一种防雷装置的制作方法

本申请涉及雷电预防技术领域，具体而言，涉及一种防雷装置。

背景技术：

雷电是一种自然放电现象，带电的云层的电荷逐渐积累，同时在地面感应出异性电荷。当带电的云层与大地之间的局部电场强度超过大气游离临界场强时，产生局部放电通道，即先导通道。随着先导通道逐渐向地面发展，地面的感应电荷逐渐增多，在地面的突起处(如高大的建筑物)形成迎面先导。当先导通道与迎面先导或者地面相遇，会形成高导电率的导电通道，使带电的云层的电荷与地面的感应电荷中和，产生放电现象。这种放电现象往往会造成建筑物损坏、人员伤亡等危害。

现有技术中，针对上述雷电造成的危害，自富兰克林发明现代避雷针以来，普遍采用现代避雷针预防雷电。为了提高雷击的通流能力，一般认为接地电阻越小越好。但当避雷针将雷电引入大地时，会在引下线周围产生极强的电磁场，给受保护的建筑物内部的电子、微电子设备造成极大的损坏。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种防雷装置，以降低引下线周围的电磁场强度，进而减轻雷击时对建筑物内部的电子设备的损坏。

第一方面，本申请实施例提供了一种防雷装置，包括接闪器、控流线圈以及接地极，所述接闪器通过所述控流线圈与接地极电性相连；

所述接闪器，用于将放电时产生的电流传输至所述控流线圈；

所述控流线圈，用于在传导放电时产生的电流时，基于所述电流的电磁感应效应，在所述控流线圈上产生阻止所述电流增大的感抗，向所述接地极电性传输用于表征所述控流线圈实际传导电流的入地电流；

所述接地极，用于将传输入的所述入地电流传输至地。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述接闪器包括直击雷接闪器、侧击雷接闪器、雷电侵入波接闪器；所述控流线圈包括第一控流线圈；所述接地极包括第一接地极；

所述直击雷接闪器、侧击雷接闪器以及雷电侵入波接闪器分别与所述第一控流线圈的进线端电性相连，所述第一控流线圈的出线端与所述第一接地极电性相连；

所述直击雷接闪器安装在建筑物的顶部，用于接收直击雷放电时产生的电流；

所述侧击雷接闪器垂直安装在建筑物的外侧部，用于接收侧击雷放电时产生的电流；

所述雷电侵入波接闪器安装在建筑物水平面上，用于接收雷电放电时产生的电流侵入波。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述接闪器还包括地击雷接闪器；所述控流线圈还包括第二控流线圈；所述接地极还包括第二接地极；

所述第二控流线圈的出线端与所述第一控流线圈的进线端电性相连，所述第二控流线圈的进线端通过所述地击雷接闪器与所述第二接地极电性相连，所述第一接地极的接地点与保护接地的接地点相同，所述第二接地极的接地点与所述第一接地极的接地点的距离不少于预先设置的距离阈值。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括分流器：所述第一控流线圈的出线端通过所述分流器与所述第一接地极电性相连，所述分流器上设置有两个测试点。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括泄能电阻：所述泄能电阻的第一端与所述第一控流线圈的进线端电性相连，所述泄能电阻的第二端与所述第一接地极电性相连；

所述泄能电阻、所述第一控流线圈以及第一接地极形成泄能回路。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括均压环：所述第一控流线圈的进线端通过所述均压环分别与所述泄能电阻的一端、所述第二控流线圈的出线端、所述直击雷接闪器、所述侧击雷接闪器、所述雷电侵入波接闪器相连。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括第一空心圆柱体和第二空心圆柱体：

在第一空心圆柱体外侧面设置所述第一控流线圈，在第二空心圆柱体外侧面设置所述第二控流线圈，其中，所述第一空心圆柱体嵌套在所述第二空心圆柱体的外侧，或，所述第二空心圆柱体嵌套在所述第一空心圆柱体的外侧。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述分流器和所述泄能电阻设置在半径小的第一空心圆柱体或第二空心圆柱体体内。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括空心圆柱形保护层，所述空心圆柱形保护层设置在半径大的第一空心圆柱体或第二空心圆柱体外侧；所述空心圆柱形保护层的底面存在至少一个通孔。

结合第一方面的第八种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述第一空心圆柱体、所述第二空心圆柱体以及所述空心圆柱形保护层为任一种满足预设绝缘要求的介质材料。

本申请实施例提供的一种防雷装置，采用控流线圈增大雷电放电时引下线的感抗，降低了引下线的电流，与现有技术中将改进的着力点放在减小接地电阻，反而增大雷击时引下线周围的电磁场强度，给建筑物内部的电子设备造成严重损坏相比，其更加有效地保护了雷击时对建筑物内部的电子设备。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种防雷装置的结构示意图；

图2示出了本申请实施例所提供的一种防雷装置的部分电路示意图；

图3示出了本申请实施例所提供的另一种防雷装置的部分电路示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的另一种防雷装置的部分电路示意图；

图5示出了本申请实施例所提供的一种防雷装置的电路示意图；

图6示出了本申请实施例所提供的一种防雷装置的结构原理框图；

图7示出了本申请实施例所提供的一种雷击调控单元的俯视图；

图8示出了本申请实施例所提供的另一种雷击调控单元的俯视图；

图9示出了本申请实施例所提供的另一种雷击调控单元的俯视图；

图10示出了本申请实施例所提供的另一种雷击调控单元的俯视图。

主要元件符号说明：接闪器101；控流线圈102；接地电极103；雷电侵入波接闪器1；直击雷接闪器2；侧击雷接闪器3；第一控流线圈4；引下线5；第一接地极6；分流器7；测试点8；地击雷接闪器9；第二控流线圈10；第二接地极11；泄能电阻12；雷击调控单元201；雷电侵入波接闪单元202；直击雷接闪单元203；侧击雷接闪单元204；地击雷接闪单元205；第一空心圆柱体301；第二空心圆柱体302；通孔303；空心圆柱形保护层304。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

考虑到现有技术中为了增加引下线的通流能力，将改进的着力点放在减小接地电阻上，增大雷击时引下线周围的电磁场强度，给建筑物内部的电子设备造成严重损坏，基于此，本申请实施例提供了一种防雷装置及方法，下面通过实施例进行描述。

本申请实施例提供一种防雷装置，如图1所示为这种防雷装置的结构示意图，包括接闪器101、控流线圈102以及接地极103，上述接闪器通过上述控流线圈与接地极电性相连。

接闪器101，用于将放电时产生的电流传输至控流线圈102。

控流线圈102，用于在传导放电时产生的电流时，基于上述电流的电磁感应效应，在控流线圈102上产生阻止上述电流增大的感抗，向接地极电性传输用于表征控流线圈102实际传导电流的入地电流。

接地极，用于将传输入的入地电流传输至地。

以下结合避雷针的原理，介绍本申请实施例中的防雷装置的原理：

随着带电雷雨云层的下行先导的电荷的不断积累，接闪器的尖端感应出大量的异性电荷，形成较小的异性上迎先导。当该上迎先导与带电雷雨云层的下行先导在交汇处产生回击，形成上迎先导与带电雷雨云层的下行先导之间的放电通路，而接闪器将放电时产生的电流通过接地极引入大地。在引雷入地的过程中，接闪器与接地极之间的引下线内传导的电流瞬间增大，电流增大的速度越快，控流线圈产生的感抗越大，对电流的增大的阻止作用更强。基于控流线圈的这种性质，上述防雷装置使得引下线内传导的电流下降到安全范围之内，抑制了二次电磁脉冲的辐射强度，有效的保护了建筑物内部的电子、微电子设备甚至人的生命安全。

本申请实施例中，雷电放电过程中，电流急剧增加，实际上述电流为脉冲电流。在引下线传导电流的过程中，由于传导电流的电磁感应效应，控流线圈内产生的感抗阻止电流的增大，使引下线的电流强度减小，进而降低引下线周围的电磁场的强度，缓解了电磁场对被保护建筑内部电子设备的冲击。

在本申请实施例中，控流线圈实际传导电流即为受控流线圈的控流作用后的电流，其大小为在传导放电时产生的电流和由于感抗在控流线圈内产生的阻止上述电流增大的电流的和值。由于控流线圈的感抗的存在，传导放电时产生的电能以电压的形式保存在控流线圈中，不会以强大电流形式直接冲击地面，造成人或者设备的损坏。

可选地，图2所示为一种防雷装置的部分电路示意图，上述接闪器101包括直击雷接闪器2、侧击雷接闪器3、雷电侵入波接闪器1；上述控流线圈102包括第一控流线圈4；上述接地极103包括第一接地极6；上述直击雷接闪器2、侧击雷接闪器3以及雷电侵入波接闪器1分别与上述第一控流线圈4的进线端电性相连，上述第一控流线圈4的出线端与上述第一接地极6电性相连。

在本申请实施例中，直击雷接闪器2安装在建筑物的顶部，用于接收直击雷；侧击雷接闪器3垂直安装在建筑物的外侧部，用于接收侧击雷，如球形雷等；雷电侵入波接闪器1安装在建筑物水平面上，用于接收雷电侵入波。第一控流线圈4可以为任意产生纯感抗的两端子空心感性元件，端子包括进线端和出线端。

为了防止由于用电设备发生故障对人体造成伤害，要考虑到保护接地。一般地，在建筑设施接地的设计中，将与用电设备的机壳相连的接地线和建筑物主钢筋电气连接(保护接地)，接入“保护地”(建筑物地下的地笼附近的地下)。在本申请实施例中，第一接地极6与保护接地的接地点相同，均为“保护地”。直击雷接闪器2、侧击雷接闪器3以及雷电侵入波接闪器1通过第一控流线圈4连接第一接地极6。直击雷接闪器2、侧击雷接闪器3以及雷电侵入波接闪器1连接在一起，采用同一控流线圈控制引下线5的电流增大，使引下线5的电流保持在允许的范围之内，限制第一接地极6电位的大幅度升高，保护了设备和人体的安全。

除直击雷、侧击雷以及雷电侵入波外，地击雷(直接打在地上的雷)也会造成危害，在设计防雷装置时，要考虑地击雷的防护。上述接闪器101还包括地击雷接闪器9；上述控流线圈102还包括第二控流线圈10；上述接地极103还包括第二接地极11；上述第二控流线圈10的出线端与上述第一控流线圈4的进线端电性相连，上述第二控流线圈10的进线端通过上述地击雷接闪器9与上述第二接地极11相连。

第二接地极11与上述第一接地极6相互独立，接地点不同，第二接地极11的个数至少为1个。在本申请实施例中，第二接地极11为多个，分布在建筑物周围的地下，且接地点为距离第一接地极6的接地点的距离不少于10米。在当强雷电直击建筑物周围的地面时，地击雷通过地击雷接闪器9放电时，第二控流线圈4和第一控流线圈10产生阻碍引下线内电流增大的感抗，电流强度的增大速率越大，第二控流线圈和第一控流线圈产生的感抗越大，有效将引下线内部的电流控制在了安全范围内。另外，第二接地极11与上述第一接地极6相互独立的设计，有利于降低强雷电直击建筑物周围的地面时对“保护地”的干扰。使得被保护建筑内部的用电设备的反向电压不会迅速增大，以致超出建筑物内部的电子设备的耐压承受范围，导致电子设备的损坏。上述防雷装置能够同时保护建筑和建筑内部的用电设备，且全面防护直击雷、侧击雷、雷电侵入波以及地击雷，提高了防雷装置的有效性，减轻雷雨天气对电子设备和建筑物造成的不利影响。

可选地，防雷装置还包括均压环：上述第一控流线圈的进线端通过上述均压环与上述泄能电阻的第一端、上述第二控流线圈的出线端、上述直击雷接闪器、上述侧击雷接闪器、上述雷电侵入波接闪器相连。

在本申请实施例中，均压环设置在第一控流线圈的进线端与上述泄能电阻的第一端、第二控流线圈的出线端、直击雷接闪器、侧击雷接闪器以及雷电侵入波接闪器连接的节点上。突变电流产生的突变电压连接均压环，使得各个接入点的电压相同，即使第一控流线圈的进线端、上述泄能电阻的第一端、第二控流线圈的出线端、直击雷接闪器、侧击雷接闪器以及雷电侵入波接闪器等电位，完成了雷电瞬间电流动能向电压势能的转换，使得均压环到第一接地极之间的电场沿引下线方向均匀分布，提高第一控流线圈和第二控流线圈控流的有效性，提高了防雷装置的有效性。

如图3所示为另一种防雷装置的部分电路示意图，上述防雷装置还包括分流器7：上述第一控流线圈4的出线端通过上述分流器7与上述第一接地极6电性相连。

分流器7可为任意型号的分流器。分流器7为康铜分流器，康铜分流器为一个能承受极大电流的电阻元件，不同于普通二端电阻，其为一个四端元件，该分流器设置有四个螺栓，两个大螺栓和两个小螺栓。两个大螺栓分别与第一控流线圈4的出线端和第一接地极6连接连接，使康铜分流器安装在第一控流线圈4和第一接地极6之间。

要测量引下线5传导的电流，需要设置测试点。可选地，如图4所示为另一种防雷装置的部分电路示意图，上述分流器包括两个测试点。在本申请实施例中，康铜分流器的两个小螺栓可作为测试点，通常连接满足测量要求的直流电流表。具体地，直流电流表实际上是电压表，满量程为75毫伏，直流电流表与康铜分流器是配套使用的，如50安培的直流电流表配套的康铜分流器的阻值为0.0015欧姆。在本申请实施例中，当需要传输测试点的电流或者电压时，利用a/d转换设备，再对转换后的电流或者电压进行放大、整理、变换以及存储在服务器中，用户从服务器中调取存储数据。

雷电在接闪器放电后，控流线圈上残留着电能，可能对建筑物内部的电子设备产生影响。可选地，上述防雷设备还包括泄能电阻：上述泄能电阻的第一端与上述第一控流线圈的进线端电性相连，上述泄能电阻的第二端与上述第一接地极电性相连，使上述泄能电阻、上述第一控流线圈以及第一接地极形成泄能回路。

在本申请实施例中，图5所示为一种防雷装置的电路图。包括上述雷电侵入波接闪器1、直击雷接闪器2、侧击雷接闪器3、地击雷接闪器9、第一控流线圈4、第二控流线圈10、泄能电阻12、分流器7、第一接地极6以及第二接地极11，各个元件按图中所示的连接关系进行连接。泄能电阻12、第一控流线圈4以及分流器7可形成泄能回路。当被保护建筑物遭受侧击雷、直击雷或者雷电侵入波后，第一控流线圈4上残留着电能，通过泄能回路，残留的电能转换为泄能电阻的热能，使电路恢复未遭受雷击之前的状态。当被保护建筑物遭受地击雷后，第二控流线圈同样残留一定量的电能，第二控流线圈的残留电能转移到第一控流线圈，经过上述泄能回路释放能量，使电路恢复未遭受雷击之前的状态，保证了电路工作的稳定性。

在本申请实施例中，图6所示为防雷装置的结构原理框图，雷击调控单元201内部元件的安装位置不限定，可选地，上述第一控流线圈4设置在第一空心圆柱体外侧面，上述第二控流线圈10设置在第二空心圆柱体外侧面，其中，上述第一空心圆柱体和上述第二空心圆柱体的半径不同，半径大的空心圆柱体嵌套在半径小的空心圆柱体外侧。

本申请实施例中与现有技术中富兰克林避雷针相比，采用以雷击调控单元关键件的结构结合以均压环为节点的结构形成的总体结构，是将“龙头避雷针”和“绝缘避雷室”的理念进行有机结合，降低了引下线周围的电磁场强度，确保雷击时建筑物及其内部电子设备的安全。

作为一种可选地实施方式，如图7所示为一种雷击调控单元的俯视图，第一控流线圈4安装在第一空心圆柱体301的外侧面，第二控流线圈10安装在第二空心圆柱体302的外侧面。作为一种可选的实施方式，第一空心圆柱体301和第二空心圆柱体302的底面上可以设置通孔，来放置引下线。具体地，通孔的轴线、上述第一空心圆柱体301以及上述第二空心圆柱体302的轴线均平行，在第一空心圆柱体301和第二空心圆柱体302的底面上分别设置三个等距间隔的轴向通孔。如图8所示，三个通孔的轴线与半径小的空心圆柱体的轴线之间的连线在俯视图中的投影之间的夹角为120°。可选地，上述半径小的空心圆柱体包括：在半径小的空心圆柱体的空心内设置上述分流器和上述泄能电阻。

可选地，上述防雷装置还包括圆柱形保护层：在半径大的空心圆柱体外侧设置有空心圆柱形保护层。如图9所示为另一种雷击调控单元的俯视图。

在圆柱形保护壳还要设置出线口，以连接其他元件，可选地，上述空心圆柱形保护层的底面存在至少一个通孔。作为一种可选的实施方式，在圆柱形保护层内部存在间隔120°的三个轴向通孔，如图10所示为另一种雷击调控单元的俯视图。

可选地，上述第一空心圆柱体、上述第二空心圆柱体以及上述空心圆柱形保护层为任一种满足预设绝缘要求的介质材料。

在本申请实施例中，上述第一空心圆柱体、上述第二空心圆柱体以及上述空心圆柱形保护层均采用电气绝缘的聚四氟乙烯，其介电常数为2.55,其高绝缘特性，确保了控流线圈实现控流作用，提高了防雷装置的有效性。上述结构具有突出的耐高温、耐腐蚀、耐化学腐蚀和电绝缘性能，可长时间正常应用于各种环境。

基于上述分析可知，与相关技术中的将改进的着力点放在减小接地电阻，反而增大雷击时引下线的电磁场强度的方法相比，本申请实施例提供的防雷方法利用控流线圈增大雷电放电时引下线的感抗，降低了引下线的电流，降低了引下线周围的电磁场强度，进而减轻雷击时对建筑物内部的电子设备的损坏。

本申请实施例所提供的一种防雷的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。该硬件功能组件可以作为独立的产品销售或者使用。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应上述以权利要求的保护范围为准。