一种反冲灭弧装置及避雷针的制作方法
本实用新型涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种反冲灭弧装置及避雷针。
背景技术：
雷电是大自然中的气体放电现象，它会危及人类及动物的生命安全、毁坏各种建筑物，我们需要设置防护装置来规避或减小雷电所带来的损害。我们利用避雷针来保护建筑物、高大树木等避免遭受雷击，避雷针的作用是吸引雷电击于自身，通过接地装置将雷电流迅速泄入大地。但是避雷针仍存在一些弊端。
1.避雷针的泄流过程影响较大:
当雷电来临时，普通的避雷针在一定程度上可以防御雷击对建筑或输电线路的破坏，保护建筑与电力系统的安全。但是当巨大的雷电流快速泄放到大地时，雷电流将会巨大的瞬时电磁场，这个巨大的电磁场将会影响处于这个磁场之中的电子设备、通讯设备、电力系统的线路，这些设备可能产生额外的感应电流，轻则会产生装置误动作，重则会造成设备损坏。
2.雷电过电压的降低程度不够:
当利用普通避雷针保护物体时，强大的雷电流快速流过避雷针时，会产生很高的冲击电压，但由于冲击电压大小与雷电流大小和被击物体冲击电阻大小有关，避雷针对雷电过电压降低程度不够，设备仍无法完全受到避雷针的保护。同时，在雷电流泻入大地的过程中，可向附近的各种接地导体闪络电弧，电压可高达数万伏以上，仍对建筑物内电子设备及输电线路产生巨大的影响。
技术实现要素：
针对目前传统避雷针的弊端，提出了一种改进现有避雷效果的反冲避雷针结构。目的在于对现有的避雷针进行改进，通过反冲管，解决雷电经过避雷针的泄流裕量过大，雷击感应过电压过高的问题，延长避雷针的寿命。
一种反冲灭弧装置，包括引弧组件、反冲组件、接闪组件和引雷杆，所述引弧组件设置在反冲组件的一端，且引弧组件与反冲组件之间设置有电弧导环，所述接闪组件设置在反冲组件的另一端，所述引雷杆的一端固定在接闪组件上。
进一步地，包括两个上述的反冲灭弧装置和接闪反冲组件，所述接闪反冲组件设置在两个反冲灭弧装置之间。
进一步地，反冲组件包括反冲管和若干个爬弧边，所述反冲管中间设置为空心结构，若干个爬弧边固定设置在反冲管的外侧。
进一步地，所述接闪反冲组件包括电极和反冲口，所述电极设置在引雷杆的底部并封闭引雷杆的底部，所述反冲口倾斜设置，并设置在电极的底部侧边。
进一步地，引弧组件设置为锥形管，锥形管内部设置为空心结构，锥形管的顶端和底部均开设空孔结构，锥形管的底部与电弧导环固定设置；
所述锥形管的侧壁有若干个弧形凸边、若干个弧形凹边或者若干个平面板组成，若干个平面板设置为三角形板结构，三角形板倾斜设置，且相互连接，若干个弧形凸边倾斜设置，一个弧形凸边一边与另一个弧形凸边另一边连接，弧形凸边的凸出结构设置在外边，若干个弧形凹边倾斜设置，一个弧形凹边一边与另一个弧形凹边另一边连接，弧形凹边的凹槽结构设置在外边。
进一步地，所述引弧组件设置为椭圆形金属球壳，所述椭圆形金属球壳底部和顶部均设置有开孔，椭圆形金属球壳的内部设置有喷口管道壁，喷口管道壁设置在底部开孔和顶部开孔的侧边，椭圆形金属球壳的底部开孔固定在电弧导环上，椭圆形金属球壳底部开孔和顶部开孔均与电弧导环连接处的反冲组件2连通，构成电弧喷口。
进一步地，所述引弧组件包括圆形金属球壳和/或喷口脚墩，所述圆形金属球壳底部和顶部均设置有开孔，圆形金属球壳的底部开孔固定在电弧导环上或者喷口脚墩上，所述喷口脚墩设置为底部大上端小，且内部空心的墩管，所述墩管底部固定在电弧导环上，圆形金属球壳的底部开孔和顶部开孔经喷口脚墩与电弧导环连接处的反冲组件2连通，构成电弧喷口。
进一步地，所述引弧组件包括空心球壳体和连通管，所述空心球壳体底部和顶端均开设有开孔，空心球壳体的底部开孔处固定在连通管的顶端，所述连通管的底端固定在电弧导环上，所述空心球壳体底部和顶部均开孔，且经连通管与电弧导环连接处的反冲组件2连通，构成电弧喷口。
一种反冲灭弧装置及避雷针，包括上述任意一项的反冲灭弧装置、锁紧组件和金属球座，反冲灭弧装置通过锁紧组件固定在金属球座上。
进一步地，包括若干个上述任意一项的反冲灭弧装置，若干个反冲灭弧装置均通过锁紧组件固定在金属球座上。
该实用新型采用如下的连接结构与安装方式：在避雷针上安装带裙边的反冲管，在反冲管上端有引弧组件，引弧组件可用引弧金属杆和引弧金属圆环，还可以利用锥形金属管，该锥形金属管上端设有喷口，外部为一圈金属环，反冲的气体由喷口喷出，也可以利用金属球，反冲管中有接闪组件，起到引雷的作用。
技术方案步骤：当装置遭受雷击时，雷电通过引弧组件引入反冲装置，由于雷电电弧是具有弹性形变的等离子体，当其经过反冲管时，由于反冲管壁的限制，电弧进入反冲管始端时密度、速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，使电弧在堵塞的反冲管底部受到弹力，电弧方向发生180°的改变。反弹回的一大部分电弧由于速度、密度、压力更大，在与入口处形成空腔效应作用于外电弧，导致端口处的部分电弧产生截断。
由于大部分电弧已经过反冲管反冲喷射，因此只有小部分电弧经避雷针流入大地，减小了流经避雷针的泄流裕量，降低雷电感应过电压，对避雷针起到减小损耗，延长使用寿命的作用，同时，保护了建筑物内电子设备和电力系统的安全。
反冲管原理：
电弧进入反冲管的通道是一个狭管灌注通道，在灌注过程产生了多样的物理变化。
电弧等离子体发生弹性形变。电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。
电弧温升效应加剧。电弧变细后，电弧横截面积减小，根据公式
电弧辐射、对流、传导为能量流失的三种方式，由于封闭管道即外源性封堵环境下，热量不能得到释放，对电弧起到了阻断的作用，只会产热，不会散热。因此会产生阻断性的温升，使得管内温度持续升高。
压爆效应急剧增加。当温度的逐步升高使得电弧积累性的增加，又进一步加剧了压爆效应，使电弧喷射力度更大。
同时，利用带裙边的反冲管可以增加爬电距离，使电弧已进入反冲管中，而不走外部。
本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：
(1)减小泄流裕量，降低雷击感应过电压。加装反冲管后的避雷针可将流经避雷针的电弧量减小，反冲管将大部分电弧反冲喷射，通过这种多级消减雷电流的方式，起到保护避雷针，使其避免承受巨大压力的作用，同时，降低了杆塔上、建筑内的电子设备和电力系统遭受雷击影响的程度。
(2)延长了放电时间，减小了放电强度。将强电流通过该装置转化成弱电流，减小了地网电阻的数值，提升了装置安全能力。安装在装置上的反冲避雷针更加有效的保护装置的安全性，使得雷电流对被保护装置的破坏能力减弱，起到保护装置安全的作用。
(3)保护输电线路的稳定运行。安装在输电线路杆塔的反冲避雷针将有效的保护输电线路的运行，避免遭受雷电，减小雷电绕击率，减小事故的发生。
(4)对变电站的电子设备及建筑物起到有效保护，保证电力系统的安全。该装置对建筑物、居民建筑、飞机场均起到保护，在通信方面减小了电磁感应干扰，不影响通信信号。在电力系统中各种短路发生的概率会大幅度下降，引起恶性事故的概率大幅度下降。
(5)防雷的有效性、性价比提高。在发生恶性突变之前能够及时处理，减少了对避雷针的损坏，维修成本降低，对线路的保护程度提高。
附图说明
图1为本实用新型灭弧装置的引弧组件为多电极结构示意图。
图2为本实用新型灭弧装置的引弧组件为锥形管的结构示意图。
图3为图2中锥形管的三种不同结构剖面图。
图4为本实用新型灭弧装置的引弧组件为圆锥管的结构示意图。
图5为本实用新型灭弧装置的引弧组件为扁饼状的结构示意图。
图6为本实用新型灭弧装置的引弧组件为球壳型的结构示意图。
图7为本实用新型灭弧装置的引弧组件为金属外壳的结构示意图。
图8为本实用新型灭弧装置的引弧组件为柱型的结构示意图。
图9为本实用新型灭弧装置的引弧组件为尖端柱型的结构示意图。
图10为本实用新型灭弧装置的反冲组件的结构示意图。
图11为本实用新型灭弧装置另一种结构示意图。
图12为本实用新型避雷针一种结构示意图。
图13为本实用新型避雷针另一种结构示意图。
图中：1-引弧组件、11-电弧导环、2-反冲组件、21-反冲管、22-爬弧边、3-接闪组件、4-引雷杆、5-接闪反冲组件、6-锁紧组件、7-金属球座、1a-金属杆、1b-锥形管、1b1-弧形凸边、1b2-弧形凹边、1b3-平面板、1c–圆锥管、1d–椭圆形金属球壳、1d1-喷口管道壁、1e-圆形金属球壳、1e1–喷口脚墩、1f–空心球壳体、1f1–连通管、1g–柱形金属壳、1g1–柱形喷口管道壁。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
实施例1
请参阅图1，本实用新型提供一种反冲灭弧装置，包括引弧组件1、反冲组件2、接闪组件3和引雷杆4，所述引弧组件1设置在反冲组件2的一端，且引弧组件1与反冲组件2之间设置有电弧导环11，所述接闪组件3设置在反冲组件2的另一端，所述引雷杆4的一端固定在接闪组件3上。该反冲灭弧装置可以设置任意的现有的避雷针上或者避雷的装置上，形成具有反冲效果的避雷装置。
接闪组件3设置为锥形结构、半球形结构、圆台结构或者圆板底部固定有若干个锥形结构，且接闪组件3使用导电材料制成。设置了上述的结构，使得电弧冲击在接闪组件3上时，使得底部有一部分的电弧根据逐渐变小的结构再导引出一部分的电弧，使得这一部分的电弧进入下一个反冲组件2。设置上述的结构均具有导弧的效果，使得电弧能够逐级被削弱，最后实现灭弧。
当装置遭受雷击时，雷电通过引弧组件1引入反冲装置，由于雷电电弧是具有弹性形变的等离子体，当其经过反冲组件2的反冲管时，由于反冲管壁的限制，电弧进入反冲管始端时密度、速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，使电弧在堵塞的反冲管底部受到弹力，电弧方向发生180°的改变。反弹回的一大部分电弧由于速度、密度、压力更大，在与入口处形成空腔效应作用于外电弧，导致端口处的部分电弧产生截断。
实施例2
如图11所示，其结构包括两个上述的反冲灭弧装置和接闪反冲组件5，所述接闪反冲组件5设置在两个反冲灭弧装置之间。本申请中并不局限于两个上述的反冲灭弧装置，多个也是可以的，根据需要进行设定，两个反冲灭弧装置之间设置有一个接闪反冲组件5，形成多级的反冲的作用，使得电弧截断效果更好。其中，将反冲灭弧装置和接闪反冲组件5之间的组合均是本申请的需要公开保护的内容，比如两个反冲灭弧装置直接连接等，或者设置两个接闪反冲组件5一起等多种的结构均是本申请实际实用新型创造的保护内容。
本装置结构中还可将引弧组件与反冲段相连的结构连接，比如如图11所示的“引弧组件-反冲段组件-引弧组件-反冲段组件”的基本结构单元，还可将上述几种引弧组件均可替换，而可将几种基本结构单元加以组合，采用多个基本单元安装在各种避雷针顶端。图12为球状避雷针上端接带有螺丝纹的反冲段的上部分结构。
实施例3
反冲组件2包括反冲管21和若干个爬弧边22，所述反冲管21中间设置为空心结构，若干个爬弧边22固定设置在反冲管21的外侧。
反冲管21由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，高强度耐高温耐高压的非导电材料采用合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃中的任意一种。使用上述的材料具有灭弧阈值高的特点，采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，从而使得灼烧的温度更高。
若干个圆形的爬弧边22的半径均不同，等间距设置在反冲管21的外侧。爬弧边4的圆形半径均是不同的，一般设置两端的爬弧边22的半径相对较大，因为两端的电压会更高，从而更好的满足电弧的爬行距离，实现更好的灭弧。爬弧边22的个数为一般是5-7个，设置的距离一般为60mm。
实施例4
所述接闪反冲组件5包括电极和反冲口，所述电极设置在引雷杆4的底部并封闭引雷杆4的底部，所述反冲口倾斜设置，并设置在电极的底部侧边。反冲口的倾斜角度为10-75°，反冲口倾斜方向与电弧进行的方向相反，与反冲回来的电弧的方向大概相同，但是需要成一定的角度，由于整个反冲装置是一条直线下来，因此无法设置为与反冲的电弧相同，但是设置成角度为10-75°时，反冲出去的气体也是很多的，也很好的达到了反冲的效果。在接闪组件5的底部形成对冲后，对冲后的气体能量从反冲组件口喷出。
实施例5
如图1所示，所述引弧组件1由一根或者一根以上的金属杆1a组成，金属杆1a固定设置在电弧导环11上。若干根金属杆1a均匀的设置在电弧导环11上，金属杆1a设置为尖端的金属杆结构。电弧经金属杆1a在传给电弧导环11，然后再经反冲组件2进行反冲，使得电弧形成对冲，相互消弱的作用。
实施例6
如图2-3所示，所述引弧组件1设置为锥形管1b，锥形管1b内部设置为空心结构，锥形管1b的顶端和底部均开设空孔结构，锥形管1b的底部与电弧导环11固定设置。所述锥形管1b的侧壁有若干个弧形凸边1b1、若干个弧形凹边1b2或者若干个平面板1b3组成，平面板1b3的数量不定，根据用户的需求进行设定，平面板1b3的数量一般是3-8个。若干个平面板1b3设置为三角形板结构，三角形板倾斜设置，且相互连接，若干个弧形凸边1b1倾斜设置，一个弧形凸边1b1一边与另一个弧形凸边1b1另一边连接，弧形凸边1b1的凸出结构设置在外边，若干个弧形凹边1b2倾斜设置，一个弧形凹边1b2一边与另一个弧形凹边1b2另一边连接，弧形凹边1b2的凹槽结构设置在外边。通过设置了内外的弧形结构，从而可以大大的加大表面的面积，聚集的大量异性电荷(正离子)对雷云上的电荷(负离子)存在强大库仑力，能更稳定地停留在表面，引雷效果明显。并且在电弧被反冲后，进行一个聚集的效果对反向，然后与正向的电弧形成一个很好的对冲效果。
实施例7
如图4所示，所述引弧组件1设置为圆锥管1c，圆锥管1c内部设置为空心结构，且上下端设置为开口结构，圆锥管1c的底部固定在电弧导环11上。圆锥管1c外部设置为一个平滑的结构，在加工方面非常的方便，可以快速的批量生产，具有加工简单的特点。同时，圆锥管1c设置为一个金属的锥形管，可以在引弧时可以从一点进行扩散，然后传导电弧导环11上，再传给反冲组件2进行反冲。
实施例8
如图5所示，所述引弧组件1设置为椭圆形金属球壳1d，所述椭圆形金属球壳1d底部和顶部均设置有开孔，椭圆形金属球壳1d的内部设置有喷口管道壁1d1，喷口管道壁1d1设置在底部开孔和顶部开孔的侧边，椭圆形金属球壳1d的底部开孔固定在电弧导环11上，椭圆形金属球壳1d底部开孔和顶部开孔均与电弧导环11连接处的反冲组件2连通，构成电弧喷口。椭圆形金属球壳1d外部设置为一个椭圆形，然后内部开孔的地方均设置了喷口管道壁1d1，从而使得形成了一个上下对流的喷口，并且使得金属球壳表面面积增加，聚集的大量异性电荷(正离子)对雷云上的电荷(负离子)存在强大库仑力，能更稳定地停留在表面，引雷效果明显。
实施例9
如图6所示，所述引弧组件1包括圆形金属球壳1e和/或喷口脚墩1e1，所述圆形金属球壳1e底部和顶部均设置有开孔，圆形金属球壳1e的底部开孔固定在电弧导环11上或者喷口脚墩1e1上，所述喷口脚墩1e1设置为底部大上端小，且内部空心的墩管，所述墩管底部固定在电弧导环11上，圆形金属球壳1e的底部开孔和顶部开孔经喷口脚墩1e1与电弧导环11连接处的反冲组件2连通，构成电弧喷口。喷口脚墩1e1一般使用非金属绝缘材料制成，与喷口管道的作用相同。
实施例10
如图7所示，所述引弧组件1包括空心球壳体1f和连通管1f1，所述空心球壳体1f底部和顶端均开设有开孔，空心球壳体1f的底部开孔处固定在连通管1f1的顶端，所述连通管1f1的底端固定在电弧导环11上，所述空心球壳体(1f)底部开孔和顶部开孔经连通管1f1与电弧导环11连接处的反冲组件2连通，构成电弧喷口。连通管1f1作为一个反冲气体的冲出通道，然后经过空心球壳体1f底部开孔和顶部开孔进行喷出。本申请的引弧组件1均是使用金属结构。外部为金属球壳与反冲管由金属环连接，喷口的管道壁为绝缘材料，反冲的气体经过该管道排出。再次基础上，将引弧模块中的金属外壳由锥形与球形结构组合起来。
实施例11
如图8-9所示，所述引弧组件1由柱形金属壳1g构成，柱形金属壳1g的底部固定在电弧导环11上，柱形金属壳1g的内部设置有圆柱喷口管道壁1g1，圆柱喷口管道壁1g1环绕在柱形金属壳1g内部构成电弧喷口，柱形金属壳1g顶部设置为尖端结构。柱形金属壳1g外壳仍为金属物质，喷口的管道壁为绝缘材料，反冲的气体经过该管道排出。该柱型即可为圆柱型，也可为柱形结构。采用尖端柱型结构。见图10，该柱型即可为圆柱型，也可为柱形结构，同时具有尖端结构。
一种反冲灭弧装置及避雷针，如图12-13，包括上述任意一项的反冲灭弧装置、锁紧组件6和金属球座7，反冲灭弧装置通过锁紧组件6固定在金属球座7上。还可以包括若干个上述任意一项的反冲灭弧装置，若干个反冲灭弧装置均通过锁紧组件6固定在金属球座7上。图12为球状避雷针上端接带有螺丝纹的反冲段的上部分结构，图13为多针型避雷针上端接带有螺丝纹的反冲段的上部分结构。上述不同的引弧组件、不同的组合方式均可安装在避雷针上，同样适用于球形避雷针和多针型避雷针。
其中可定义外电弧在入口处速度为v0，压强为p0，密度为ρ0，温度为t0。外电弧进入反冲组件后，形成的入口电弧速度v1，压强为p1，密度为ρ1，温度为t1。经过引弧组件后出口电弧速度v2，压强为p2，密度为ρ2，温度为t2。外电弧通过入口进入反冲组件形成了内电弧，内电弧受到反冲管的限制，直径被大尺度机械压缩，使得内电弧温度、密度、压强和速度均上升。不考虑电弧能量流失和摩擦作用，当入口电弧经过接闪组件实现弹性碰撞瞬间，认为v1＝-v2，即入口电弧速度大小与出口速度大小相等，方向相反。考虑电弧能量流失和摩擦作用，入口电弧经过接闪组件碰撞后，认为∣v2∣＜∣v1∣，即出口速度大小比入口速度小，方向相反。出口电弧受到入口电弧的阻碍作用，出口电弧直径比入口电弧直径小，使出口电弧的密度、温度和压强均比入口电弧的大，即ρ2＞ρ1，t2＞t1，p2＞p1，这些共同作用，使v2增速大于v1增速，即a2＞a1。随着出口电弧直径不断被压缩，使得出口电弧密度、温度和压强不断增大，最终形成v2＞v1，促使出口电弧从入口处冲出反冲组件。出口电弧以冲出反冲组件后，对外电弧形成空腔效应，破坏电弧连续性，削弱电弧能量，加速其截断和熄灭。
考虑到反冲组件中原有存在着空气，当电弧进入反冲组件后，形成的一系列效应和机制，使得反冲组件中的空气被压缩，造成反冲组件内气压升高，减小了电子的自由行程长度，削弱和抑制了电离过程，使电气绝缘强度显著提高，有利于电弧截断和熄灭。根据实验数据可知，当空气从0.1mpa(1atm)被压缩至2.8mpa时，被压缩空气击穿电压可上升至标准空气击穿电压(30kv/cm)的9～12倍，极大地提高了电气绝缘强度。反冲组件中原有的空气，受到反冲组件中温升效应和压升效应的影响，产生的喷射气流从反冲组件喷射并作用于外电弧，利用气流对外电弧的空腔效应，加速外电弧的对流、辐射和传导，使电弧由导电性转化为介质性，形成电弧自熄灭。
本实用新型可安装在建筑或线路杆塔顶端，起到引雷灭弧效果。其结构分为引弧组件1、反冲管和避雷针。主要在避雷针上安装带裙边的反冲管，在反冲管上端有引弧组件1，引弧组件1可用引弧金属杆和引弧金属圆环，还可以利用锥形金属管，该锥形金属管上端设有喷口，外部为一圈金属环，反冲的气体由喷口喷出，也可以利用金属球或者扁饼状金属壳等方式。反冲管中有接闪组件，起到吸引雷电的作用。常规避雷针上部安装反冲段(固定方式非常多，比如可以是利用螺丝条纹旋入进行固定；也可以利用焊接技术固定住；可以用胶状物质固定粘合等等多种方式。)，避雷针的引雷杆只起到将剩余电弧泻入大地的作用。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，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原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
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