专利名称：避雷设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及向空中放射离子而缓和空中电场以保护建筑物免遭落雷的避雷设备中的离子放射器的形状以及在建筑物上的设置方式。
背景技术：
由于带电雷云的接近，在雷云和地面之间形成电场，如果该电场强度逐渐提高，则最终致使大气绝缘的破坏，在雷云和大地之间引起放电。这就是落雷。已知在要保护免遭落雷的建筑物、或者其周边设置离子放射器，通过向上空放射和雷云下部相反极性的离子来缓和建筑物上空的电场以延迟落雷发生的避雷设备。以往，如专利文献1或者专利文献2所记载的那样，在这种离子放射器中使用将短的导电性线材以一定间隔与长的其它导电性线材通过焊接等一体化的线(以下称为离子放射线)。将上述离子放射线设置在要保护免遭落雷的建筑物的屋顶上，竖立支柱，在上述支柱的最上部设置导体平板，从上述导体平板以伞状布满上述离子放射线而覆盖上述建筑物的屋顶，并且通过用接地导线将该上述离子放射线的终端接地，构成保护上述建筑物免遭落雷的避雷设备。[专利文献1]日本特开昭53-39450号公报[专利文献2]美国专利5043527号说明书[非专利文献1]日本工业标准A4201 :2003建筑物等的雷保护[非专利文献2]藪野光平他放射线防雷系统的离子电流评价(其一)平成11年电气学会全国大会论文集
实用新型内容在用离子放射线来覆盖建筑物的上部的以往的方法中，虽然缓和落雷的效果明显，但在成本方面、运用方面还存在问题。在建筑物屋顶上设置用于张挂离子放射线的塔或从该塔向建筑物屋顶上的4条边张挂离子放射线等设备的引入，与例如避雷针相比存在成本大幅度增加的问题。此外，因为张挂在建筑物的屋顶上的离子放射线限制了屋顶的空间， 所以还存在限制了为了管理建筑物而进入屋顶的操作的问题。本实用新型是为了解决上述现有技术中存在的问题而作出的。方案1为一种避雷设备，其特征在于该避雷设备包括在多层建筑物的屋顶至少在屋顶角部分别朝向天空配置突针集合体，上述突针集合体分别通过接地导线而接地到上述建筑物周边的地面上，其中，所述突针集合体由球部分、支撑上述球部分的导体轴、与上述导体轴的下端连接的基座构成，其中球部分放射状地配置有多个作为由导电性的材料构成的细长的向空中突出的铁丝状的物体的突针。方案2的避雷设备，其特征在于，在方案1的避雷设备中，上述建筑物屋顶是四边形，上述突针集合体配置在上述建筑物的屋顶的四角处。方案3的避雷设备，其特征在于，在方案2的避雷设备中，上述突针集合体最上端距离地面的高度与从和地面相接的建筑物最下部的角部到连接建筑物屋顶上的两个角部的直线的中点的距离相等或比该距离更长。方案4的避雷设备，其特征在于，在方案1的避雷设备中，上述突针集合体通过导线电连接。方案5的避雷设备，其特征在于，在方案1的避雷设备中，上述接地通过接地导线电连接。方案6的避雷设备，其特征在于，在方案1的避雷设备中，上述建筑物的高度为8m 以上、120m以下在本实用新型在离子放射器中不使用以往的离子放射线，而使用如图2所示的作为放射状地配置有多个突针的突针集合体的离子放射器，上述突针由导电性材料组成、细长且为向空中突出那样的金属线状的物体。另外，通过在建筑物屋顶的四个角上分别设置4 台该突针集合体而构成避雷设备。离子从导电性的上述突针的前端部放射，且前端部数量越多离子放射量越大。即使是1台突针集合体，也因为上述突针前端的数量多，所以适用于从特定的部位高效率地放射离子的用途。大部分建筑物的形状是长方体。如果在该形状的建筑物的上空有带电的雷云，则从地面向和该雷云相对的建筑物的面提供与雷云相反的电荷，使其带电。图10表示雷发生时的雷云、建筑物的角部以及建筑物周边的地面的电荷发布状态。一般已知雷云5在地面一侧带负电，在上空一侧带正电。图10表示在雷云5的下部分布有负电荷7的状态。通过上述负电荷7所形成的电场，将正电荷8引导分布到雷云5正下方的地面6的表面。在位于上述雷云5正下方的上述建筑物2的屋顶也出现上述正电荷8。已知，由电场极化的电介质表面电荷的分布状态一般是在比周边突出的部分比周边的电荷密度增高，相反，在比周边凹陷的部分比周边的电荷密度降低。因为被看作长方体的上述建筑物2的屋顶的角部顶点是突出的部分，所以如图10所示，处于如下的电荷状态顶点附近电荷密度最高，随着逐渐远离顶点而电荷密度逐渐下降。另外，相反地，因为建筑物2侧面和地面6交叉的部分凹陷，所以电荷密度变得最低，电荷分布变得稀疏。图11定性地表示在图10中以水平方向且侧面ABFE为正面的方式看建筑物的雷云、建筑物以及建筑物周边地面的电荷分布状态、电力线以及等电位面。因为上述雷云5的宽度以及从上述雷云5的下部到地面6的距离是几km，所以如图11所示地，雷云5下部能够看成带负电的平面，因为与建筑物2的宽度相比足够宽阔，所以认为被雷云5和地面6夹着的空间除了建筑物2周边外从地面6向雷云5下部形成有朝向垂直方向的均勻的负电场。建筑物2周边的电场由建筑物2的上表面、侧面以及建筑物2周边的地面6的电荷分布状态决定。因此，突出的部分附近的电场变强，凹陷的部分附近的电场变弱。由此，建筑物2角部与建筑物的其他部分相比落雷的可能性更高。因此，如果将上述突针集合体1设置在角部，则因为设置位置的电场缓和效果最大，所以能够期待高的防雷效果，能够期待以少数的上述突针集合体1发挥最大的效果。图12定性地表示在设置有本实用新型的保护装置的长方体建筑物的上空有雷云时，以水平方向且侧面ABFE为正面的方式看建筑物的雷云、建筑物以及分布在建筑物周边地面上的电荷、从保护装置释放出的电荷、还有电力线以及等电位面。由雷云5产生的负电场在突针集合体1的突针前端部非常高，大气电离产生正电离的正离子20并向上空(图12的方向21)释放。上述突针集合体1通过接地4与建筑物2周边的地面6电连接，因为从地面6提供正电荷8，所以在上空有雷云5且形成负电场的期间，从突针持续释放正离子 20。一般认为集聚在上述接地4周边的地面上的正电荷8通过接地线3向设置到建筑物2 角部的上述突针集合体1移动，并作为上述正离子20而释放。在上述突针集合体1释放出正离子20的期间，上述突针集合体1的上部周边空间的电场被削弱。相对地电场强的空间成为雷的路径。因此，与上述突针集合体1设置前相比，电场弱的上述突针集合体1周边的空间难以变成雷的路径。也就是发挥难以落雷的避雷效果。此外，上述突针集合体1因为在水平方向上向四方发散离子而没有指向性，所以如图2所示，对雷的防护区域14变成以从设置面到离子放射器前端的距离作为半径的半球形的区域。只要设定成该半球形的防护区域覆盖建筑物即可。通过在建筑物的屋顶上的4 个角部将突针集合体接地，保护区域重叠，能够保护建筑物的整体。在长方体形状的建筑物上相对于在建筑物屋顶上张挂离子放射线的方法，因为只要将球型的离子放射器设置在屋顶上的4个角部位上即可，所以具有用于形成需要的落雷保护区域的设置成本、构筑时间少的优点。此外，落雷保护装置不占用屋顶，应用方面的自由度也高。
图1是表示将突针集合体设置在建筑物的屋顶角部的本实用新型的避雷设备的图。图2是表示图1的突针集合体的外观以及保护区域的图。图3是表示将突针集合体4根基设置在长方体建筑物的上部4角时的保护区域的图。图4是从横向看图3的图。图5是从上面看图3的图。图6是表示突针集合体距离地面的高度的定义的图。图7是表示用导线将设置在建筑物的屋顶角部的突针集合体的底部分别连接成闭路状态的避雷设备的图。图8是对设置在建筑物的屋顶角部的突针集合体各自实施分别接地，进而用导线将各自的接地连接成闭路状态的避雷设备的图。图9是表示在比图1宽的建筑物上，除了 4角外还在其中间附近设置突针集合体的例子的图。图10是定性地表示上空有雷云时的建筑物上部拐角部分的电荷分布状态的图。图11是定性地表示在图10的状态中电荷的(离子的)分布状态和等电位线的图。图12是定性地表示在设置有本实用新型的保护装置的长方体建筑物的上空有雷云时的电荷分布和从保护装置释放的电荷、电力线以及等电位面的图。图13是表示半球状的球形离子发生器的图。附图标记说明1 突针集合体；2 建筑物；3 接地导线；4 接地；5 雷云；6 地面；7 负电荷；8 正电荷；9 :电力线；10 等电位面；11 突针；12 :导体轴；13 基座；14 保护区域；15 保护区域半径；16 建筑物的对角线的长度；17 建筑物的对角线的1/2的长度；20 正离子；21 释放正离子的方向；30:导线
具体实施方式
图1表示并说明代表性的实施例。作为本实用新型的实施对象的比较大型的建筑物2可以看成由一个或者多个长方体组成的构造体。在图1中将建筑物2表示成最简单的一个长方体。在上述建筑物2屋顶的4个部位的角部分别经由导电性的导体轴12设置图 2所示的作为放射状地配置有突针11的突针集合体的离子放射器的突针集合体1。从上述各导体轴12顺着上述建筑物2的壁面在地表上延伸上述接地线3，在上述建筑物2周边的地面6处进行接地4。为了从建筑物2周边的大地中到处收集离子，如图1所示地将接地位置设置在4个部位，或者至少设置在对角的2个部位。而且，假设设置本实用新型的雷保护装置的大型建筑物是2层及以上的建筑物。 因为每一层的高度一般是4. 0米以上，所以将2层建筑物的高度规定为至少8. 0米以上。此外，因为一般随着建筑物高度的增加而变得容易遭雷击，所以发挥本实用新型的雷保护效果的建筑物的高度有上限，该上限是120m。这是因为例如根据非专利文献1可知，设置时避雷针的雷保护效果规定为高度直到60m的建筑物，而如果本实用新型的离子发生器采样非专利文献2的技术则具有将其上空的电场强度减半的效果，所以认为建筑物的高度直到避雷针时的2倍左右的120m能够发挥同样的雷保护效果的缘故。图2表示突针集合体1。突针集合体1整体由电传导性物质构成，包括配置成放射状的由导电性的金属线状的突针11形成的球部分、支撑上述突针球部分的导体轴12和基座13，上述导体轴12的下端与基座13连接，上述基座13设置在上述建筑物2的屋顶表面。 与上述基座13连接的接地导线3在上述建筑物2周边的地面6进行接地4。如果例举突针集合体材质的一例子，则突针11是SUS316，导体轴以及基座是SUS304。如图2所示，该突针集合体1形成的保护区域14是由以从进行上述接地4的地面6到上述突针11的最上部的高度为半径的半球形覆盖的范围。图2表示在地面6上直接设置基座13的情况。作为突针集合体的一例，有突针集合体的球部分的形状是球形的球形离子发生器。如图13所示，球形离子发生器的球部的形状不仅是球形，也可以是半球。图3表示图1的保护区域状态的鸟瞰图。在图3中，对于各角部的顶点标注从A到 H的符号(H在图中未显示)。图4是从侧面ABFE的方向看图3时的上述保护区域14的范围。图5是从上面的面AB⑶方向看图3时的上述保护区域14的范围。而且，在图3、4以及5中，省略了上述接地导线3和上述接地4。在图3、4以及5中，上述保护区域14为了覆盖上述建筑物2，如以后说明的图6那样需要决定上述突针集合体1的前端高度。如图5 所示，决定连结上述建筑物2的角部的顶点A和角部的顶点C的直线的中点P。然后如图6 所示地将与把上述中点P和建筑物2的最下端的角部顶点F连结起来的直线PF的距离相等、或者超过上述距离的长度作为保护区域半径15。如果将上述保护区半径15作为从地面到突针集合体前端的高度，则能够覆盖建筑物全体。该上述保护区域半径15因为在上述建筑物2的高度上加上了上述突针集合体的高度，所以通过调整上述导体轴12以及上述基座 13的高度来实现。图7是用导线30将设置在上述建筑物2的屋顶角部的上述突针集合体1的上述导体轴12的底部连结成闭路状态、上述接地导线3从上述各导体轴12沿着上述建筑物2 的壁面在地表上延伸、在上述建筑物2周边的地面6进行接地4的情况。这种情况下，虽然上述突针集合体1分别进行接地4的地面6周边的电荷分布不均勻，但通过连结成闭路状态而电位变得相同，所以能够使对各突针集合体1的电荷供给相等，能够使突针集合体1的功能稳定。图8是用导线30将向上述建筑物2周边的地面6的接地4各自连结成闭路状态的情况。这种情况下即使地面6周边的电荷分布不均勻，通过将接地4各自连结成闭路状态，电位也变成相同，能够使对各突针集合体1的电荷供给相等。在图7、图8中，用于使4 个部位的突针集合体1或者4个部位的接地4同电位化的导线30包围各个4个位置地连接成闭路状态，但即使该闭路的某一边导线缺失，4个部位也仍然电气连接，为同电位，所以也可以是连接任意3边的方法。图9是建筑物2的屋顶的长边为短边的2倍以上的情况，在建筑物2的各角部设置突针集合体1，进而在建筑物的长边的中间点设置有突针集合体1，用导线30连接各突针集合体1，用上述接地导线3与地面6进行接地4。在该图9的例子的情况下，如果用图6 定义的方法定义保护区域半径，则和建筑物的高度相比，突针集合体1的导体轴12变得非常长，有时施工困难。因此在中间点也设置有突针集合体1。由于带电雷云的接近，在雷云和地面之间形成电场，最终如果大气绝缘破坏，则会引起放电即落雷。为了保护建筑物免遭落雷，通过设置称作离子放射线的离子放射器，向上空放射和雷云下部相反极性的离子来缓和建筑物上空的电场以延迟落雷发生的方法，但存在成本升高的问题。因为挂在建筑物屋顶上的离子放射线限制了屋顶的空间，所以还存在限制了为了管理建筑物而进入屋顶的操作的情况。构筑将朝向天空的支柱所支持的由导电性材料构成的突针集合体分别配置在多层建筑物的屋顶的至少屋顶角部、并将上述突针集合体接地到上述建筑物周边的大地的避雷设备。
权利要求1.一种避雷设备，其特征在于该避雷设备在多层建筑物的屋顶至少在屋顶角部分别朝向天空配置突针集合体，上述突针集合体分别通过接地导线而接地到上述建筑物周边的地面上，其中，所述突针集合体由球部分、支撑上述球部分的导体轴以及与上述导体轴的下端连接的基座构成，其中球部分放射状地配置有多个突针，该突针是由导电性的材料构成的细长的向空中突出的铁丝状的物体。
2.根据权利要求1所述的避雷设备，其特征在于，上述建筑物屋顶是四边形，上述突针集合体配置在上述建筑物的屋顶的四角处。
3.根据权利要求2所述的避雷设备，其特征在于，上述突针集合体最上端距离地面的高度与从和地面相接的建筑物最下部的角部到连接建筑物屋顶上的两个角部的直线的中点的距离相等或比该距离更长。
4.根据权利要求1所述的避雷设备，其特征在于， 上述突针集合体通过导线电连接。
5.根据权利要求1所述的避雷设备，其特征在于， 上述接地通过接地导线电连接。
6.根据权利要求1所述的避雷设备，其特征在于， 上述建筑物的高度为8m以上、120m以下。
专利摘要本实用新型提供一种避雷设备，其解决的技术问题之一在于减少用于形成所需要的落雷保护区域的设置成本、构筑时间。本实用新型的避雷设备在多层建筑物的屋顶至少在屋顶角部分别朝向天空配置突针集合体，上述突针集合体分别通过接地导线而接地到上述建筑物周边的地面上，其中，所述突针集合体由球部分、支撑上述球部分的导体轴、与上述导体轴的下端连接的基座构成，其中球部分放射状地配置有多个作为由导电性的材料构成的细长的向空中突出的铁丝状的物体的突针。本实用新型的避雷设备适用于从特定的部位高效率地放射离子的用途。
文档编号H01T23/00GK202121207SQ20112019405
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年2月25日
发明者和田壮, 石井均 申请人:株式会社日立工业设备技术