或物体上，使拒雷器及其周围的物体不遭受雷击。电离所形成的电流一般是微安级，最大只达毫安级，毫安级电流在拒雷器上的电压是很低的，不会有任何危害，拒雷器的接地电阻值也不会影响电离所形成电流的大小，故拒雷器的接地电阻不必严格要求，只要安装拒雷器的金属塔自然接地即可。

空间电荷层是受拒雷器上拒雷针的针数、针长、针的布置及拒雷器的总高度等因素的影响，通过模拟实验结果表明，拒雷器的保护半径一般为拒雷器对地高度的2－8倍。

根据“电荷屏蔽论”的原理，拒雷器是有临界高度的限制的，临界高度受拒雷针的针数、针长、针的布置等因素的影响，可通过模拟实验来确定，拒雷器超过其临界高度就将失去作用，故必须在拒雷器保护范围之外，设置引雷器，降低拒雷器保护范围之外的击空电压，使雷击于引雷器，给雷云能量以泄放的通路，确保拒雷器及其保护范围之内的物体不遭雷击，使被保护物获得可靠的防雷保护。因此，当拒雷器超过或接近其临界高度时，必须采用引雷器配合组成拒——引结合型防雷装置，才能解决临界高度的限制而作为高度高的被保护物的防雷保护装置。拒雷器的临界高度一般为50－60m。

引雷器的高度一般是18－30m，引雷器的数量视拒雷器的座数及其保护范围而异，拒雷器的保护范围较小时，只需1座引雷器，拒雷器的保护范围很大时，就需4－8座引雷器与其相配合，引雷器布置在拒雷器保护范围之外，距被保护物的距离要求大于20m。引雷器的接地电阻值视土壤电阻率的高低而定，一般为几十欧姆。

结合附图对本实用新型实施例作进一步描述：拒雷器是由金属塔（W）和（A）（B）（C）（D）四层拒雷针组成，也可单独装有（A）层拒雷针。或（A）（B）（C）层或（A）－（D）层拒雷针。（A）层拒雷针共15支装在底座（OA）上，然后装在金属塔（W）顶端，（B）层拒雷针8支装在底座（OB）上，然后装在离B层拒雷针底座（OB）低8m处，（D）层8支，拒雷针装有底座（OD）上，然后装在离C层底座（OC）低8m处，金属塔与大地相连，塔高60m。

拒雷针一般情况下，可做成三段，第一段（41）外径26mm，长度为1400mm，第二段（42）外径为18mm，长度为960mm，第三段（43）外径为6mm，长度为760mm，中间以螺纹连接，去掉连接的螺纹长度、全长为3m。拒雷针尖端α角一般不大于20°为宜，材料为金属导体。

引雷器（44）是由杆塔（H）和引雷针（45、46、49）组成。在杆塔（H）上，可装有直针式引雷针（45），其长度为3m，也可装有环式引雷针（46），它是由支杆（47）和O状引雷针头（48）组成。圆环直径为0.5m，还可装有放射式引雷针（49），它是由支杆（50）和放射式引雷针组（51－－58）组成，引雷针组上，每支小引雷针长度为0.25m，材料均为金属导体。

杆塔（H）高度为27m。

整个防雷保护区设置驱雷器和引雷器的数量和布局，应根据不同情况，因地制宜，一个可靠性高的防雷保护区必须精心设计并且通过多次模拟实验才能确定。

本实用新型经过多次模拟实验获得良好效果的实例如：如被保护物高20m，保护区长140m，宽100m，采用1座高度为35m的拒雷器，拒雷针长4、5m，只装有（A）层，共15支拒雷针，在被保护区长边的两侧中间的20m各设1座高度为24m的引雷器。实验结果雷击于其中1座引雷器，而被保护物安全无损。

本实用新型的优点和积极效果，表现在一：加大了保护半径，一般情况为拒雷器高度的2－8倍，比避雷针的保护半径大1、3－5倍，比消雷器规定的保护半径大1、6倍。二：拒雷器、引雷器对接地没有特殊要求。三：提高了防雷击的可靠性，能使被保护区内获得百分之百的可靠防护。可广泛应用于电力系统、工厂、矿山、通讯系统，弱电设备，微波塔等高层建筑，特别适用于石油、化工、易燃等危险品设备的防雷保护。

Claims (3)

1、一种由拒雷器(1)、引雷器(44)组成的拒-引结合型防雷装置(以下简称：防雷装置)，其特征在于：在拒雷器(1)上装有(A)层拒雷针或装有(A)(B)层拒雷针或装有(A)(B)(C)层拒雷针或装有(A)-(D)层拒雷针；在引雷器上(44)上装有直杆式引雷针(45)或装有环式引雷针(46)或装有放射式引雷针(49)。

2、如权利要求1所述的防雷装置，其特征在于：拒雷针（2－40）为2－4段，长度为1.5－5m，尖端锥角小于20°。

3、如权利要求1所述的防雷装置，其特征在于：直针式引雷针（45）为2——3段，长度为2——5m；环式引雷针（46）的圆环直径0.5m，支杆（47）长度为1.5——3.0m；放射式引雷组（51－58）的小引雷针长度为0、5m，支杆（50）长度为1、5－3、0m。

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