CN217642132U - 一种直击雷防护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直击雷防护装置，包括防护头、感应导体、放电电极、放电装置以及承载各部件的主体，所述防护头设置在主体的顶部并且接地，所述防护头的顶面呈弧形面，所述感应导体设置在防护头的下方并且与防护头绝缘间隔开，所述感应导体整体呈伞形，所述放电电极设置在感应导体下方并且与放电装置连接以对感应导体放电。本实用新型采用顶面呈弧形面的防护头，降低表面感应电荷密度，降低电场强度以抑制上行先导的产生，采用电荷中和的方式降低保护区域的电场强度，使得被保护区域的接闪电压也得到提高，减少雷击产生的可能性，同时能够有效承受雷击，保护范围大，可靠性好。

Description

一种直击雷防护装置

技术领域

本实用新型涉及防雷技术领域，尤其涉及一种直击雷防护装置。

背景技术

雷电是由带电的雷云放电引起的，通常是云地闪击，即雷云中的电荷和大地之间的放电过程。以负极性云地闪为例：通常情况下，整个雷云的总体电荷分布为上部为正电荷区域，下部为负电荷区域，而雷云内部可以有若干个的电荷中心，雷击过程中，雷云和大地之间的电场强度极高，两者间的电位最高差会升高至几十兆伏，远远大于大气的临界击穿强度(约30kV/cm，有水滴的情况下约为10kV/cm)，从而击穿大气，形成雷云对地的火花放电，放电电流可瞬间高达几十甚至几百千安，位于地面的物体高度越高,越容易遭受直击雷雷击。传统的直击雷防护是利用接闪器将雷电引下,经引下线和接地装置将雷电流引入地中,以防止其对被保护对象造成损害。

随着科技的发展，接闪器已经不局限于传统的富兰克林避雷针，近年来还出现有具有电荷消散、不让雷电落下来的功能性防雷装置。但目前的具有电荷消散、不让雷电落下来的功能性避雷针在未能起到阻止雷击发生的作用时，不能提供有效保护功能，承受雷击的能力无法满足标准要求，保护性较差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种直击雷防护装置，解决目前技术中的防雷装置在未能起到阻止雷击发生的作用时，不能提供有效保护功能，承受雷击的能力无法满足标准要求的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种直击雷防护装置，包括防护头、感应导体、放电电极、放电装置以及承载各部件的主体，所述防护头设置在主体的顶部并且接地，所述防护头的顶面呈弧形面，所述感应导体设置在防护头的下方并且与防护头绝缘间隔开，所述感应导体整体呈伞形，所述放电电极设置在感应导体下方并且与放电装置连接以对感应导体放电。本实用新型所述的直击雷防护装置采用顶面呈弧形面的防护头，降低防护头表面感应电荷密度，能够有效降低防护头附近区域的电场强度，从而抑制上行先导的产生，利用放电装置和放电电极来对感应导体放电以进行电荷中和，降低保护区域电场强度的同时，使得被保护区域的接闪电压也得到提高，防护头与感应导体之间是绝缘隔离的，能有效改善电位分布，增大电场均匀性，能够提高接闪电压，本实用新型所述的直击雷防护装置结构简单、紧凑，使用可靠性高，在减小雷击产生可能性的同时能够有效承受雷击，提供有效的保护，保护范围广，性能稳定。

进一步的，所述感应导体沿着高度方向绝缘间隔设置有若干个，所述放电电极设置在最低位置的感应导体的下方，放电装置通过放电电极向感应导体放电以进行电荷中和，相邻感应导体之间的电荷也发生中和，提高周围空间的电场强度降低，达到静电平衡。

进一步的，所述感应导体的外围边缘具有锯齿状凸起。

进一步的，所述感应导体包括顶部圆盘面和衔接在顶部圆盘面外围的锥面，所述顶部圆盘面外围通过圆弧折弯过渡至锥面。

进一步的，所述感应导体的直径大于等于防护头的直径。

进一步的，所述防护头还包括在弧形面的边缘沿着径向外侧方向依次设置的第一弯折凸起部、反弯折部和第二弯折凸起部，所述第一弯折凸起部、反弯折部和第二弯折凸起部分别为圆弧形弯折，避免形成尖锐的尖端，降低电场强度，避免尖端放电。

进一步的，第二弯折凸起部的径向内侧方向延伸以构成内扣结构，避免形成尖锐的边缘，有利于减小电场强度，减少放电的发生。

进一步的，所述放电装置包括非线性通断器件和储能器件，可以减小迎面放电的发展速度，在承接雷电时也可以减小主放电电流，更进一步减小接闪的概率和雷击时的机械效应、热效应、电磁脉冲效应等二次效应。

进一步的，所述主体包括由上至下依次连接的支撑柱、筒体和底座，所述支撑柱、筒体和底座为导电件，所述防护头连接在支撑柱顶部并通过支撑柱、筒体和底座进行接地，所述感应导体通过绝缘套件套设连接在支撑柱上，所述放电装置安装在筒体内部。结构简单、紧凑，易于实施，装配方便、稳定性好，主体既起到承载各部件的作用，也起到接地的作用，感应导体、放电电极、放电装置等部件绝缘装配在主体上，以保障其正常工作。

进一步的，所述绝缘套件中部为用于套设在支撑柱的通孔，所述绝缘套件的外围设置有向径向外侧延伸凸起的伞部，结构简单，装配方便，绝缘隔离效果好。

进一步的，所述伞部的外径小于防护头的直径，所述伞部沿着支撑柱的轴向间隔设置有若干个，并且外径各不相同。

进一步的，所述支撑柱上还电连接有金属放电刷，所述金属放电刷螺旋形盘绕布置在所述感应导体下方，利用金属放电刷来增强放电，更好的进行电荷中和，降低防护头上的电荷密度，从而降低周围空间的电场强度，减小雷击产生可能性。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述直击雷防护装置采用顶面呈弧形面的防护头，降低防护头表面感应电荷密度，能够有效降低防护头附近区域的电场强度，从而抑制上行先导的产生，利用放电装置和放电电极来对感应导体放电以进行电荷中和，降低保护区域的电场强度，使得被保护区域的接闪电压也得到提高，同时有效改善电位分布，增大周围环境的电场均匀性，避免电场大幅度升高、加强，避免电场达到使周围空气中分子电离的程度，避免形成放电击穿，减少了雷击产生的可能性；

在相同条件下，具有比常规直击雷防护装置更大的保护半径，可以等效适当的降低雷电防护装置的高度，适用性更强，适用范围更广；

有效降低雷电的各种效应，由于直击雷防护装置使得保护区域的电场分布趋于均匀，从而可以使雷电的回击和后续雷击强度降低，进而对雷电的机械效应、电动力效应、热效应、声光效应和电磁脉冲效应等各种效应具降低作用；

具有大通流能力和高耐受水平，合理的结构布局，配合冲击大电流设计，直击雷防护装置的雷电流耐受能力可以满足国际标准和国家标准中规定的雷电流参数的最大值；

增强放电装置内非线性器件减小主放电电流和迎面放电的发展速度，更进一步降低装置周围的表面电荷密度，降低周围环境的电场强度，更好的减小接闪的概率和雷击效应。

附图说明

图1为直击雷防护装置的结构示意图；

图2为防护头的结构示意图；

图3为绝缘套件的结构示意图；

图4为感应导体的结构示意图；

图5为直击雷防护装置的工作原理图。

图中：

防护头1、弧形面11、第一弯折凸起部12、反弯折部13、第二弯折凸起部14、感应导体2、顶部圆盘面21、锥面22、锯齿状凸起23、放电电极3、放电装置4、支撑柱5、筒体6、底座7、绝缘套件8、伞部81。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开的一种直击雷防护装置性能稳定、防护性能好，满足规范要求，保护范围大，能有效减小雷击产生的可能性，降低雷电的各种效应，结构简单、安全可靠。

如图1至图4所示，一种直击雷防护装置，主要包括防护头1、感应导体2、放电电极3、放电装置4以及承载各部件的主体，所述防护头1设置在主体的顶部并且接地，所述防护头1的顶面呈弧形面11，降低防护头表面感应电荷密度，从而降低防护头附近区域的电场强度，抑制上行先导的产生，所述感应导体2设置在防护头1的下方并且与防护头1绝缘间隔开，所述感应导体2整体呈伞形，所述放电电极3设置在感应导体2下方并且与放电装置4连接以对感应导体2放电来进行电荷中和，进一步的降低保护区域电场强度，从而在雷云状态下，直击雷防护装置周围的环境电场不会大幅度升高、加强，达不到可以使周围空气中分子电离的程度，不会形成放电击穿，进而不会形成上行先导，减少雷击产生的可能性。

在本实施例中，所述主体包括依次由上至下依次连接的支撑柱5、筒体6和底座7，所述支撑柱5、筒体6和底座7为金属材质的导电件，所述防护头1连接在支撑柱5顶部并通过支撑柱5、筒体6和底座7实现接地，所述感应导体2通过绝缘套件8套设连接在支撑柱5上，所述放电装置4安装在筒体6内部保持与主体绝缘，所述放电电极3也与主体保持绝缘，所述主体既起到承载各部件的作用也起到将防护头1接地的作用，结构紧凑、稳定，易于实施。

具体的，支撑柱5具体为一金属柱件，所述防护头1底部设置有螺柱，所述螺柱具有内螺纹，防护头1通过螺柱与支撑柱5顶端螺接，装配方便，并且连接稳固性好，同时保持良好的电连接，确保防护头1接地可靠性，支撑柱5的底端与筒体6顶部螺接，并且筒体6的顶部开设有通孔，所述放电电极3通过绝缘件安装在通孔处，以保持所述放电电极3与整个主体绝缘，放电电极3通过导线与安装在筒体6内部的放电装置4电连接；

所述防护头1还包括在弧形面11的边缘沿着径向外侧方向依次设置的第一弯折凸起部12、反弯折部13和第二弯折凸起部14，所述第一弯折凸起部12、反弯折部13和第二弯折凸起部14分别为圆弧形弯折，避免形成尖锐的尖端，降低电场强度，降低尖端放电的可能性，具体的，第一弯折凸起部为弧形面11的边缘向下方折弯以构成凸起，所述反弯折部为反向的向上折弯，相当于构成一个台阶结构，能够提高防护头1的结构稳定性，然后防护头1的边缘再向下方折弯以构成所述第二弯折凸起部，并且第二弯折凸起部的弧度较大以向径向内侧方向延伸而形成内扣形状结构，第二弯折凸起部的弧度可以是大于等于180度，避免形成尖锐的边缘，有利于减小电场强度，减少放电的发生。所述第一弯折凸起部的半径大于3mm，反弯折部的半径大于3mm，第二弯折凸起部的半径大于5mm，所述弧形面11的半径小于900mm，弧度大于等于30度，在本实施例中，所述防护头1由实心铝材制成，所述防护头1的壁厚为10mm，当然所述防护头1也可采用空心结构，所述防护头1在加工成型后进行表面抛光并进行化学处理、喷砂(100目)，然后进行本色导电氧化，同时进行48小时的盐雾试验，所述防护头1的弧形面11的半径具体为376mm，弧度为38°，从而弧形面11的弧长为249.2mm，防护头1底部的螺柱深度为45mm，第一弯折凸起部的半径为20mm，反弯折部的半径为10mm，第二弯折凸起部的半径为20mm，所述防护头1整体的直径为300mm。

所述绝缘套件8整体为套管状结构，其可采用有机材料(如橡胶、树脂等)、无机材料(如云母、陶瓷、玻璃等)或复合材料制成，绝缘套件8的中部为用于套设在支撑柱5的通孔，所述绝缘套件8的外围设置有向径向外侧延伸凸起的伞部81，所述伞部81的外径小于防护头1的直径，所述伞部81可单独设置一个，也可以是沿着支撑柱5的轴向间隔设置有若干个，并且各伞部81的外径各不相同，多个伞部81形成间隔层叠结构，绝缘套件8套设在支撑柱5上，所述感应导体2中部开通以套设在绝缘套件8上，从而实现感应导体2绝缘连接在支撑柱5上，在本实施例中，单个绝缘套件8设置有两个伞部81，上部的伞部81的外径大于下部的伞部81的外径，上部的伞部81的外径为240mm，下部的伞部81的外径为192mm，两个伞部81之间的轴向间距大于2mm，优选为16mm，伞部81上侧表面与水平面的倾角为11°，下侧表面与水平面的倾角为0°。

在本实施例中，呈伞形的感应导体2包括顶部圆盘面21和衔接在顶部圆盘面21外围的锥面22，所述顶部圆盘面21外围通过圆弧折弯过渡至锥面22，所述顶部圆盘面21中部开孔以将感应导体2装配到绝缘套件8上，所述感应导体2的直径大于等于防护头1的直径，优选的是，感应导体2直径是防护头1直径的1～1.5倍，感应导体2的壁厚小于3mm，顶部圆盘面21与锥面22之间的圆弧折弯的半径小于5mm；

所述感应导体2可进设置一个，也可以是沿着高度方向绝缘间隔设置有若干个，在本实施例中，所述感应导体2具体设置有两个，两者都绝缘套设连接在支撑柱5上，上部的感应导体2为主感应导体，下部的感应导体2为辅感应导体，所述放电电极3设置在下部的感应导体2的下方以对辅感应导体进行放电而实现电荷中和；

在本实施例中，上部感应导体2的壁厚为0.5mm，顶部圆盘面21与锥面22之间的圆弧折弯的半径为1mm，上部感应导体2的外围边缘还设置有锯齿状凸起23，上部感应导体2的整体直径为336mm，是防护头1直径的1.12倍，沿着支撑柱5的轴向上，上部感应导体2的上下侧分别设置有一个所述绝缘套件8，更稳定的将上部感应导体2装配到支撑柱5上，同时保持稳定可靠的电隔离效果，所述的上部感应导体2也可以沿着支撑柱5的轴向绝缘间隔设置若干个；下部感应导体2简单结构的绝缘件装配到支撑柱上，所述绝缘件为筒状结构，其外围无伞部结构，下部感应导体2靠近支撑柱5的下端，并且下部感应导体2靠近位于筒体6顶部的放电电极3，便于放电电极3对下部感应导体2可靠的进行放电。

所述支撑柱5上还可以电连接有金属放电刷，所述金属放电刷螺旋形盘绕布置在上部感应导体2下方，而位于下部感应导体2的上方，利用金属放电刷增强放电以进行电荷中和。

所述放电装置4包括具有大通流能力和高耐受水平的开关、间隙、放电管、阻抗变换器等非线性通断器件和电容、电感等储能器件，非线性器件可以减小迎面放电的发展速度，在承接雷电时也可以减小主放电电流，更进一步减小接闪的概率和雷击时的机械效应、热效应、电磁脉冲效应等二次效应。

如图5所示，直击雷防护装置的工作过程为，假设雷云来临时所带电荷为负极性，此时，通过静电感应的作用，大地和接地的底座7、支撑柱5、防护头1上将带上正电荷，上部感应导体2和下部感应导体2由于是绝缘状态，从而上部感应导体2和下部感应导体2两者向上的表面带正电荷，向下的表面带负电荷。

由于防护头1顶面为大曲率半径的呈弧形面11，降低了防护头1顶表面感应电荷的电荷密度，使得防护头1顶附近电场强度降低，上部感应导体2的向下表面的靠近支撑柱5侧的负电荷与支撑柱5或支撑柱5的金属放电刷上的正电荷中和，进一步降低支撑柱5、防护头1上感应电荷的电荷密度，同时，上部感应导体2和下部感应导体2之间剩余的正负电荷也会发生中和，使周围空间的电场强度降低，达到静电平衡。

在雷云电场作用下，放电装置4内非线性器件导通将地面电荷转移至储能器件中，并通过与其相连的放电电极3与下部感应导体2进行电荷中和，同时，放电装置内非线性器件可以减小主放电电流和迎面放电的发展速度，更进一步降低装置周围的表面电荷密度，降低周围环境的电场强度。

最终在雷云状态下，直击雷防护装置周围的环境电场不会大幅度升高、加强，达不到可以使周围空气中分子电离的程度，不会形成放电击穿，进而不会形成上行先导，减少了雷击产生的可能性，并且具有大通流能力和高耐受水平，雷电流耐受能力满足应用标准。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种直击雷防护装置，其特征在于，包括防护头(1)、感应导体(2)、放电电极(3)、放电装置(4)以及承载各部件的主体，所述防护头(1)设置在主体的顶部并且接地，所述防护头(1)的顶面呈弧形面，所述感应导体(2)设置在防护头(1)的下方并且与防护头(1)绝缘间隔开，所述感应导体(2)整体呈伞形，所述放电电极(3)设置在感应导体(2)下方并且与放电装置(4)连接以对感应导体(2)放电。

2.根据权利要求1所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述感应导体(2)沿着高度方向绝缘间隔设置有若干个，所述放电电极(3)设置在最低位置的感应导体(2)的下方。

3.根据权利要求1所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述感应导体(2)的外围边缘具有锯齿状凸起(23)。

4.根据权利要求1所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述感应导体(2)包括顶部圆盘面和衔接在顶部圆盘面外围的锥面，所述顶部圆盘面外围通过圆弧折弯过渡至锥面。

5.根据权利要求1所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述感应导体(2)的直径大于等于防护头(1)的直径。

6.根据权利要求1所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述防护头(1)还包括在弧形面的边缘沿着径向外侧方向依次设置的第一弯折凸起部(12)、反弯折部(13)和第二弯折凸起部(14)，所述第一弯折凸起部(12)、反弯折部(13)和第二弯折凸起部(14)分别为圆弧形弯折。

7.根据权利要求6所述的直击雷防护装置，其特征在于，第二弯折凸起部(14)的径向内侧方向延伸以构成内扣结构。

8.根据权利要求1所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述放电装置(4)包括非线性通断器件和储能器件。

9.根据权利要求1至8任一项所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述主体包括由上至下依次连接的支撑柱(5)、筒体(6)和底座(7)，所述支撑柱(5)、筒体(6)和底座(7)为导电件，所述防护头(1)连接在支撑柱(5)顶部并通过支撑柱(5)、筒体(6)和底座(7)进行接地，所述感应导体(2)通过绝缘套件(8)套设连接在支撑柱(5)上，所述放电装置(4)安装在筒体(6)内部。

10.根据权利要求9所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述绝缘套件(8)中部为用于套设在支撑柱(5)的通孔，所述绝缘套件(8)的外围设置有向径向外侧延伸凸起的伞部(81)。

11.根据权利要求10所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述伞部(81)的外径小于防护头(1)的直径，所述伞部(81)沿着支撑柱(5)的轴向间隔设置有若干个，并且外径各不相同。

12.根据权利要求9所述的直击雷防护装置，其特征在于，所述支撑柱(5)上还电连接有金属放电刷，所述金属放电刷螺旋形盘绕布置在所述感应导体(2)下方。

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