專利名稱：一種避雷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種避雷器，更具體地說，本發(fā)明涉及一種能夠阻止因雷雨云靠近激發(fā)放電而發(fā)生閃電的避雷器。
背景技術(shù)：
通常，避雷器安裝在建筑物的頂部，在雷雨云和地面之間形成一個放電路徑，從而安全地將積累在雷雨云中的電荷引入地面。當一個常態(tài)的雷雨云靠近地面時，雷雨云和地面之間的電勢差約為1億伏。在這種狀態(tài)下，大氣層中的空氣作為一個良好的絕緣體，防止地面和雷雨云之間發(fā)生絕緣擊穿，例如，閃電。然而，雷雨云和地面之間仍然可能發(fā)生閃電。利用電場現(xiàn)象(頂端效應(yīng))的避雷器屬于富蘭克林桿型，其中，電場集中在頂端部分。于1987年9月22日公開的，公告號為S62-216197的日本專利公開了一種利用頂
端效應(yīng)的避雷針的原理。利用頂端效應(yīng)的避雷針僅僅利用了一種自然現(xiàn)象。由于這種避雷針僅僅在空氣的絕緣電壓被擊穿時才起作用，在絕緣電壓被擊穿前，雷雨云具有閃電危害的情況下，這種避雷針難以有效地防止閃電的發(fā)生。因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中，各種類型的避雷器已經(jīng)被開發(fā)出來，用以更有效、更安全地將雷雨云中的電荷引入到地面上，從而減少保護對象遭遇雷擊的次數(shù)。例如，于1983年5月沈日公開的，公告號為0096655的法國專利公開了一種避雷器，該避雷器包括一個主電極(一個接地的電極，利用群聚效應(yīng)將地面電荷集中在一起)以及一個副電極，副電極用于收集分布在主電極周圍空氣中的電荷，與主電極一起實現(xiàn)初級放電，從而激發(fā)主電極與副電極之間的放電。上述放電所產(chǎn)生的離子電荷(一個前調(diào)節(jié)器) 在空氣中被釋放出來，易于在雷雨云和主電極之間形成一個放電路徑，從而吸收雷雨云中的電荷。此外，公告號為S62-216197的日本專利所公開的一種主動式避雷器，包括一個收集電極和一個測定部件，該收集電極用于收集當雷雨云靠近時散布在空氣中的電荷，并激發(fā)副電極和主電極之間的放電，該測定部件用于將收集電極的電荷充到一個電容器中，用作電源，并測定收集電極所產(chǎn)生的電荷數(shù)量的變化。當測得的變化大于預(yù)定的變化率時，通過將電容器中的電荷供給一個反應(yīng)器，開啟一個傳統(tǒng)的高壓發(fā)生電路，從而激發(fā)主電極和副電極之間的放電。然而，由于上述法國專利所公開的避雷器，如同上述的傳統(tǒng)避雷器，安裝在建筑物的頂部，由雷雨云誘導(dǎo)的地面電場在建筑物的頂部是可忽略的。因此，當將散布在空氣中的電荷收集起來用以激發(fā)放電時，由于負荷微弱，難以啟動放電，因而降低了放電的可能性。此外，由于上述日本專利所公開的避雷器使用了若干個電子元件，這可能會降低它的可靠性。再者，由于該避雷器安裝在建筑物的頂部，也就是操作員難以靠近的位置，當避雷器的電子元件發(fā)生故障而需要進行更換時，操作員難以完成對該避雷器的維護。同時，為了解決上述的問題，由本發(fā)明的申請人，鄭龍基所申請的，登記號為 440616的韓國專利公開了一種避雷器。如圖1所示，登記號為440616的韓國專利所公開的避雷器，包括固定桿10、主電極部件18、上部聚合物絕緣體12、副電極13、下部聚合物絕緣體19、抗分離圓盤構(gòu)件IOa以及螺母構(gòu)件10b。其中，固定桿10通過固定構(gòu)件15固定在需要保護的結(jié)構(gòu)的頂部；主電極部件18 連接于固定桿10的上部末端；上部聚合物絕緣體12以一種相接觸的方式與主電極18的下部表面接合，固定桿10穿過該上部聚合物絕緣體12 ；該副電極13以一種非接觸的方式設(shè)置在主電極部件18的下方，以產(chǎn)生空間電荷，上部聚合物絕緣體12的長柱部件1 穿過該副電極13 ；該下部聚合物絕緣體19安裝在副電極部件13下部表面的下方，并與固定構(gòu)件 15分離以獲得一個絕緣距離，上部聚合物絕緣體12的長柱部件1 穿過該下部聚合物絕緣體19 ；抗分離圓盤構(gòu)件IOa具有一個通孔，固定桿10穿過該通孔，以防止下部聚合物絕緣體19從上部聚合物絕緣體12的長柱部件12a中分離出來；螺母構(gòu)件IOb具有一個內(nèi)部螺紋部分，與固定桿10的一個末端通過螺紋嚙合，從而牢固地固定住抗分離圓盤構(gòu)件10a。當雷雨云靠近而發(fā)生閃電時，主電極部件18用于直接吸引閃電。為此，主電極部件18包括一個圓板和若干個細尖18a，該圓板具有一個中心孔，固定桿10的一個末端穿過該中心孔，細尖18a按照預(yù)定的間隔從圓板外周徑向延伸出來。避雷器安裝完成后，可見細尖18a向上彎曲。上部聚合物絕緣體12具有空心的長柱部件12a，固定桿12穿過該長柱部件12a， 上部和下部延伸法蘭12b和12c從長柱部件12a的一個末端，即長柱部件12a的上部外周， 延伸出來，并且彼此分離，從而在主電極部件18和副電極部件13之間獲得一個絕緣距離。副電極部件13包括一個第一電極構(gòu)件13a、一對第二副電極構(gòu)件13b、一個第三副電極構(gòu)件13c以及一層填充材料13d。其中，第一電極構(gòu)件13a具有一個通孔以及若干個凸銷13e。長柱部件12a穿過該通孔，凸銷1 按照預(yù)定的間隔從第一電極構(gòu)件13a外周向上延伸。凸銷1 設(shè)置在上部聚合物絕緣體12的下部延伸法蘭12c的下方，但不與主電極部件18接觸，因此，第一電極構(gòu)件13a能夠大量吸收雷雨云靠近時散布在空氣中的電荷。該第二副電極構(gòu)件1 具有一個上部表面以及一個通孔，該上部表面與第一副電極構(gòu)件13a的下部表面相接觸，長柱部件12a穿過該通孔。第三副電極構(gòu)件13c是一個空心柱， 上部聚合物絕緣體12的長柱部件12a穿過第三副電極構(gòu)件13c，因而長柱部件12a以一個預(yù)定的距離從第三副電極構(gòu)件13c向下凸出，第三副電極構(gòu)件13c的上部末端與第二副電極構(gòu)件13b的下部表面相接觸，第三副電極構(gòu)件13c的內(nèi)圓周與穿過其中的長柱部件1 的外圓周相分離；填充材料13d由二氧化鈦組成，通過嵌在第三副電極構(gòu)件13c兩個末端中的0型環(huán)介體，填充在第三副電極構(gòu)件13c內(nèi)，從而增加填充量，并且防止填充材料13d滲漏。下部聚合物絕緣體19包括短柱部件19a以及上部和下部延伸法蘭19b和19c。該短柱部件19a具有一個通孔，上部聚合物絕緣體12的長柱部件12a穿過該通孔，上部和下部延伸法蘭19b和19c從短柱部件19a的一個末端，即短柱部件19a的上部外周，延伸出來， 并且彼此分離，從而在副電極部件13和固定構(gòu)件15之間獲得一個絕緣距離。傳統(tǒng)的避雷器安裝在需要保護的建筑物的頂部，當雷雨云靠近該避雷器時，固定桿10以及與固定桿10的上部末端相接觸的主電極部件18充有地面電荷。副電極部件13 并不通過上部聚合物絕緣體12與固定桿10和主電極部件18相接觸，通過由二氧化鈦組成并填充在第三副電極構(gòu)件13c和上部聚合物絕緣體12的長柱部件1 之間的填充材料 13d，副電極部件13充有空間電荷，從而吸引遠離該避雷器的雷雨云所產(chǎn)生的閃電。因此，即使雷雨云的距離較遠，導(dǎo)致電壓較低，該避雷器仍然可能吸引閃電，并且穩(wěn)定地將閃電引入地面。然而，在傳統(tǒng)的避雷器中，固定桿10和主電極部件18充有地面電荷，副電極部件 13充有雷雨云靠近時所帶來的空間電荷，當固定桿10和主電極部件18與副電極部件13分隔一定距離時，避雷器的放電性能可能會減弱，從而降低閃電保護能力。此外，由本發(fā)明的申請人，鄭龍基所申請的，登記號為433011的韓國專利也公開
了一種避雷器。如圖2所示，登記號為433011的韓國專利所公開的避雷器，包括固定桿20、帽狀構(gòu)件21、聚合物絕緣體22、輔助放電構(gòu)件M、初級帽狀放電構(gòu)件25以及初級放電構(gòu)件26。 其中，固定桿20通過固定構(gòu)件四固定在需要保護的建筑物的頂部；帽狀構(gòu)件21緊扣于固定桿20的一個末端；聚合物絕緣體22由一個靜電感應(yīng)球構(gòu)成，安裝在固定桿20的上部末端，固定桿20的上部末端穿過聚合物絕緣體22，從而增大帽狀構(gòu)件21和輔助放電構(gòu)件24 之間的絕緣距離；輔助放電構(gòu)件M至少具有一塊薄板，該薄板穿過聚合物絕緣體22的下部中心；初級放電帽狀構(gòu)件25由導(dǎo)電材料構(gòu)成，具有一個通孔，聚合物絕緣體22的下部末端穿過該通孔，由此，帽狀構(gòu)件25的上部表面與輔助放電構(gòu)件M的下部表面相接觸；初級放電構(gòu)件沈通過若干個位于初級放電帽狀構(gòu)件25下方的絕緣環(huán)構(gòu)件27作為介體，固定在固定桿20上，初級放電構(gòu)件沈由一個圓盤構(gòu)成，并且具有一個向下的凸體、一個通孔以及一個固定孔，固定桿20穿過該通孔，該固定孔形成在該凸體的外周并與該通孔相通，從而使用一個螺絲將初級放電構(gòu)件固定在固定桿20的外周。此外，輔助放電構(gòu)件M的上部表面連接有凸體構(gòu)件23，用于防止初級放電構(gòu)件沈受外力作用而損壞。然而，在傳統(tǒng)的避雷器中，由于地面電荷與空間電荷之間放電的相對面積，即通電連接于固定桿20，充有地面電荷的的部分與靜電感應(yīng)球之間的相對面積較小，而且沒有用于促進地面電荷與空間電荷之間放電的結(jié)構(gòu)或方法，因此，難以引發(fā)初級放電現(xiàn)象來防止閃電。為了解決前述的和/或其它的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種避雷器，用于保護建筑物免遭雷擊，該避雷器充有空間電荷和地面電荷，能夠改進空間電荷與地面電荷之間的初級放電能力，從而防止閃電的發(fā)生。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種充有空間電荷和地面電荷，能夠改進空間電荷與地面電荷之間的初級放電能力的避雷器，通過在避雷器中增加一個充電銷，從而防止閃電的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種避雷器，包括導(dǎo)電桿、絕緣體、充電管以及充電桿。其中，導(dǎo)電桿安裝在需要防雷擊的物體的上部，并連接于地面裝置；絕緣體與導(dǎo)電桿的一個末端接合；充電管呈圓柱狀，帶有向內(nèi)延伸的針狀凸體，并充有空間電荷；充電桿插入在充電管內(nèi)，并與導(dǎo)電桿的中部連接。此外，該避雷器可進一步包括第一充電裝置和第二充電裝置，其中，第一充電裝置通過一個絕緣主體作為介體，在絕緣體的下方與導(dǎo)電桿接合，因而充有雷雨云靠近時散布在空氣中的空間電荷；第二充電裝置與導(dǎo)電桿接合，并對應(yīng)于第一充電裝置，因而充有由地面供給的地面電荷。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種避雷器，該避雷器包括導(dǎo)電桿、絕緣體、充電管以及若干個充電銷。其中，導(dǎo)電桿安裝在需要防雷擊的物體的上部，并連接于地面裝置； 絕緣體與導(dǎo)電桿的一個末端接合；充電管呈圓柱狀，帶有向內(nèi)延伸的針狀凸體，并充有與地面電荷極性相反的電荷；充電銷設(shè)置在充電管的上部，因而充有由雷雨云帶來的、分布在空氣中的空間電荷。根據(jù)本發(fā)明的一個典型實施例，可以提供一種避雷器，當發(fā)生閃電可能性高的雷雨云靠近時，該避雷器能夠先對分布在空氣中的空間電荷以及由地面供給的地面電荷進行放電，從而降低發(fā)生閃電的可能性。特別地，在充電板之間設(shè)置有介電銷或充電銷，用于提高空間電荷與地面電荷之間的初級放電性能。此外，除了圓盤狀充電板以外，還附加提供管狀放電裝置，用于先對雷雨云所帶來的空間電荷進行放電，從而顯著地降低發(fā)生閃電的可能性。


圖1是一個傳統(tǒng)避雷器的局部剖視圖；圖2是另一個傳統(tǒng)避雷器的局部剖視圖；圖3是本發(fā)明第一個典型實施例所述的避雷器的局部剖視圖；圖4是本發(fā)明第二個典型實施例所述的避雷器的局部剖視圖；圖5是本發(fā)明第二個典型實施例所述的避雷器的分解圖；圖6是本發(fā)明第三個典型實施例所述的避雷器的分解圖；圖7是本發(fā)明第四個典型實施例所述的避雷器的局部剖視圖；圖8是本發(fā)明第四個典型實施例所述的避雷器的分解圖；圖9是本發(fā)明第三個實施例所述的放電裝置或者本發(fā)明第四個實施例所述的第二放電裝置的分解圖；圖10是本發(fā)明第六個典型實施例所述的避雷器的局部剖視圖；圖11是本發(fā)明第八個典型實施例所述的避雷器的局部剖視圖；圖12是本發(fā)明第八個典型實施例所述的避雷器的分解圖；圖13是用于測試避雷器的電暈放電的測試儀器的電路圖；以及圖14是一個曲線圖，顯示了使用圖13所示測試儀器進行測試的避雷器的電暈放電電流與電壓之間的關(guān)系。
具體實施例方式實施例一(見圖3)如圖3所示，本發(fā)明第一個典型實施例所述的避雷器，包括固定部件31、桿30、桿帽32、絕緣體34以及充電裝置45。其中，固定部件31安裝在建筑物的頂部，并連接于地面裝置；桿30固定在固定部件31的一個末端上且充有地面電荷；桿帽32與桿30的另一個末端接合，以激發(fā)閃電；絕緣體34與桿30的上末端接合；充電裝置45設(shè)置在桿30上。充電裝置45由充電管45a以及第一和第二帽件45d組成。其中，充電管4 具有管狀主體以及針狀凸體45b，桿30穿過該管狀主體，而針狀凸體4 被切割并朝向桿30彎曲；第一和第二帽件45d用于將充電管45a的兩個末端接合到桿30上。第二帽件45d通過塞子46向絕緣體34傾斜。此時，所述充電管4 與桿30平行。下文將對本發(fā)明一個典型實施例所述的避雷器的操作進行說明。首先，將固定部件31固定在建筑物的上部(優(yōu)選的是頂部)，并且將設(shè)置有充電管 45a等部件的桿30固定在固定部件31上。當發(fā)生閃電可能性高的雷雨云靠近安裝在建筑物上的本發(fā)明第一個典型實施例所述的避雷器時，由雷雨云帶來的、分布在空氣中的空間電荷被充到充電管45a中，而由地面供給并且與空間電荷極性相反的地面電荷被充到桿30中。如上所述，當雷雨云靠近，空間電荷以及地面電荷被逐漸充到充電管45a以及桿 30時，充電管4 與桿30之間的充電電壓隨著電荷數(shù)量的增加而增大，從而引起放電(通常是電暈放電)。此時，由于充電管45a中，被切割并朝向桿30彎曲的凸體4 具有針狀結(jié)構(gòu)，用以提高向桿30放電的性能，因此，空間電荷與地面電荷之間的放電可易于實現(xiàn)。實施例二(見圖4和圖5)如圖4和圖5所示(同樣的組件用同樣的標號標示)，本發(fā)明第二個典型實施例所述的避雷器，包括固定部件31，桿30，桿帽32，絕緣體34，第一充電裝置33、36 39、41和 42，第二充電裝置45以及放電裝置40。其中，固定部件31安裝在建筑物的上部末端，并連接于地面裝置；桿30固定在固定部件31的一個末端上，并充有地面電荷；桿帽32與桿30 的另一個末端接合，以激發(fā)閃電；絕緣體34與桿30的另一個末端接合；第一充電裝置33、 36 39、41和42設(shè)置在桿30上，且位于絕緣體；34的下方；第二充電裝置45設(shè)置在桿30 上，且位于第一充電裝置33、36 39、41和42的下方；放電裝置40充有與空間電荷極性相反的電荷，以對應(yīng)于第一充電裝置33和36 39。第一充電裝置33、36 39、41和42包括第一、第二、第三和第四充電板36、37、38 和39以及介電體33。其中，第一、第二、第三和第四充電板36、37、38和39在絕緣體34的下方，與桿30接合，呈完整圓盤狀，因而充有雷雨云所帶來的空間電荷；介電體33由介電材料組成，在徑向方向上，位于桿30與第一至第四充電板36至39之間，在桿30的縱向方向上，嵌入在絕緣體34的下部末端與放電裝置40的上部末端之間。第一至第四充電板36至39均具有中央孔，這些中央孔與設(shè)置在桿30上的介電體33的外周相接合。此外，充電板36至39呈反轉(zhuǎn)拋物線形狀，其中央部分垂直于桿30，其外周部分從中央部分向下延伸。充電板36至39彼此粘附在一起。再者，第一環(huán)41由一個絕緣主體組成，嵌入在第一充電板36與絕緣體34之間。此外，第二充電板37的直徑是第一充電板36的直徑的兩倍，而且第二充電板37 的外周呈皺褶狀。第三充電板38的尺寸與第一充電板36的形狀大小完全相同，而第四充電板39的直徑小于第三充電板38的直徑。第一至第四充電板36至39固定在介電體33上，而第二環(huán)42固定在介電體33的另一個部分上。放電裝置40呈圓盤狀，具有中央孔，其直徑小于第四充電板39的直徑。放電裝置 40的上部表面與第四充電板39的底面相對。第二充電裝置45包括充電管45a以及第一和第二帽件45c和45d組成。其中，充電管4 具有管狀主體以及針狀凸體45b，桿30穿過該管狀主體，而針狀凸體4 被切割并朝向桿30彎曲；第一和第二帽件45c和45d用于將充電管45a的兩個末端接合到桿30上。介電體33呈管狀，并與桿30接合。第一至第四充電板36至39與介電體33的外周接合。因此，由絕緣和介電材料組成的介電體33設(shè)置在桿30與第一至第四充電板36至 39之間。此外，介電體33由絕緣和介電材料組成，如二氧化鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)或類似物，以增大桿30與第一至第四充電板36至39之間的電容，從而易于產(chǎn)生放電。此處，使用二氧化鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)或類似物作為介電體33的原因是 二氧化鈦和二氧化硅具有較高的機械強度，適合于獲得電氣絕緣和介電特性，以及牢固地維持第一至第四充電板36至39與放電裝置40之間的機械接合。第二充電裝置45通過固定在桿30 —個末端上的塞子46，牢固地固定在放電裝置 40上。下文將對本發(fā)明第二個典型實施例所述的避雷器的操作進行說明。首先，將固定部件31固定在需要防雷擊的建筑物的上部末端(優(yōu)選的是頂部末端)，并且將設(shè)置有第一充電裝置33、36 39、41和42，放電裝置40以及第二充電裝置45 的桿30固定在固定部件31上。然后，當發(fā)生閃電可能性高的雷雨云靠近安裝在建筑物上的本發(fā)明第二個典型實施例所述的避雷器時，由雷雨云帶來的、分布在空氣中的空間電荷被充到第一至第四充電板36至39中，而由地面供給并且與空間電荷極性相反的地面電荷被充到桿30和放電裝置 40中。此外，空間電荷被充到第二充電裝置45的充電管45a中。如上所述，當雷雨云靠近，空間電荷被充到第一至第四充電板36至39以及充電管 45a中，地面電荷被逐漸充到放電裝置40以及桿30中時，第一至第四充電板36至39與充電管4 之間的充電電壓，以及放電裝置40與桿30之間的充電電壓隨著電荷數(shù)量的增加而增大，從而引起放電(通常是電暈放電)。此時，由于插入在第一至第四充電板36至39之間的介電體33增大了第一至第四充電板36至39與放電裝置40之間的電容，從而增大了空間電荷與地面電荷之間的電勢差，因此更容易實現(xiàn)放電。此外，由于第二充電裝置45的充電管45a中，被切割并朝向桿30彎曲的凸體4 具有針狀結(jié)構(gòu)，用以提高向桿30放電的性能，因此，空間電荷與地面電荷之間的放電可易于實現(xiàn)。實施例三(見圖6和圖9)如圖6所示，本發(fā)明第三個典型實施例所述的避雷器，包括固定部件51、桿50、連接部件50c、連接桿50b、上部桿50a、桿帽52、絕緣體M以及若干個充電裝置65。其中，固定部件51安裝在建筑物的上部，并連接于地面裝置；桿50固定在固定部件51的一個末端上，充有地面電荷；連接部件50c連接在桿50的另一個末端上，在其徑向方向上具有若干個連接孔；連接桿50b連接于連接部件50c的一側(cè)；上部桿50a連接于連接桿50b的一側(cè)；桿帽52與上部桿50a的另一個末端接合；絕緣體M位于上部桿50a的桿帽52的下方；充電裝置65在徑向方向上設(shè)置于連接部件50c上，且通過連接部件50c作為介體，安裝在桿50 上，位于所述絕緣體M下方。充電裝置65與實施例一所述的充電裝置45具有完全相同的構(gòu)造，但是，這若干個充電裝置65是在徑向方向上，通過連接部件50c進行水平安裝，而并非如實施例一所述，在垂直方向上安裝。如圖9所示，充電裝置65包括副桿66、充電管65a以及第一和第二帽件65c和 65d。其中，副桿66與形成在連接部件50c外周上的連接孔螺紋嚙合，并環(huán)繞所述桿50在所述桿50的徑向方向上排列；充電管6 具有管狀主體以及針狀凸體65b，副桿66穿過該管狀主體，針狀凸體6 被切割并朝向副桿66彎曲；第一和第二帽件65c和65d用于將充電管65a的兩個末端接合到副桿66上。同時，充電裝置65通過第二帽件65d和螺母66a固定在副桿66上。下文將對本發(fā)明第三個典型實施例所述的避雷器的操作進行說明。首先，將固定部件51固定在需要防雷擊的建筑物的上部末端(優(yōu)選的是頂部末端)，并且將設(shè)置有充電裝置65的桿50固定在固定部件51上。然后，當發(fā)生閃電可能性高的雷雨云靠近安裝在建筑物上的本發(fā)明第三個典型實施例所述的避雷器時，由雷雨云帶來的、分布在空氣中的空間電荷被充到充電裝置65的充電管65a中，而由地面供給的地面電荷通過桿50被充到副桿66中。此時，所述副桿66與所述充電管6 分別地，在所述桿50的周圍按照預(yù)定的間隔排列。如上所述，當雷雨云靠近，空間電荷被充到充電裝置65的充電管6 中，地面電荷被逐漸充到副桿66中時，充電管4 與副桿66之間的充電電壓隨著電荷數(shù)量的增加而增大，從而實現(xiàn)放電(通常是電暈放電)。此時，由于充電裝置65的充電管65中，被切割并朝向副桿66彎曲的凸體6 具有針狀結(jié)構(gòu)，用以提高向副桿66放電的性能，因此，空間電荷與地面電荷之間的放電可易于實現(xiàn)。特別地，由于本發(fā)明的第三個實施例比第一個實施例具有更多的充電裝置65(以 90°間隔分布的四個充電裝置)，因此，可易于積累空間電荷，從而提高初級放電性能。實施例四(見圖7至圖9)
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如圖7至圖9所示(與實施例三相同的組件用相同的標號標示)，本發(fā)明第四個典型實施例所述的避雷器，包括固定部件51、桿50、連接部件50c、連接桿50b、上部桿50a、 桿帽52、絕緣體M、第一充電裝置53、56 59、61和62以及第二充電裝置65。其中，固定部件51安裝在建筑物的上部末端，并連接于地面裝置；桿50固定在固定部件51的一個末端上，充有地面電荷；連接部件50c連接在桿50的另一個末端上，在其徑向方向上具有若干個連接孔；連接桿50b連接于連接部件50c的一側(cè)；上部桿50a連接于連接桿50b的一側(cè)； 桿帽52與上部桿50a的另一個末端接合；絕緣體M與上部桿50a的另一個末端接合；第一充電裝置53、56 59、61和62設(shè)置在上部桿50a上，且位于絕緣體M的下方；在徑向方向上，第二充電裝置65通過連接部件50c設(shè)置在上部桿6 上，位于第一充電裝置53、56 59,61和62的下方。第一充電裝置53、56 59、61和62包括第一至第四充電板56、57、58和59以及介電體53。其中，第一至第四充電板56、57、58和59在絕緣體M的下方，從上側(cè)到底側(cè)與桿50接合，呈完整圓盤狀，因而充有雷雨云所帶來的空間電荷；介電體53由介電材料組成， 在徑向方向上，位于桿50與第一至第四充電板56至59之間，在桿50的縱向方向上，嵌入在絕緣體M的下部末端與充電裝置60的上部末端之間。彼此粘附在一起的第一至第四充電板56至59均具有圓孔、中央部分以及法蘭，其中，圓孔與設(shè)置在桿50上的介電體53的外周相接合，中央部分垂直于桿50，法蘭分別從中央部分向下延伸，以形成拋物線形狀。此外，第一環(huán)61由絕緣材料組成，嵌入在上部桿50a中，位于第一充電板56與絕緣體M之間。再者，第二充電板57的直徑是第一充電板56的直徑的兩倍，而且第二充電板57 的外周呈皺褶狀，第三充電板58的直徑與第一充電板56的直徑相近，而第四充電板59的直徑小于第三充電板58的直徑。第一至第四充電板56至59與介電體53接合，由絕緣材料形成的第二環(huán)62固定在介電體53的另一個部分上，用以牢固地固定充電板56至59。放電裝置60呈圓盤狀，其直徑小于第四充電板59的直徑。因此，放電裝置60與所述桿50接合，位于所述充電板56-59下方。介電體53呈管狀，并與上部桿50a接合，第一至第四充電板56至59與介電體53 的外周接合。因此，由絕緣和介電材料組成的介電體53插入在上部桿50a與第一至第四充電板 56至59之間。此外，由于介電體53由絕緣和介電材料，如二氧化鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)或類似物組成，能夠增大上部桿50a與第一至第四充電板56至59之間的電容，從而更容易實現(xiàn)放電。如上所述，本發(fā)明第四個典型實施例所述的第一充電裝置53、56 59、61和62具有與實施例二所述的第一充電裝置33、36 39、41和42相似的結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明第四個典型實施例所述的第二充電裝置65具有與實施例一所述的充電裝置45以及實施例二所述的第二充電裝置45相似的構(gòu)造，但是，這若干個第二充電裝置65是在徑向方向上，通過連接部件50c安裝在第一充電裝置53、56 59、61和62的下CN 102522700 A
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方，即桿50的上部末端，而并非如實施例一和實施例二所述，在垂直方向上安裝。如圖9所示，第二充電裝置65包括副桿66、充電管65a以及第一和第二帽件65c 和65d。其中，副桿66與形成在連接部件50c外周上的連接孔螺紋嚙合；充電管6 具有管狀結(jié)構(gòu)以及針狀凸體65b，副桿66穿過該管狀結(jié)構(gòu)，針狀凸體6 被切割并朝向副桿66 彎曲；第一和第二帽件65c和65d用于將充電管65a的兩個末端接合到副桿66上。同時，第二充電裝置65通過第二帽件65d和螺母66a固定在副桿66上。下文將對本發(fā)明第四個典型實施例所述的避雷器的操作進行說明。首先，將固定部件51固定在需要防雷擊的建筑物的上部末端(優(yōu)選的是頂部)，并且將設(shè)置有第一充電裝置53、56 59、61和62，放電裝置50以及第二充電裝置65的桿50 固定在固定部件51上。然后，當發(fā)生閃電可能性高的雷雨云靠近安裝在建筑物上的本發(fā)明第四個典型實施例所述的避雷器時，由雷雨云帶來的、分布在空氣中的空間電荷被充到第一至第四充電板56至59中，而由地面供給并且與空間電荷極性相反的地面電荷，通過桿50被充到上部桿50a和放電裝置60中。此外，空間電荷被充到第二充電裝置65的充電管65a中，地面電荷被充到副桿66中。如上所述，當雷雨云靠近，空間電荷被充到第一充電裝置53、56 59、61和62的第一至第四充電板56至59以及第二充電裝置65的充電管65a中，地面電荷被逐漸充到放電裝置60以及副桿66中時，第一至第四充電板56至59與充電管6 之間的充電電壓，以及放電裝置60與副桿66之間的充電電壓隨著電荷數(shù)量的增加而增大，從而引起放電(通常是電暈放電)。此時，由于插入在第一至第四充電板56至59之間的介電體53增大了第一至第四充電板56至59與放電裝置60之間的電容，從而增大了空間電荷與地面電荷之間的電勢差，因此可更容易實現(xiàn)放電。此外，由于第二充電裝置65的充電管65a中，被切割并朝向副桿66彎曲的凸體 65b具有針狀結(jié)構(gòu)，用以提高向副桿66放電的性能，因此，空間電荷與地面電荷之間的放電可易于實現(xiàn)。特別地，本發(fā)明的第四個典型實施例所述的避雷器具有若干個第二充電裝置 65(以90°間隔分布的四個充電裝置)，因此，與實施例一和實施例二相比，更容易積累空間電荷，從而提高初級放電性能。實施例五(圖中未顯示)本發(fā)明第五個典型實施例所述的避雷器，具有兩個實施例一所述的充電裝置45， 其中，在所述桿30的縱向方向上，這一對充電裝置45相互垂直放置。實施例六(見圖10)如圖10所示，本發(fā)明第六個典型實施例所述的避雷器，具有實施例一與實施例三的混合結(jié)構(gòu)，包括固定部件51、桿50、桿帽52、絕緣體54、實施例一所述的垂直充電裝置45 以及實施例三所述的徑向充電裝置65。實施例七(圖中未顯示)本發(fā)明第七個典型實施例所述的避雷器，具有實施例二與實施例三的混合結(jié)構(gòu)。
實施例八(見圖11和圖12)圖11是本發(fā)明第八個典型實施例所述的避雷器的局部剖視圖，圖12是本發(fā)明第八個典型實施例所述的避雷器的分解圖。如圖所示，所述的避雷器包括固定部件31，桿30， 桿帽32，絕緣體34，充電裝置37、39、45和80以及放電裝置40。其中，固定部件31安裝在建筑物的上部末端，并連接于地面裝置；桿30固定在固定部件31的一個末端上，并充有地面電荷；桿帽32與桿30的另一個末端接合，以激發(fā)閃電；絕緣體34與桿30的另一個末端部份接合；充電裝置37、39、45和80設(shè)置在桿30上，且位于絕緣體34的下方；放電裝置40 設(shè)置在桿30上，位于充電裝置37和39的下方，并充有與空間電荷極性相反的電荷，以對應(yīng)于充電裝置37和39。充電裝置37、39、45和80包括第一和第二充電板37和39、充電管45a以及若干個充電銷80。其中，第一和第二充電板37和39在絕緣體34的下方，通過絕緣材料作為介體，依次與桿30接合，而且呈完整圓盤狀，因而充有雷雨云所帶來的空間電荷；充電管4 呈圓柱狀，帶有被切割并朝向桿30彎曲的針狀凸體，充有與空間電荷；充電銷80位于充電管4 上，連接所述充電管4 及所述充電板37和39，充有由雷雨云帶來的、分布在空氣中的空氣電荷。第一和第二充電板37和39彼此粘附在一起，它們均具有中央孔、中央部分以及外周部分。其中，中央孔與桿30接合；中央部分垂直于桿30 ；外周部分從中央部分向下延伸， 從而與中央部分一起形成拋物線形狀。此外，充電銷80彎折，使得所述充電銷80的一側(cè)朝向第一充電板37的底面彎曲， 在它們的極距處點焊接于第一充電板37的底面，而充電銷80的另一側(cè)向充電管45a的內(nèi)側(cè)延伸，從而點焊接于其中。因此，充電裝置37、39和45通過充電銷80相互通電連接在一起，并且通過絕緣主體作為介體，與桿帽32和桿30絕緣。此外，絕緣體34進一步包括一個襯套，該襯套與桿30的一個末端接合，在絕緣體 34與第一充電板37之間插有一第一環(huán)41，該第一環(huán)41由絕緣材料組成。第一充電板37的直徑約為第二充電板39的直徑的三倍，而且第一充電板37的外周呈皺褶狀。第一和第二充電板37和39通過第二環(huán)42進行固定，該第二環(huán)42由絕緣材料組成。放電裝置40呈圓盤狀，其直徑小于第二充電板39的直徑。因此，放電裝置40的上部表面與第二充電板39的底面相對。充電管4 為管狀結(jié)構(gòu)，其具有第一和第二帽件45c和45d，桿30穿過該管狀結(jié)構(gòu)，而且該管狀結(jié)構(gòu)具有被切割并朝向桿30彎曲的針狀凸體，第一和第二帽件45c和45d 則用于將充電管45a的兩個末端接合到桿30上。此外，第一和第二環(huán)41和42由具有絕緣和介電性質(zhì)的材料組成，如二氧化鈦 (TiO2)、二氧化硅(SiO2)或類似物，用以增大桿30與第一和第二充電板37和39之間的電容，從而更容易實現(xiàn)放電。此處，使用二氧化鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)或類似物來形成第一和第二環(huán)41和 42的原因是能夠獲得絕緣和介電性質(zhì)，而且使用機械強度高的材料能夠牢固地維持第一
12和第二充電板37和39與放電裝置40之間的機械接合。充電管4 通過固定在桿30 —個末端上的塞子46，牢固地粘附在充電裝置40上。下文將對本發(fā)明第八個典型實施例所述的避雷器的操作進行說明。首先，將固定部件31固定在需要防雷擊的建筑物的上部末端(優(yōu)選的是頂部)，并且將設(shè)置有充電板37和39、充電管45a、充電銷80以及放電裝置40的桿30固定在固定部件31上。然后，當發(fā)生閃電可能性高的雷雨云靠近安裝在建筑物上的本發(fā)明第八個典型實施例所述的避雷器時，由雷雨云帶來的、分布在空氣中的空間電荷被充到充電板37和39 中，而由地面供給并且與空間電荷極性相反的地面電荷被充到桿30和放電裝置40中。此外，空間電荷被充到充電銷80上的充電管45a中。如上所述，當雷雨云靠近，空間電荷被充到相互通電連接的第一和第二充電板37 和39中，地面電荷被逐漸充到放電裝置40以及桿30中時，第一和第二充電板37和39、充電管4 與充電銷80之間的充電電壓，以及放電裝置40與桿30之間的充電電壓隨著電荷數(shù)量的增加而增大，從而引起放電(通常是電暈放電)。此時，由于充電銷80彎折，使得所述充電銷80的的一側(cè)朝向第一充電板37的底面彎曲，在它們的極距處點焊接于第一充電板37的底面，而充電銷80的另一側(cè)向充電管 45a的內(nèi)側(cè)延伸，點焊接于其中，因此，第一和第二充電板37和39以及充電管4 相互通電連接在一起，由此，雷雨云所帶來的空間電荷被充到第一和第二充電板37和39以及充電管 45a 中。因此，充電銷80增大了第一和第二充電板37和39與放電裝置40之間的電容，從而增大了在空間電荷與地面電荷之間產(chǎn)生的電勢差，可更容易實現(xiàn)放電。此外，由于充電管45a中，被切割并朝向桿30彎曲的凸體4 具有針狀結(jié)構(gòu)，用以提高向桿30放電的性能，因此，空間電荷與地面電荷之間的放電可易于實現(xiàn)。避雷器的性能比較使用圖13所示的測試儀器，對本發(fā)明實施例所述的避雷器以及各種傳統(tǒng)的避雷器的性能進行比較。圖13所示的測試儀器包括高壓發(fā)生部件70、高壓探針72、電流檢測部件73、電流放大部件74以及示波器76。其中，高壓發(fā)生部件70用于產(chǎn)生高電壓，以將負(-)直流電流引入圓板A中，圓板A的直徑為lm，需要進行測試的各個避雷器B連接在圓板A上；高壓探針72連接于高壓發(fā)生部件70的輸出端，以獲得一電壓值；電流檢測部件73連接于高壓發(fā)生部件70的輸出端；電流放大部件74用于放大從電流檢測部件73輸出的電流；示波器76 用于接收來自高壓探針72和電流放大部件74的電壓和電流，以顯示該電壓和電流。在圖13中，間隙d代表圓板A與各個避雷器B之間的距離。為了使用本測試儀器來評價各個避雷器的電暈放電特性，高壓發(fā)生部件70的負 (-)直流電壓輸出端連接于圓板A，而其拋物線形部件連接于需要測試的各個避雷器B。同時，為了測量電暈放電電流，間隙d設(shè)為80cm，而且高壓發(fā)生部件70的輸出電壓采用400kV的最大電壓。圖14顯示了電暈放電所產(chǎn)生的電流與電壓之間的關(guān)系。如圖14的曲線圖所示，與曲線A至D所代表的傳統(tǒng)避雷器相比，在曲線E所代表的本發(fā)明所述的避雷器中，當相同的電暈放電電流流過時，其應(yīng)用電壓更低。
這意味著，與傳統(tǒng)的避雷器相比，當雷雨云靠近時，本發(fā)明所述的避雷器發(fā)生閃電的可能性更低。因此，需要防雷擊的建筑物安裝本發(fā)明所述的避雷器以后，可以顯著地降低遭遇雷擊的可能性。工業(yè)應(yīng)用由此可見，在雷擊發(fā)生之前，本發(fā)明所述的避雷器會釋放雷雨云靠近建筑物所產(chǎn)生的、分布在建筑物周圍空氣中的空間電荷，以及由地面供給的地面電荷，由此阻斷地面電荷的集中，從而減弱建筑物的整個電場。當建筑物的整個電場減弱至小于發(fā)生閃電所需要的電場(閃電電場)時，可以顯著地降低發(fā)生閃電的可能性。
權(quán)利要求
1.一種避雷器，包括導(dǎo)電桿，安裝在需要防雷擊的物體的上部，并連接于地面裝置； 絕緣體，與導(dǎo)電桿的上末端接合；充電管，具有供所述導(dǎo)電桿穿過的管狀主體，以及具有被切割并朝向所述導(dǎo)電桿彎曲的針狀凸體，用于充入空間電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避雷器，其特征在于所述充電管與所述導(dǎo)電桿平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避雷器，其特征在于在所述導(dǎo)電桿的縱向方向上，所述充電管彼此垂直連接，以形成一個兩級結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避雷器，進一步包括充電板，在所述絕緣體的下方，通過絕緣主體作為介體，與所述導(dǎo)電桿接合；以及放電裝置，與所述導(dǎo)電桿接合，位于所述充電板下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避雷器，其特征在于所述絕緣體由電絕緣性聚合物體形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種避雷器，在閃電發(fā)生之前，該避雷器能夠先釋放因閃電靠近所產(chǎn)生的電荷，從而阻止閃電發(fā)生。該避雷器包括導(dǎo)電桿、絕緣體、充電管。其中，導(dǎo)電桿安裝在需要防雷擊的物體的上部，并連接于地面部件；絕緣體與導(dǎo)電桿的上末端接合；充電管，具有供所述導(dǎo)電桿穿過的管狀主體，以及具有被切割并朝向所述導(dǎo)電桿彎曲的針狀凸體，用于充入空間電荷。
文檔編號H01T4/00GK102522700SQ20111041086
公開日2012年6月27日 申請日期2007年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者鄭龍基 申請人:鄭龍基