本发明一般说来涉及防雷保护装置，更具体地说，本发明涉及带有激发装置的新型避雷针，激发装置利用沿绝缘体滑行放电。 本发明的具体有益的应用在于提供对建筑物、民房、公寓大楼、工厂的防雷保护，一般来说对需要保护的任何地带、任何人、任何装置或任何设备提供防雷击保护。
本发明的具体有益的应用还在于提供对置于导电的金属装置上的设备，例如无线电通讯天线的直接防雷保护。本发明通过加强保护电缆的有效性并改进铁塔本身的雷击俘获率，加强了对铁塔上高压和中压电缆的保护。
常规的富兰克林棒或富兰克林尖端型避雷针包括一根一端与地相连，而另一端是尖端的棒。
这样的避雷针以下述方式工作。当雷云形成时，地面上方的大气电场增加到大约每米10千伏（10kv/m）。在富兰克林棒的尖端产生电晕效应。接着，通过雷云内部形成并跳向地面地下行先导开始雷击。在雷云先导向下移向大地的同时，由于电晕效应，富兰克林棒尖端附近空气继续电离。当下行的先导到达离富兰克林棒尖端上方大约100米高时，在该棒周围宽阔范围内所产生的电场至少超过每米几百千伏数量级。由于电晕效应放电，使靠近尖端的局部突然产生上行先导即以一系列电离波为特征的放电，该电离波被休止期或“无光期”间断。这一现象也称为“随机电晕效应”。当电场更强时，上行先导开始无间断传播继而与下行先导相遇。连续的上行先导发展越早，两个相反的先导的汇合点离富兰克林棒越远。
富兰克林棒型避雷针的主要缺点在于随机电晕效应产生的起动期持续时间长。使连续的上行先导发展迟，因而这两个先导汇合点离富兰克林棒近。
技术上解决这一问题的办法是在富兰克林棒上安装激发装置，该激发装置能够有助于消除上行先导发展过程中的休止期或无光期，因而人为地减少连续上行先导发展所需的时间。
为了这一目的，文献EP-O 228 984公开了一种空气间隙避雷针，它包括一根与大地相连并外套一金属空心壳的金属棒。金属棒一端与大地相连另一端为一尖端穿过空心壳的圆形开口暴露在外面。空心壳通过空气与金属棒绝缘，这一空气间隙定义为空心壳上的圆形开口与金属棒的尖端间的距离。更进一步，必须用高阻抗的绝缘电阻连接壳与中心棒。
这样，当雷云临近上述避雷针且下行先导来到所述避雷针附近时，金属壳充电达到一临界电势，高于该临界电势时，从壳上形成电火花通过空气间隙传到棒的尖端上。这一火花将金属壳上的电荷排放掉。
这一避雷针上的电激发装置动作是随机的。在棒与金属壳的间隙中形成的火花在时间和空间上随机出现，并以“过早的方式”（premature manner）出现在棒的尖端。
文献FR-2 620 581叙述了一个避雷针装置，包括一根与地相连的空心棒，有一根电导体置于空心棒中并与棒绝缘，该导体突出在棒的一端外，连接到适合于集中大气电势以便在导体与棒间产生火花放电现象的复杂装置上。
另外，文献EP-0 096 655叙述了一个避雷针装置，它包括一根与地相连的棒和一个导电组件，该组件的第一部分相对于棒径向伸展，其终端为许多尖端，使之容易集中大气电势，第二部分形成沿一个弯曲的通路远离第一部分伸向棒的电极，其位置与棒间的距离短，因此，在暴风雨天气，所述电极与棒间产生放电。
最后，文献FR-2 043 220公开了一种避雷针装置，它包括一根与地相连的棒和一个β放射源，用靠近棒端部的位置传送β辐射。
以上三种避雷针装置复杂且运行状况不令人满意。
本发明提出了一种带有电激发装置的新型避雷针，试图解决现有技术中的上述问题。
更具体地说，本发明提供了带有放电激发装置的避雷针，该避雷针包括：
具有一个自由端和一个接地端的一根中央电极;
一个绝缘材料制成的部件，包围着中央电极，其外表面连续与中央电极自由端相接触;
一个导电的外电极，覆盖着所述绝缘部件的部分外表面，与中央电极自由端相连的绝缘部件外表面的非覆盖部分在所述外电极与中央电极的自由端之间形成了一个绝缘材料桥。
在所述外电极放电期间，该桥适合于引导在适当的大气条件下充电的可导电的外电极和中央电极自由端之间的电火花。
这样，当来自雷云中的下行先导接近本发明的避雷针时，通过静电感应，可导电的外电极充电，直到其电势达到一个临界值。高于这一临界值时，可导电的外电极和中央电极自由端之间就产生电火花，中央电极的自由端最好是尖端，因而能在中央电极的尖端附近建立等离子体。与分布于中央电极自由端附近的强电场相关的等离子体组成了上行先导发展的第一步，外电极的放电火花是剧烈的、强有利的，这是因为它沿绝缘部件的外表面滑行，更具体地，在外电极和中央电极的尖端之间的桥上滑行，该桥成了外层电极与中央电极自由端间电火花的跳板。
在本发明的避雷针中，激发火花的自传播所需的电场值比上述现有技术的避雷针中的相应电场值小10倍。
更可取的是，本发明所述绝缘部件的外表面至少有一部分的形状向外凸出，可导电的外层电极贴在外表面的所述凸出部分上。
应该说明，外电极没有凸出部分更有利，凸出部分有助于在中央电极的自由端和外电极之间以外处形成寄生火花。绝缘部件和可导电的外电极的形状和布置设计应使火花从所述外电极的边缘，与到中央电极的自由端的绝缘材料跳板形桥的相邻处形成，且从所述桥的上方传到中央电极的自由端。
在本发明避雷针的最佳实施例中，绝缘部件为半球形，其外表面实际上向外凸出并支撑着可导电的外电极，没被外电极覆盖的部分外表面形成所述电极和中央电极间的桥，这一部分大体上是向里凹进去的斜面。
另外，在上面指定的实施例中，所述外电极是空心的球面圆盖。
在本发明的一个实施例中，外电极和/或中央电极是由铜或铜合金制成的。
在本发明的第二个实施例中，外电极和/或中央电极是由铁或铁合金制成的。
在本发明的第三个实施例中，外电极和/或中央电极是由铝或铝合金制成的。
在本发明的另一个实施例中，外电极是在绝缘部件的一小块外表面上的金属镀层。
在本发明的一个实施例中，绝缘部件是由聚合物材料制成的绝缘体。
在本发明的另一个实施例中，绝缘部件是由陶瓷材料制成的绝缘体。
以下关于附图的叙述涉及本发明的非限定性实施例，用来清楚地说明本发明组成部件及如何实现。在附图中：
图1是本发明的避雷针的第一个实施例的垂直剖面图;
图2是本发明的避雷针的第二个实施例的垂直剖面图;
图3是本发明的避雷针的第三个实施例的垂直剖面图;
图4是本发明的避雷针的第四个实施例的垂直剖面图;
图5是本发明的避雷针的第五个实施例的垂直剖面图;
图6是表示一个常规的富兰克林棒型避雷针在适于被雷击的电气条件下预放电电流随时间变化的曲线;
图7是表示一个具有空气间隙的避雷针在与图6相同的条件下，预放电电流随时间变化的曲线;
图8是表示本发明的避雷针在与图6相同的电气条件下，预放电电流随时间变化的曲线。
予先说明，以上各图中相同或相似的部分尽可能用同一参考符号标出，不再每一次都重复叙述。
图1示出带有利用滑动放电激发装置的避雷针100，这一避雷针100包括一根垂直的金属制成的中央电极110，该电极110有一个用于与大地相连的端112和另一个指向天空的尖自由端111。另外，避雷针100包括包围中央电极110的绝缘部件121，它临近中央电极110的自由端111，有圆形对称外表面121a。避雷针还包括一个导电的外电极122，它覆盖绝缘部件121的外表面121a中一部分。
更准确地说，绝缘部件121是一个固态绝缘体，在本例中，是半球状的，它的外表面121a基本上是向外凸出的，其中一部分121′a是向里凹进去的斜面，该斜面与所述的中央电极110的自由端111连续接触，即没有任何间隙。这一绝缘体最好由聚合物材料或者陶瓷材料，或者甚至这两种材料重叠在一起制成。应该说明绝缘部件所用的绝缘材料最好有电阻率高、机械刚度强、抗湿和适应不同环境状况等特性。
更进一步说，所述外凸外表面121a的一部分被金属的空心球面圆盖覆盖，该球面圆盖形成一个与绝缘体121的外表面121a的外凸形状配合的可导电的外电极122。外电极122不覆盖所述外表面121的斜面形部分121′a。所述外电极122包括一个圆形顶部开口122a，所述斜面形部分121′a通过所述开口122a暴露在外面，形成一绝缘材料桥，该桥处在外电极122的顶部圆形开口122a的圆形边缘122′a和中心电极110的自由端111之间。外电极122可以由铁、铜、或铝、或铁合金、铜合金、或铝合金制成。在一个派生实施例中，外电极122由绝缘部件121被覆盖的那部分外表面上直接形成的金属镀层构成。
在一个典型例子中，金属的中央电极110的直径大约为10mm至20mm，半球形绝缘部件121的最大直径为25cm，绝缘材料桥121′a的长度在1mm至50mm范围内。应该说明，外电极122可能具有几个不同的厚度。它最好没有凸出的部分，因为如下所述这会妨碍避雷针的正常运行。
图2为图1避雷针的第一个派生实施例。在这一派生例中，绝缘材料部件121是一旋转体，它从中央电极110的底部向该电极的顶部直到尖端111处呈喇叭状张开。绝缘部件121有一个圆形的顶端部分121″，其外表面向外凸出。这一顶端部分靠一个锥台连接部分121′伸向尖端111处，121′的外表面121′a是向里凹进的斜面。空心球状圆盖形的可导电的外层电极122部分覆盖在绝缘部件121上面，贴在绝缘部件121的圆形部分121″上，因此，所述圆形部分121″的一部分外表面是外电极122和绝缘部件121间唯一的接触表面。绝缘部件121的锥台部分121′的外表面121′a没有被外电极覆盖，它处在所述外电极和中央电极110的尖端111之间。
在图3示出的一个派生实施例中，外电极122以圆环面124包围绝缘部件121。这一圆环有一连接环124a，它部分覆盖于绝缘材料制成的部件121的圆形顶端部分121″的外表面。
在另一个派生实施例中，如图4所示，外电极122是一球面带环，它覆盖于绝缘部件121的圆形顶端部分121″的一部分外表面。这一球面带环通过导线131连到固定于绝缘部件121的金属球130上。更准确地，绝缘部件121带有径向伸出的臂，金属球130安装在每一根臂的端部。
图5为图1避雷针的另一个派生实施例，它更适用于安装在水平导体上，例如电线的防护用钢丝绳或者网状笼的水平导体上，这在这一派生例中，绝缘部件121在外电极122的下面延伸出一通常为矩形块的绝缘部分123，这一延伸部分123可以附加到绝缘部件121上，也可以与绝缘部件121合成一个整体。另外，如图5所示，绝缘延伸部分123有一个水平通道140，用于安放与竖直的中央电极110相垂直的水平导体。可以看到，水平通道140与外电极122的距离为d，这大约是外电极122的边缘122′a和中央电极110的尖端111间距离的两倍。中央电极110通过连接装置150（在这一例中为一金属薄片）连接到置于通道140内的导体上。导体本身与地相连。
从另一派生例（没示出）中可以看到，可以设想电极的端部112伸到通道140内，装于所述通道内的水平导体与垂直的电极相接。另外，也可以看到，绝缘体延伸部分123的外表面没有被外层电极覆盖。
以下叙述图1中示出的避雷针的运行。
当下行先导接近图1所示带有激发装置的避雷针时，外部电场增强使可导电的外电极122充电，直到达到一临界电势。高于该电势时，在所述外电极122的开口122a的圆形边缘处形成电火花，火花滑过绝缘材料桥121′a到达金属的中央电极110的尖端111处。
这一火花可能在中央电极110的尖端111附近形成等离子体，而该等离子体（它与存在于中央电极110的尖端111附近的强电场有关）产生的上行先导移动以与下行先导相遇。当两种相反方向的先导相遇时，在云与大地之间就建立起一个导电通道，这样雷电流通过金属的中央电极流入大地。
应该说明，桥121′a用于引导外电极122和中央电极110之间的放电火花，因此该火花比现有技术中采用空气间隙的其它避雷针中的火花要强有力的多。
此外，激发火花传播所要求的电场比采用空气间隙的避雷针所要求的电场小10倍。
更进一步说，外电极122没有凸出部分，这使有利地避免了在所述外电极的圆形边缘122′a外其它地方形成寄生电火花。
图6、7和8涉及放在相同的电气和雷电条件下的三个不同的避雷针，它们分别是一个常规的富兰克林棒（没示出），一个带有空气间隙的避雷针（没示出），和一个带有本发明的激发装置的避雷针，实验曲线是各个避雷针尖端处预放电电流随时间的变化。
更准确地，所有三个避雷针都利用一个模拟雷电条件的试验步骤在试验室中进行了试验。这就是说，建立了模拟雷云中电荷的分布而产生的背景电场，且建立了表示由下行先导接近大地附近感应出的脉动电场。这两个电场叠加施加到一块放在被试避雷针上方的板上（图中没示出）。背景场由在大地与该板间10kv/m到20kv/m数量级的直流电场表示，脉动场由马克斯脉冲发生器产生，该发生器发出具有在200微秒至1000微秒范围内的长上沿时间的驱动波。
在上述条件下，观察到每一避雷针尖端的预放电电流随时间的变化直到形成上升的放电并从避雷针的尖端向顶板传播。
当采用常规的富兰克林棒时，如图6所示，曲线示出从t＝0和t＝250微秒施加脉冲电压预放电电流随时间的变化关系，随机脉冲A相应于起动上升的放电不成功的冲击，放电在接近250微秒的时刻离开富兰克林棒的尖端，然后从尖端传向板。
对具有空气间隙的避雷针，如图7所示，上升的放电在250微秒到300微秒范围内从尖端扩散，这比常规的富兰克林棒（见图6）迟。从图6中，可以看到记录下了A型随机脉冲，这三个可观察到的细小的B型脉冲相应于空气间隙的起动，前两个相应于空气间隙的过早运行，用于起动上升的放电太早。
可是，如图8所示，用本发明的带有激发装置的避雷针，该激发装置利用沿绝缘体的滑行放电（如图1所示），放电发生得比较早，在150微秒和200微秒之间，以较大的细小脉冲C为标志在160微秒处激发装置的点火使上升的放电立即起动。对这种避雷针的统计研究表明，与富兰克林棒型避雷针或上述具有空气间隙的避雷针相比较，上升的放电的预期触发是规律的、可靠的。
比较图6和图8，可以看出，由于预先激发，使用于俘获将要发展的放电所需的时间大大减少，本发明避雷针的俘获放电比置于相同雷电条件下的通常的富兰克林型避雷针的俘获放电发生的早。这样本发明的避雷针可能触发俘获放电的起动电场强度比通常富兰克林型棒的起动电场要低得多。
应该看到，在上述的各图中示出的各个实施例能够相互结合。
更进一步，本发明并不局限于上述和示出的实施例，本技术领域中的技术人员能够按本发明的精神进行其主件的变化。
例如，可以设想绝缘部件有一个小平面的外表面，其部分被外层电极覆盖。这样一个绝缘部件也可以包括实际上为锥台型的顶端部分，它延伸小平面部分到中央电极的顶端。