大氣電場自適應防雷裝置的制作方法

本實用新型涉及防雷技術領域，具體而言，涉及一種大氣電場自適應防雷裝置。

背景技術：

目前市場上的避雷針分為傳統避雷針和新型避雷針，不管是傳統的富蘭克林針還是新型的優化避雷針和提前放電針等都是采用的主動引雷方式，當避雷針上端的雷雨云電荷達到一定程度時，避雷針就會接閃，雷電流通過避雷針、引下線、接地裝置泄流到大地，強大的雷電流在避雷針引下線周圍將產生強大的瞬變電磁脈沖輻射，在其周圍的電源線、電纜線、電話線、天饋線上將產生幾千伏甚至幾萬伏感應電壓，使后端的微電子設備遭到破壞。

技術實現要素：

鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種能降低接閃概率的大氣電場自適應防雷裝置，從而減少保護區內人和設備遭受直擊雷和感應雷的傷害。

本實用新型提供一種大氣電場自適應防雷裝置，包括金屬球面電極、與所述金屬球面電極電性連接的自適應放電組件、與所述自適應放電組件電性連接的靜電儲集電極、以及與所述靜電儲集電極電性連接的金屬螺柱。所述靜電儲集電極位于所述金屬螺柱上方，所述自適應放電組件位于所述靜電儲集電極上方，所述金屬球面電極位于所述自適應放電組件上方。

進一步地，所述金屬球面電極呈蘑菇形或半球形。

進一步地，述金屬球面電極為空心電極或實心電極。

進一步地，所述自適應放電組件包括自適應阻抗變換器、結構電容和絕緣套筒。所述自適應阻抗變換器的上端電極與所述金屬球面電極電性連接、下端電極與所述靜電儲集電極電性連接，所述結構電容的一電極與所述自適應阻抗變換器的上端電極電性連接、另一電極與所述自適應阻抗變換器的下端電極電性連接。所述結構電容設于所述自適應阻抗變換器的外部，所述絕緣套筒套設于所述結構電容的外部。

進一步地，所述結構電容的介質由聚四氟乙烯構成。

進一步地，所述結構電容有四個，四個所述結構電容均勻設于所述自適應阻抗變換器的外部。

進一步地，所述自適應放電組件包括自適應阻抗變換器、環氧樹脂復合絕緣骨架和絕緣套筒。所述自適應阻抗變換器的上端電極與所述金屬球面電極電性連接、下端電極與所述靜電儲集電極電性連接，所述環氧樹脂復合絕緣骨架的一端與所述自適應阻抗變換器的上端電極連接、另一端與所述自適應阻抗變換器的下端電極連接。所述環氧樹脂復合絕緣骨架設于所述自適應阻抗變換器的外部，所述絕緣套筒套設于所述環氧樹脂復合絕緣骨架的外部。

進一步地，所述絕緣套筒為聚四氟乙烯套筒或硅橡膠套筒。

進一步地，所述絕緣套筒呈多層傘形。

進一步地，所述靜電儲集電極呈碟形圓盤結構。

本實用新型提供的大氣電場自適應防雷裝置，通過設置比傳統避雷針針尖曲率半徑大的金屬球面電極，從而降低了接閃概率，進而減少保護區內人和設備遭受直擊雷和感應雷的傷害。

進一步地，本實用新型提供的大氣電場自適應防雷裝置，其自適應放電組件利用大氣電場自身的能量啟動，不斷收集地面感應電荷，并通過金屬球面電極即時散布到空氣中，中和雷電下行先導的能量，使雷擊主放電不能發生，有效地減少保護區內直擊雷的發生，同時減少保護區內直擊雷引下線產生的感應雷和地電位反擊災害。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹。應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種大氣電場自適應防雷裝置的工作原理示意圖。

圖2為本實用新型實施例提供的一種大氣電場自適應防雷裝置的結構示意圖。

圖3為本實用新型實施例提供的另一種大氣電場自適應防雷裝置的結構示意圖。

各附圖標記對應的名稱如下所示：

100-大氣電場自適應防雷裝置，110-金屬球面電極，120-自適應放電組件，130-靜電儲集電極，140-金屬螺柱；

121-自適應阻抗變換器，122-結構電容，123-絕緣套筒，124-環氧樹脂復合絕緣骨架。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

請參閱圖1，本實用新型實施例提供一種大氣電場自適應防雷裝置100，所述大氣電場自適應防雷裝置100包括金屬球面電極110、與所述金屬球面電極110電性連接的自適應放電組件120、與所述自適應放電組件120電性連接的靜電儲集電極130、以及與所述靜電儲集電極130電性連接的金屬螺柱140。其中，所述靜電儲集電極130位于所述金屬螺柱140的上方，所述自適應放電組件120位于所述靜電儲集電極130的上方，所述金屬球面電極110位于所述自適應放電組件120的上方。

所述金屬球面電極110是起在雷云場中感應電荷的作用。所述金屬球面電極110可以呈蘑菇形或半球形。與針尖式傳統避雷針相比，蘑菇形或半球形的金屬球面電極110的曲率半徑更大，從而金屬球面電極110表面的感應電荷密度比針尖式傳統避雷針針尖上的感應電荷密度低，電場強度小。因此，所述金屬球面電極110比針尖式傳統避雷針的接閃概率低。

所述金屬球面電極110可以為空心或實心，由導電材料例如不銹鋼、銅或鋁合金材料等制成。在本實施例中，可選地，所述金屬球面電極110為空心蘑菇形，由不銹鋼材料制成。

請參閱圖2，所述自適應放電組件120包括自適應阻抗變換器121、結構電容122和絕緣套筒123。所述自適應阻抗變換器121的上端電極與所述金屬球面電極110電性連接、下端電極與所述靜電儲集電極130電性連接。所述結構電容122的一電極與所述自適應阻抗變換器121的上端電極電性連接、另一電極與所述自適應阻抗變換器121的下端電極電性連接。所述結構電容122設于所述自適應阻抗變換器121的外部，所述絕緣套筒123套設于所述結構電容122的外部。

所述自適應阻抗變換器121由復合氧化物材料制成，起高低阻抗的轉化及放電作用。當自適應阻抗變換器121兩端的實際電壓低于設定電壓值時，自適應阻抗變換器121處于高阻狀態，會自動關斷。當自適應阻抗變換器121兩端的實際電壓高于設定電壓值時，自適應阻抗變換器121由高阻狀態變為低阻狀態，即有斷開狀態變為導通狀態。可選地，所述自適應阻抗變換器121的上端電極通過螺柱、緊固螺母等導體與所述金屬球面電極110相連、下端電極通過螺柱、緊固螺母等導體與所述靜電儲集電極130相連，從而實現自適應阻抗變換器121與所述金屬球面電極110和靜電儲集電極130電性連接。

所述結構電容122的介質由絕緣性好的材料構成。可選地，在本實施例中，所述結構電容122的介質由聚四氟乙烯構成。聚四氟乙烯材料電絕緣性好，1毫米就可以抵抗15000伏高壓電。所述結構電容可以為多個，例如可以有四個，四個所述結構電容122均勻設于所述自適應阻抗變換器121的外部。

所述絕緣套筒123由聚四氟乙烯、硅橡膠等電絕緣良好、耐老化、耐腐蝕的材料制成，為自適應阻抗變換器121和結構電容122遮風擋雨，保護自適應阻抗變換器121和結構電容122，增大爬電距離和提高產品絕緣性。可選地，在本實施例中，所述絕緣套筒123由聚四氟乙烯制成，呈多層傘形。聚四氟乙烯材料具有：電絕緣性好，1毫米就可以抵抗15000伏高壓電。耐高溫，使用工作溫度達250℃。耐低溫，具有良好的機械韌性，即使溫度下降到-196℃，也可保持5％的伸長率。耐腐蝕，能耐強酸強堿、水和各種有機溶劑。耐氣候，有塑料中最佳的老化壽命。較低的滲透性，長期暴露于大氣中，表面及性能保持不變。不粘附，是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質。因而，采用聚四氟乙烯制成的絕緣套筒123能夠很好的保護自適應阻抗變換器121和結構電容122免受自然侵蝕，且其良好的電絕緣性及不粘附等特性能有效增大爬電距離和提高產品絕緣性。

所述靜電儲集電極130由導電材料例如不銹鋼、銅或鋁合金材料等制成，起靜電感應、電荷儲集及導電等作用。當所述大氣電場自適應防雷裝置100在雷云的作用下，靜電儲集電極130感應與金屬球面電極110相異性的電荷，形成電位差，隨著電荷的儲集越來越多，電壓越高，當金屬球面電極110與靜電儲集電極130之間形成的電位差大于自適應阻抗變換器121的設定電壓值時，自適應阻抗變換器121由高阻變為低阻，反之由低阻變為高阻。可選地，在本實施例中，所述靜電儲集電極130由不銹鋼材料制成。所述靜電儲集電極130呈碟形圓盤結構。

所述金屬螺柱140由導電材料例如不銹鋼、銅或鋁合金材料等制成。在本實施例中，所述金屬螺柱140由不銹鋼材料制成。所述金屬螺柱140一端與所述靜電儲集電極130相連，另一端與大地相連。

通過上述設置，當空間有帶電的雷云出現時，雷云下的金屬球面電極110由于靜電感應的作用帶上異性電荷，所述靜電儲集電極130感應與金屬球面電極110相反的電荷。當金屬球面電極110與靜電儲集電極130之間形成的電壓差小于自適應阻抗變換器121的設定電壓值時，自適應阻抗變換器121處于高阻狀態，會自動關斷。此時雷云的電場給自適應阻抗變換器121外部的四個結構電容122充電，金屬球面電極110不接閃，從而減少直擊雷對保護區域內設備的傷害。

當金屬球面電極110與靜電儲集電極130之間形成的電位差大于自適應阻抗變換器121的設定電壓值時，自適應阻抗變換器121由高阻狀態變為低阻狀態，即由斷開狀態變為導通狀態。四個結構電容122由充電狀態變成放電狀態，通過金屬球面電極110、自適應阻抗變換器121、結構電容122、靜電儲集電極130和金屬螺柱140形成電荷移動通道，從地面向靜電儲集電極130和金屬球面電極110裝載與雷電先導極性相反的電荷，中和雷電先導的異性電荷。在雷電先導中和的瞬間，金屬球面電極110與靜電儲集電極130的電位差低于自適應阻抗變換器121的設定電壓值，自適應阻抗變換器121由低阻狀態變為高阻狀態，自適應阻抗變換器121自動關斷。經過以上過程后，金屬球面電極110又回到開始時的狀態，準備好對雷電先導的下一次中和。因此有效地減少了傳統避雷針頻繁引雷入地而產生的感應雷和地電位反擊對保護區域內設備的傷害。在這一放電、中和雷電先導的循環過程中，自適應阻抗變換器121都是在雷云電場的自動控制下進行的。

應理解，在實施過程中，還可以對大氣電場自適應防雷裝置100進行不同的結構設計。請參閱圖3，本實用新型提供了一種大氣電場自適應防雷裝置100，金屬球面電極110呈半球形，可以采用環氧樹脂復合絕緣骨架124替換結構電容122，絕緣套筒123采用硅橡膠傘套。

其中，所述自適應阻抗變換器121的上端電極與所述金屬球面電極110電性連接、下端電極與所述靜電儲集電極130電性連接。所述環氧樹脂復合絕緣骨架124的一端與所述自適應阻抗變換器121的上端電極連接、另一端與所述自適應阻抗變換器121的下端電極連接。所述環氧樹脂復合絕緣骨架124設于所述自適應阻抗變換器121的外部，所述絕緣套筒123套設于所述環氧樹脂復合絕緣骨架124的外部。

所述環氧樹脂復合絕緣骨架124，由環氧樹脂復合材料制成，具有良好的絕緣性，起固定、支撐作用。在本實施例中，所述環氧樹脂復合絕緣骨架124兩端與所述自適應阻抗變換器121的兩端連接，起支撐、固定所述自適應阻抗變換器121和保持所述自適應阻抗變換器121的兩端電極相互絕緣的作用。環氧樹脂復合材料具有很高的抗張強度，一般可達600Mpa以上，是普通鋼材的兩倍，是瓷材料的5-8倍，并具有良好的介電性能和耐化學侵蝕性，還有良好的抗彎曲疲勞，抗蠕變和抗沖擊性。

所述絕緣套筒123呈多層傘形，參閱圖3。所述絕緣套筒123是以高分子聚合物硅橡膠為主體，具有良好的憎水性和遷移性，以及良好的耐腐蝕，耐老化，電絕緣等性能。此外，它還具有很高的污閃電壓和耐碎性能，電壓分布均勻，與瓷相比其在同等條件下閃絡電壓是瓷的2倍以上。

本實用新型實施例提供的大氣電場自適應防雷裝置100，通過設置比傳統避雷針針尖曲率半徑大的金屬球面電極110，從而降低了接閃概率，進而減少保護區內人和設備遭受直擊雷和感應雷的傷害。

進一步地，本實用新型實施例提供的大氣電場自適應防雷裝置100，其自適應放電組件120利用大氣電場自身的能量啟動，不斷收集地面感應電荷，并通過金屬球面電極110即時散布到空氣中，中和雷電下行先導的能量，使雷擊主放電不能發生，有效地減少保護區內直擊雷的發生，同時減少保護區內直擊雷引下線產生的感應雷和地電位反擊災害。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。可以是機械連接，也可以是電性連接。可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該實用新型產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。