专利名称：一种避雷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及避雷技术，尤其涉及一种适用于风力发电场或建筑群的避雷装置。
背景技术：
在能源日益紧张的今天，风力发电因高效、清洁等优点越来越受到人们的青睐。目前，我国风电行业发展十分迅猛，风电机组的单机容量越来越大，且为吸收更多能量，风机的轮毂高度在不断增加，目前大型风力发电机的轮毂通常离地面有100米左右高。但是，随着风机轮毂高度的增加，风机被雷击的风险也相应增加，并且风电场大多建于偏远、空旷的高海拔地区或海上，而这些地方多为雷雨多发性地区，这进一步增加了风机遭受雷击的风险。众所周知，雷电释放的巨大能量，往往会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等严重故障，这将带来严重的财产损失甚至人身伤亡等危险。因此，雷击已经成为自然界中对风机安全运行危害最大的一种灾害，为此，在设计风机时，必须考虑防雷保护。目前，常采取的方法多为加装避雷器、浪涌保护器等。在实际应用中，尽管上述方法可以对风机起到一定避雷保护作用，但是由于避雷器或浪涌保护器通常只针对单个风机来设计，其放电回路多从风机表面或内部走线，如果放电回路电阻偏大，或放电回路遭遇意外破坏，则无法对风机起到防雷保护的作用，从而无法避免因风机遭受雷击而带来的财产损失和人身伤害。此外，由于风机一般安装于100米左右的高空中，因而使得对其上所安装的避雷器进行维护的难度较大，且维护成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种避雷装置，其单独设置于风电场或建筑群中，可对一定范围的设备均其到防雷保护，且维护较方便，维护成本较低。为此，本发明提供了一种避雷装置，包括导电索、升力机构以及与所述升力机构相连的引雷器及牵引装置，其中所述升力机构可产生升力，借助所述升力使自身以及所述引雷器升至空中；所述牵引装置用以对升入空中的所述升力机构进行牵引和定位；所述导电索一端连接所述引雷器且另一端接地，用以将所述引雷器所接收的雷电引入大地。其中，所述升力机构包括升力气球，所述升力气球内可充入低密度气体，用以借助空气浮力而将引雷器举升至空中。其中，在所述升力气球的外表面设置有多个沿垂直方向延伸的旋转翼片。其中，所述升力机构包括升力螺旋桨，所述升力螺旋桨通过旋转产生升力，以将自身及所述引雷器提升至空中。其中，在所述升力机构下方均设置有第一转动轴，所述导电索通过所述第一转动轴与所述升力机构连接，所述升力机构可绕所述转动轴旋转。其中，在所述升力机构下方设置具有一定长度的第一环状部件或管状部件，所述第一环状部件或管状部件与所述第一转动轴连接，且可绕所述第一转动轴旋转。其中，在所述升力机构上方设置有第二转动轴，所述第二转动轴与所述第一转动轴处于同一直线上，所述引雷器通过所述第二转动轴与所述升力机构连接。其中，在所述升力机构上方设置具有一定长度的第二环状部件或管状部件，所述第二环状部件或管状部件与所述第二转动轴连接，且可绕所述第二转动轴旋转。其中，所述牵引装置包括至少一根牵引绳和一个牵引绳电机，每根所述牵引绳一端与所述升力气球固定连接，另一端与用于控制所述牵引绳进行升缩的牵引绳电机连接， 所述牵引绳电机位于地面。其中，所述避雷装置还包括控制装置，所述控制装置可控制所述牵引装置以使所述升力气球悬浮于空中或收回所述升力气球。本发明提供的避雷装置具有如下有益效果本发明提供的避雷装置，将引雷器设置于升力气球上，并在升力气球内充密度小于空气密度的气体，通过使所述升力气球悬浮于空中而将所述引雷器设置在空中，从而吸引雷电，并通过与所述引雷器连接的导电索将所吸引雷电引入地面，从而完成雷电能量释放，保护避雷装置周围的设备。由于本发明的避雷装置单独设置，其不需安装在风机或其他设备及建筑上，因而维护较方便，且成本较低；并且由于该避雷装置可对一定范围内的设备起防雷保护作用，因而在起保护范围的设备无需再单独进行防雷设计，从而降低了类似风电场的设备群或建筑群的防雷成本，且可以消灭单体防雷方案中，放电回路从设施本体铺设时可能带来的所有风险，大幅度提高防雷成功率。在本发明一种优选实施方式中，本发明的避雷装置中的升力气球通过可伸缩的牵引绳与地面固定连接，因而可对所述升力气球的高度进行调节，从而确保所述避雷装置能够起到保护作用，且保护范围较大，并且通过所述可伸缩的牵引绳可将所述避雷装置收起以进行维护，降低了维护难度和成本。
图1为本发明提供的避雷装置的结构示意图；图2为本发明提供的避雷装置中的升力气球的立体结构示意图；图3为图2所示的升力气球的俯视示意图。
具体实施例方式本发明提供的避雷装置，为单独设置于某一区域的防雷装置，其可为一定范围内的设备或建筑提供防雷保护，从而使这些设备无需再进行单独的防雷设计，其基本原理为通过一升力机构将引雷器置于空中，以吸引雷电，并将所吸引的雷电通过导电索导入地下， 从而对周围的设备起到防雷保护作用，为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的避雷装置进行详细说明，其中，在下述实施例中以升力气球作为升力机构来说明本发明。请一并参阅图1至图3，本发明提供的避雷装置包括引雷器1、升力气球2、牵引绳 3、牵引绳电机4、导电索5和升力螺旋桨6，牵引绳3和牵引绳电机4构成牵引装置。其中，引雷器1和所述牵引装置与升力气球2相连，升力气球内2可充入低密度气体(即，密度低于空气密度的气体)，用以借助空气浮力而将引雷器1举升至空中，引雷器1 结构类似于避雷针，当升力气球2悬浮于空中时，引雷器1上端为可吸引雷电的尖端，下端固定于升力气球2上方，并且为了避免雷电使气球内气体发生反应，所述低密度气体优选为惰性气体，例如氦气。所述牵引装置用以对升入空中的升力气球2进行牵引和定位，升力气球2位于空中高度，由牵引绳3的长度决定，在本实施例中，牵引绳3可由牵引绳电机4 控制进行升缩，从而可控制升力气球3的高度。在实际应用中，可根据该避雷装置所保护的范围来确定升力气球2位于空中的高度，从而确定牵引绳3的长度，并且在实际应用中，当无雷电天气或者需要对该避雷装置进行维护时，可由牵引绳电机4控制牵引绳3收缩，从而将该避雷装置收起以储藏或维护。所述导电索5 —端固定于所述升力气球2下方并且与引雷器1连接，另一端与接地网8连接，用以将所述引雷器1所吸收的雷电引入大地，具体地可通过在升力气球2外表面设置可导电的连接线或电缆来连接引雷器1和导电索5，或者采用为中部具有通孔的环状结构的升力气球2，导电索5通过穿过该通孔的连接线与引雷器1 连接，或者，导电索2穿过该通过直接与引雷器1固定连接，其同样能起到上述作用。在本实施例提供的避雷装置中，所述牵引装置包括三根牵引绳和三个牵引绳电机，即，升力气球2由三根牵引绳3进行牵引固定，牵引绳3 —端固定于升力气球2上，另一端固定于牵引绳电机4上，并且三根牵引绳优选地呈对称分布。虽然在图1所示的避雷装置中，三根牵引绳固定于升力气球2下方，但是在实际应用中，也可固定于其他位置，并且为了使引雷器1和升力气球2更好地保持平衡，避免引雷器1向水平方向倾斜，每根牵引绳 3与升力气球2固定连接的位置优选靠近升力气球2上方的位置，例如牵引绳3可固定于升力气球2截面积最大的水平圆周上。此外，为了避免雷电通过牵引绳3导入牵引绳电机 4，从而对牵引绳电机4造成破坏，牵引绳3选用绝缘材料制成。再者，在实际应用中，牵引绳3的设置位置或数量不必局限于本实施例提供的情形，可根据具体地形条件或强度等要求对牵引绳3的设置位置及数量进行调整，以使其满足不同的要求。需要说明的是，虽然在本实施例中，升力气球为一整体气球，但在实际应用中，其也可做成两个半球，分别充气，然后通过拉锁等方式连接成一体；或者由多个彼此固定连接的气球组成，在最上方的气球上固定所述引雷器1，在最下方的气球上固定所述导电索5， 其具有同样的效果。此外，由于导电索5的重量较大，为了确保升力气球2具有足够的悬浮力，升力气球通常设计为较大尺寸，例如其直径可达10m，从而确保升力气球具有足够的悬浮力，可悬浮于空中。由于雷电天气通常伴随有大风，为了降低大风本本发明提供的避雷装置的影响， 在本实施中还在升力气球2外表面上设置有多个沿轴向延伸的旋转翼片7，并且在升力气球2下方与上方设置分别第一转动轴和第二转动轴，第一转动轴和第二转动轴处于同一直线上，这样升力气球2可绕所述两个转动轴旋转。具体地，所述第一转动轴与导电索5固定连接，或者一体设计，且在升力气球2下端设置具有一定长度的第一环状或管状部件，所述第一环状或管状部件与所述第一转动轴或导电索5连接，且可绕所述第一转动轴或导电索 5旋转；所述第二转动轴与所述引雷器1固定连接或者一体设计，且在升力气球2上端设置具有一定长度的第二环状或管状部件，所述第二环状或管状部件与所述第二转动轴或引雷器1连接，且可绕所述第二转动轴或引雷器1旋转。当有大风时，在大风的吹动下旋转翼片 7转动，并带动升力气球2绕第一和第二转动轴旋转，从而将一部分横向风能转化为旋转动能，在降低大风对升力气球2影响的同时，还可降低升力气球2的载荷。并且，为了不使升力气球2载荷过大，旋转翼片7优选用轻型塑料制成。
进一步地，为了更好地降低升力气球2的载荷及大风对升力气球的影响，在本实施中，还在引雷器1和升力气球2之间设置有升力螺旋桨6，其固定于升力气球2上方的第二转动轴上，并可绕所述第二转动轴旋转，当有大风时，升力螺旋桨6在大风的吹动下转动，将一部分横向风能转化为旋转动能，并且提供一定的上升力，从而降低了升力气球2的载荷，以及大风对升力气球的影响。需要说明的是，由于在实际应用中，也可仅可在升力气球2下方设置第一转动轴， 而引雷器1与升力气球2上方固定连接，升力螺旋桨6固定于引雷器1和升力气球2之间， 当有大风时，首先在大风的吹动下旋转翼片7转动，从而带动升力气球2旋转，进而带动升力气球2上方固定的升力螺旋桨6和引雷器1旋转，当升力螺旋桨6旋转时，可产生上升力， 从而降低升力气球2的载荷，此时由于升力螺旋桨6由升力气球2带动旋转，因此在升力气球2上方可不必设置转动轴。还需要说明的是，虽然在上述实施例中，以升力气球或升力气球及升力螺旋桨的结合作为升力机构，用于提升所述引雷器及导电索，但是在实际应用中，也可仅使用升力螺旋桨来作为升力机构，其通过自身旋转，产生提升力，来达到上述相同或相似的效果。本发明提供的避雷装置，结构简单，制造成本较低，并且当无雷电天气时，升力气球无需升起，由牵引绳电机控制牵引绳收起。当遭遇雷电威胁时，可对升力气球充密度低于空气的惰性气体，如氦气。充气完毕后，操作牵引绳电机释放牵引绳，升力气球升空，当气球升到足够高度，将被保护设备笼罩在雷电保护范围内时，停止牵引绳电机，此时升力气球悬浮在空中吸引雷电。当雷电击中引雷器时，电流通过导电索引入接地网，完成雷电能量释放的全部过程。此外，为了减少人工操作，提高便利性，本发明提供的避雷装置，还可包括控制装置，其可包括采集单元和控制单元。所述采集单元采集远程发送的天气信号或操作指示并将所采集的信号发送给控制单元，控制单元采集单元传送的信号来生成控制信号，并将所述控制信号发送给牵引绳电机，使牵引绳电机控制牵引绳以升起或收回升力气球。当然，在实际应用中，所述控制位置也可由控制单元和信号传输单元构成，所述控制单元位于远程控制室中，由操作人员根据天气情况进行相应操作，并信号传输单元将所述控制信号传送给牵引绳电机以进行相关操作。此外，本发明提供的避雷装置还可包括充气装置和放气装置，所述充气装置或放气装置可由上述控制装置控制，当需要升起所述升力气球时，控制装置控制所述充气装置为升力气球充气，当所述升力气球被收回时，控制装置可控制装置所述放气装置，对升力气球进行放气操作，并且优选地所述放气装置可对升力气球释放的气体进行回收，以便重复利用，避免浪费。可以理解的是，本发明提供的避雷装置，不仅限于在风力发电场使用，其可用于各种场合，例如在需要避雷防护的建筑群或设备群中同样可设置本发明提供的上述避雷装置，从而使这些建筑或设备不再需要进行单体防雷设计，降低防雷成本，并且能提高较好的防雷保护。此外，本发明提供的避雷装置同样可应用于保护单个建筑或设备，由于其成本较低，操作简单，且维护方便，为建筑或设备的单体防雷带来很大的便利性。还可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种避雷装置，其特征在于，包括导电索、升力机构以及与所述升力机构相连的引雷器及牵引装置，其中所述升力机构可产生升力，借助所述升力使自身以及所述弓I雷器升至空中；所述牵引装置用以对升入空中的所述升力机构进行牵引和定位；所述导电索一端连接所述引雷器且另一端接地，用以将所述引雷器所接收的雷电引入大地。
2.如权利要求1所述的避雷装置，其特征在于，所述升力机构包括升力气球，所述升力气球内可充入低密度气体，用以借助空气浮力而将引雷器举升至空中。
3.如权力要求2所述的避雷装置，其特征在于，在所述升力气球的外表面设置有多个沿垂直方向延伸的旋转翼片。
4.如权力要求1所述的避雷装置，其特征在于，所述升力机构包括升力螺旋桨，所述升力螺旋桨通过旋转产生升力，以将自身及所述引雷器提升至空中。
5.如权利要求1所述的避雷装置，其特征在于，在所述升力机构下方均设置有第一转动轴，所述导电索通过所述第一转动轴与所述升力机构连接，所述升力机构可绕所述转动轴旋转。
6.如权利要求5所述的避雷装置，其特征在于，在所述升力机构下方设置具有一定长度的第一环状部件或管状部件，所述第一环状部件或管状部件与所述第一转动轴连接，且可绕所述第一转动轴旋转。
7.如权利要求5所述的避雷装置，其特征在于，在所述升力机构上方设置有第二转动轴，所述第二转动轴与所述第一转动轴处于同一直线上，所述引雷器通过所述第二转动轴与所述升力机构连接。
8.如权利要求7所述的避雷装置，其特征在于，在所述升力机构上方设置具有一定长度的第二环状部件或管状部件，所述第二环状部件或管状部件与所述第二转动轴连接，且可绕所述第二转动轴旋转。
9.如权利要求1所述的避雷装置，其特征在于，所述牵引装置包括至少一根牵引绳和一个牵引绳电机，每根所述牵引绳一端与所述升力气球固定连接，另一端与用于控制所述牵引绳进行升缩的牵引绳电机连接，所述牵引绳电机位于地面。
10.如权利要求1所述的避雷装置，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置可控制所述牵引装置以使所述升力气球悬浮于空中或收回所述升力气球。
全文摘要
本发明提供了一种避雷装置，其包括导电索、升力机构以及与所述升力机构相连的引雷器及牵引装置，其中所述升力机构可产生升力，借助所述升力使自身以及所述引雷器升至空中；所述牵引装置用以对升入空中的所述升力机构进行牵引和定位；所述导电索一端连接所述引雷器且另一端接地，用以将所述引雷器所接收的雷电引入大地。本发明提供的避雷装置可对一定范围的设备起到保护作用，降低了类似风电场的设备群或建筑群的防雷成本，且可以消灭单体防雷方案中，放电回路从设施本体铺设时可能带来的所有风险，大幅度提高防雷成功率。
文档编号H01T19/00GK102231479SQ20111009087
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者吕梁年 申请人:北京金风科创风电设备有限公司