專利名稱：一種避雷裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及避雷技術，尤其涉及一種適用于風力發(fā)電場或建筑群的避雷裝置。
背景技術：
在能源日益緊張的今天，風力發(fā)電因高效、清潔等優(yōu)點越來越受到人們的青睞。目前，我國風電行業(yè)發(fā)展十分迅猛，風電機組的單機容量越來越大，且為吸收更多能量，風機的輪轂高度在不斷增加，目前大型風力發(fā)電機的輪轂通常離地面有100米左右高。但是，隨著風機輪轂高度的增加，風機被雷擊的風險也相應增加，并且風電場大多建于偏遠、空曠的高海拔地區(qū)或海上，而這些地方多為雷雨多發(fā)性地區(qū)，這進一步增加了風機遭受雷擊的風險。眾所周知，雷電釋放的巨大能量，往往會造成風電機組葉片損壞、發(fā)電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等嚴重故障，這將帶來嚴重的財產(chǎn)損失甚至人身傷亡等危險。因此，雷擊已經(jīng)成為自然界中對風機安全運行危害最大的一種災害，為此，在設計風機時，必須考慮防雷保護。目前，常采取的方法多為加裝避雷器、浪涌保護器等。在實際應用中，盡管上述方法可以對風機起到一定避雷保護作用，但是由于避雷器或浪涌保護器通常只針對單個風機來設計，其放電回路多從風機表面或內(nèi)部走線，如果放電回路電阻偏大，或放電回路遭遇意外破壞，則無法對風機起到防雷保護的作用，從而無法避免因風機遭受雷擊而帶來的財產(chǎn)損失和人身傷害。此外，由于風機一般安裝于100米左右的高空中，因而使得對其上所安裝的避雷器進行維護的難度較大，且維護成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，提供一種避雷裝置，其單獨設置于風電場或建筑群中，可對一定范圍的設備均其到防雷保護，且維護較方便，維護成本較低。為此，本發(fā)明提供了一種避雷裝置，包括導電索、升力機構以及與所述升力機構相連的引雷器及牽引裝置，其中所述升力機構可產(chǎn)生升力，借助所述升力使自身以及所述引雷器升至空中；所述牽引裝置用以對升入空中的所述升力機構進行牽引和定位；所述導電索一端連接所述引雷器且另一端接地，用以將所述引雷器所接收的雷電引入大地。其中，所述升力機構包括升力氣球，所述升力氣球內(nèi)可充入低密度氣體，用以借助空氣浮力而將引雷器舉升至空中。其中，在所述升力氣球的外表面設置有多個沿垂直方向延伸的旋轉(zhuǎn)翼片。其中，所述升力機構包括升力螺旋槳，所述升力螺旋槳通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，以將自身及所述引雷器提升至空中。其中，在所述升力機構下方均設置有第一轉(zhuǎn)動軸，所述導電索通過所述第一轉(zhuǎn)動軸與所述升力機構連接，所述升力機構可繞所述轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。其中，在所述升力機構下方設置具有一定長度的第一環(huán)狀部件或管狀部件，所述第一環(huán)狀部件或管狀部件與所述第一轉(zhuǎn)動軸連接，且可繞所述第一轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。其中，在所述升力機構上方設置有第二轉(zhuǎn)動軸，所述第二轉(zhuǎn)動軸與所述第一轉(zhuǎn)動軸處于同一直線上，所述引雷器通過所述第二轉(zhuǎn)動軸與所述升力機構連接。其中，在所述升力機構上方設置具有一定長度的第二環(huán)狀部件或管狀部件，所述第二環(huán)狀部件或管狀部件與所述第二轉(zhuǎn)動軸連接，且可繞所述第二轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。其中，所述牽引裝置包括至少一根牽引繩和一個牽引繩電機，每根所述牽引繩一端與所述升力氣球固定連接，另一端與用于控制所述牽引繩進行升縮的牽引繩電機連接， 所述牽引繩電機位于地面。其中，所述避雷裝置還包括控制裝置，所述控制裝置可控制所述牽引裝置以使所述升力氣球懸浮于空中或收回所述升力氣球。本發(fā)明提供的避雷裝置具有如下有益效果本發(fā)明提供的避雷裝置，將引雷器設置于升力氣球上，并在升力氣球內(nèi)充密度小于空氣密度的氣體，通過使所述升力氣球懸浮于空中而將所述引雷器設置在空中，從而吸引雷電，并通過與所述引雷器連接的導電索將所吸引雷電引入地面，從而完成雷電能量釋放，保護避雷裝置周圍的設備。由于本發(fā)明的避雷裝置單獨設置，其不需安裝在風機或其他設備及建筑上，因而維護較方便，且成本較低；并且由于該避雷裝置可對一定范圍內(nèi)的設備起防雷保護作用，因而在起保護范圍的設備無需再單獨進行防雷設計，從而降低了類似風電場的設備群或建筑群的防雷成本，且可以消滅單體防雷方案中，放電回路從設施本體鋪設時可能帶來的所有風險，大幅度提高防雷成功率。在本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的避雷裝置中的升力氣球通過可伸縮的牽引繩與地面固定連接，因而可對所述升力氣球的高度進行調(diào)節(jié)，從而確保所述避雷裝置能夠起到保護作用，且保護范圍較大，并且通過所述可伸縮的牽引繩可將所述避雷裝置收起以進行維護，降低了維護難度和成本。


圖1為本發(fā)明提供的避雷裝置的結構示意圖；圖2為本發(fā)明提供的避雷裝置中的升力氣球的立體結構示意圖；圖3為圖2所示的升力氣球的俯視示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供的避雷裝置，為單獨設置于某一區(qū)域的防雷裝置，其可為一定范圍內(nèi)的設備或建筑提供防雷保護，從而使這些設備無需再進行單獨的防雷設計，其基本原理為通過一升力機構將引雷器置于空中，以吸引雷電，并將所吸引的雷電通過導電索導入地下， 從而對周圍的設備起到防雷保護作用，為使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明提供的避雷裝置進行詳細說明，其中，在下述實施例中以升力氣球作為升力機構來說明本發(fā)明。請一并參閱圖1至圖3，本發(fā)明提供的避雷裝置包括引雷器1、升力氣球2、牽引繩 3、牽引繩電機4、導電索5和升力螺旋槳6，牽引繩3和牽引繩電機4構成牽引裝置。其中，引雷器1和所述牽引裝置與升力氣球2相連，升力氣球內(nèi)2可充入低密度氣體(即，密度低于空氣密度的氣體)，用以借助空氣浮力而將引雷器1舉升至空中，引雷器1 結構類似于避雷針，當升力氣球2懸浮于空中時，引雷器1上端為可吸引雷電的尖端，下端固定于升力氣球2上方，并且為了避免雷電使氣球內(nèi)氣體發(fā)生反應，所述低密度氣體優(yōu)選為惰性氣體，例如氦氣。所述牽引裝置用以對升入空中的升力氣球2進行牽引和定位，升力氣球2位于空中高度，由牽引繩3的長度決定，在本實施例中，牽引繩3可由牽引繩電機4 控制進行升縮，從而可控制升力氣球3的高度。在實際應用中，可根據(jù)該避雷裝置所保護的范圍來確定升力氣球2位于空中的高度，從而確定牽引繩3的長度，并且在實際應用中，當無雷電天氣或者需要對該避雷裝置進行維護時，可由牽引繩電機4控制牽引繩3收縮，從而將該避雷裝置收起以儲藏或維護。所述導電索5 —端固定于所述升力氣球2下方并且與引雷器1連接，另一端與接地網(wǎng)8連接，用以將所述引雷器1所吸收的雷電引入大地，具體地可通過在升力氣球2外表面設置可導電的連接線或電纜來連接引雷器1和導電索5，或者采用為中部具有通孔的環(huán)狀結構的升力氣球2，導電索5通過穿過該通孔的連接線與引雷器1 連接，或者，導電索2穿過該通過直接與引雷器1固定連接，其同樣能起到上述作用。在本實施例提供的避雷裝置中，所述牽引裝置包括三根牽引繩和三個牽引繩電機，即，升力氣球2由三根牽引繩3進行牽引固定，牽引繩3 —端固定于升力氣球2上，另一端固定于牽引繩電機4上，并且三根牽引繩優(yōu)選地呈對稱分布。雖然在圖1所示的避雷裝置中，三根牽引繩固定于升力氣球2下方，但是在實際應用中，也可固定于其他位置，并且為了使引雷器1和升力氣球2更好地保持平衡，避免引雷器1向水平方向傾斜，每根牽引繩 3與升力氣球2固定連接的位置優(yōu)選靠近升力氣球2上方的位置，例如牽引繩3可固定于升力氣球2截面積最大的水平圓周上。此外，為了避免雷電通過牽引繩3導入牽引繩電機 4，從而對牽引繩電機4造成破壞，牽引繩3選用絕緣材料制成。再者，在實際應用中，牽引繩3的設置位置或數(shù)量不必局限于本實施例提供的情形，可根據(jù)具體地形條件或強度等要求對牽引繩3的設置位置及數(shù)量進行調(diào)整，以使其滿足不同的要求。需要說明的是，雖然在本實施例中，升力氣球為一整體氣球，但在實際應用中，其也可做成兩個半球，分別充氣，然后通過拉鎖等方式連接成一體；或者由多個彼此固定連接的氣球組成，在最上方的氣球上固定所述引雷器1，在最下方的氣球上固定所述導電索5， 其具有同樣的效果。此外，由于導電索5的重量較大，為了確保升力氣球2具有足夠的懸浮力，升力氣球通常設計為較大尺寸，例如其直徑可達10m，從而確保升力氣球具有足夠的懸浮力，可懸浮于空中。由于雷電天氣通常伴隨有大風，為了降低大風本本發(fā)明提供的避雷裝置的影響， 在本實施中還在升力氣球2外表面上設置有多個沿軸向延伸的旋轉(zhuǎn)翼片7，并且在升力氣球2下方與上方設置分別第一轉(zhuǎn)動軸和第二轉(zhuǎn)動軸，第一轉(zhuǎn)動軸和第二轉(zhuǎn)動軸處于同一直線上，這樣升力氣球2可繞所述兩個轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。具體地，所述第一轉(zhuǎn)動軸與導電索5固定連接，或者一體設計，且在升力氣球2下端設置具有一定長度的第一環(huán)狀或管狀部件，所述第一環(huán)狀或管狀部件與所述第一轉(zhuǎn)動軸或?qū)щ娝?連接，且可繞所述第一轉(zhuǎn)動軸或?qū)щ娝?5旋轉(zhuǎn)；所述第二轉(zhuǎn)動軸與所述引雷器1固定連接或者一體設計，且在升力氣球2上端設置具有一定長度的第二環(huán)狀或管狀部件，所述第二環(huán)狀或管狀部件與所述第二轉(zhuǎn)動軸或引雷器1連接，且可繞所述第二轉(zhuǎn)動軸或引雷器1旋轉(zhuǎn)。當有大風時，在大風的吹動下旋轉(zhuǎn)翼片 7轉(zhuǎn)動，并帶動升力氣球2繞第一和第二轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，從而將一部分橫向風能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動能，在降低大風對升力氣球2影響的同時，還可降低升力氣球2的載荷。并且，為了不使升力氣球2載荷過大，旋轉(zhuǎn)翼片7優(yōu)選用輕型塑料制成。
進一步地，為了更好地降低升力氣球2的載荷及大風對升力氣球的影響，在本實施中，還在引雷器1和升力氣球2之間設置有升力螺旋槳6，其固定于升力氣球2上方的第二轉(zhuǎn)動軸上，并可繞所述第二轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，當有大風時，升力螺旋槳6在大風的吹動下轉(zhuǎn)動，將一部分橫向風能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動能，并且提供一定的上升力，從而降低了升力氣球2的載荷，以及大風對升力氣球的影響。需要說明的是，由于在實際應用中，也可僅可在升力氣球2下方設置第一轉(zhuǎn)動軸， 而引雷器1與升力氣球2上方固定連接，升力螺旋槳6固定于引雷器1和升力氣球2之間， 當有大風時，首先在大風的吹動下旋轉(zhuǎn)翼片7轉(zhuǎn)動，從而帶動升力氣球2旋轉(zhuǎn)，進而帶動升力氣球2上方固定的升力螺旋槳6和引雷器1旋轉(zhuǎn)，當升力螺旋槳6旋轉(zhuǎn)時，可產(chǎn)生上升力， 從而降低升力氣球2的載荷，此時由于升力螺旋槳6由升力氣球2帶動旋轉(zhuǎn)，因此在升力氣球2上方可不必設置轉(zhuǎn)動軸。還需要說明的是，雖然在上述實施例中，以升力氣球或升力氣球及升力螺旋槳的結合作為升力機構，用于提升所述引雷器及導電索，但是在實際應用中，也可僅使用升力螺旋槳來作為升力機構，其通過自身旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生提升力，來達到上述相同或相似的效果。本發(fā)明提供的避雷裝置，結構簡單，制造成本較低，并且當無雷電天氣時，升力氣球無需升起，由牽引繩電機控制牽引繩收起。當遭遇雷電威脅時，可對升力氣球充密度低于空氣的惰性氣體，如氦氣。充氣完畢后，操作牽引繩電機釋放牽引繩，升力氣球升空，當氣球升到足夠高度，將被保護設備籠罩在雷電保護范圍內(nèi)時，停止牽引繩電機，此時升力氣球懸浮在空中吸引雷電。當雷電擊中引雷器時，電流通過導電索引入接地網(wǎng)，完成雷電能量釋放的全部過程。此外，為了減少人工操作，提高便利性，本發(fā)明提供的避雷裝置，還可包括控制裝置，其可包括采集單元和控制單元。所述采集單元采集遠程發(fā)送的天氣信號或操作指示并將所采集的信號發(fā)送給控制單元，控制單元采集單元傳送的信號來生成控制信號，并將所述控制信號發(fā)送給牽引繩電機，使牽引繩電機控制牽引繩以升起或收回升力氣球。當然，在實際應用中，所述控制位置也可由控制單元和信號傳輸單元構成，所述控制單元位于遠程控制室中，由操作人員根據(jù)天氣情況進行相應操作，并信號傳輸單元將所述控制信號傳送給牽引繩電機以進行相關操作。此外，本發(fā)明提供的避雷裝置還可包括充氣裝置和放氣裝置，所述充氣裝置或放氣裝置可由上述控制裝置控制，當需要升起所述升力氣球時，控制裝置控制所述充氣裝置為升力氣球充氣，當所述升力氣球被收回時，控制裝置可控制裝置所述放氣裝置，對升力氣球進行放氣操作，并且優(yōu)選地所述放氣裝置可對升力氣球釋放的氣體進行回收，以便重復利用，避免浪費?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明提供的避雷裝置，不僅限于在風力發(fā)電場使用，其可用于各種場合，例如在需要避雷防護的建筑群或設備群中同樣可設置本發(fā)明提供的上述避雷裝置，從而使這些建筑或設備不再需要進行單體防雷設計，降低防雷成本，并且能提高較好的防雷保護。此外，本發(fā)明提供的避雷裝置同樣可應用于保護單個建筑或設備，由于其成本較低，操作簡單，且維護方便，為建筑或設備的單體防雷帶來很大的便利性。還可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內(nèi)的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種避雷裝置，其特征在于，包括導電索、升力機構以及與所述升力機構相連的引雷器及牽引裝置，其中所述升力機構可產(chǎn)生升力，借助所述升力使自身以及所述弓I雷器升至空中；所述牽引裝置用以對升入空中的所述升力機構進行牽引和定位；所述導電索一端連接所述引雷器且另一端接地，用以將所述引雷器所接收的雷電引入大地。
2.如權利要求1所述的避雷裝置，其特征在于，所述升力機構包括升力氣球，所述升力氣球內(nèi)可充入低密度氣體，用以借助空氣浮力而將引雷器舉升至空中。
3.如權力要求2所述的避雷裝置，其特征在于，在所述升力氣球的外表面設置有多個沿垂直方向延伸的旋轉(zhuǎn)翼片。
4.如權力要求1所述的避雷裝置，其特征在于，所述升力機構包括升力螺旋槳，所述升力螺旋槳通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，以將自身及所述引雷器提升至空中。
5.如權利要求1所述的避雷裝置，其特征在于，在所述升力機構下方均設置有第一轉(zhuǎn)動軸，所述導電索通過所述第一轉(zhuǎn)動軸與所述升力機構連接，所述升力機構可繞所述轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。
6.如權利要求5所述的避雷裝置，其特征在于，在所述升力機構下方設置具有一定長度的第一環(huán)狀部件或管狀部件，所述第一環(huán)狀部件或管狀部件與所述第一轉(zhuǎn)動軸連接，且可繞所述第一轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。
7.如權利要求5所述的避雷裝置，其特征在于，在所述升力機構上方設置有第二轉(zhuǎn)動軸，所述第二轉(zhuǎn)動軸與所述第一轉(zhuǎn)動軸處于同一直線上，所述引雷器通過所述第二轉(zhuǎn)動軸與所述升力機構連接。
8.如權利要求7所述的避雷裝置，其特征在于，在所述升力機構上方設置具有一定長度的第二環(huán)狀部件或管狀部件，所述第二環(huán)狀部件或管狀部件與所述第二轉(zhuǎn)動軸連接，且可繞所述第二轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)。
9.如權利要求1所述的避雷裝置，其特征在于，所述牽引裝置包括至少一根牽引繩和一個牽引繩電機，每根所述牽引繩一端與所述升力氣球固定連接，另一端與用于控制所述牽引繩進行升縮的牽引繩電機連接，所述牽引繩電機位于地面。
10.如權利要求1所述的避雷裝置，其特征在于，還包括控制裝置，所述控制裝置可控制所述牽引裝置以使所述升力氣球懸浮于空中或收回所述升力氣球。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種避雷裝置，其包括導電索、升力機構以及與所述升力機構相連的引雷器及牽引裝置，其中所述升力機構可產(chǎn)生升力，借助所述升力使自身以及所述引雷器升至空中；所述牽引裝置用以對升入空中的所述升力機構進行牽引和定位；所述導電索一端連接所述引雷器且另一端接地，用以將所述引雷器所接收的雷電引入大地。本發(fā)明提供的避雷裝置可對一定范圍的設備起到保護作用，降低了類似風電場的設備群或建筑群的防雷成本，且可以消滅單體防雷方案中，放電回路從設施本體鋪設時可能帶來的所有風險，大幅度提高防雷成功率。
文檔編號H01T19/00GK102231479SQ20111009087
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權日2011年4月8日
發(fā)明者呂梁年 申請人:北京金風科創(chuàng)風電設備有限公司