避雷針實(shí)際上是引雷針,它的保護(hù)作用是攔截閃電打在自己身上,從而使建筑物避免遭受直接雷擊,它把雷電的能量沿著引下線安全地導(dǎo)入地中;它不能阻止雷電的行進(jìn),也不能消除雷電。現(xiàn)在只有中國和日本仍然使用“避雷針”這個(gè)名詞;英國和美國都把它稱為“導(dǎo)電針”;俄國稱它為“接閃器”等等。由于我們祖先用的是象形文字系統(tǒng),望文生義是我們的習(xí)慣,為了避免誤解“避雷針”的保護(hù)原理,有人提出“要為避雷針正名”的建議。在防雷學(xué)科本科的教科書《高電壓工程學(xué)》中,接受直接雷擊的防雷裝置稱為接閃器,避雷針是接閃器的一種,是棒形的;接閃器的形式還包括:避雷帶、避雷網(wǎng)和法拉第籠(金屬箱體和罐體)等。 PTU-3.1.jpg

雷擊選擇性原理

接閃器是按照雷擊選擇性原理設(shè)計(jì)的。雷電先導(dǎo)放電的路徑服從于統(tǒng)計(jì)規(guī)律,在所有可能放電的方向中,最主要的方向決定于最大電場強(qiáng)度。雷雨云中的電荷積集到一定密度,首先從云中某處產(chǎn)生空氣的電離而形成下行先導(dǎo)流注,高空先導(dǎo)流注放電的方向是隨機(jī)的,不受地面物體的影響。雷雨云下面的地面和地物受雷云電荷的靜電感應(yīng),產(chǎn)生出與雷電異號(hào)的電荷,并使各地物表面的電場強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)下行先導(dǎo)流注發(fā)展到某種高度,即所謂雷電定位高度H1處時(shí),大氣電場開始被地物感應(yīng)電場所歪曲,雷電先導(dǎo)向歪曲后的最大電場強(qiáng)度方向發(fā)展。當(dāng)下行先導(dǎo)流注行進(jìn)到雷擊高度H2后,某一個(gè)或幾個(gè)地物表面電場強(qiáng)度達(dá)到了擊穿空氣的數(shù)值,該地物就會(huì)產(chǎn)生迎面先導(dǎo)流注,它向上發(fā)展與下行先導(dǎo)流注匯合,然后就產(chǎn)生強(qiáng)烈的主放電,該地物就遭到了雷擊。

避雷針適合用于平原地區(qū)矮小建筑物的防雷

經(jīng)驗(yàn)表明,在開闊的平原地區(qū)矮小建筑物(群)采用避雷針防雷是技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的,變電站的防雷如此,火工品的廠房和儲(chǔ)備庫如此,危險(xiǎn)品倉庫也是如此。這些建筑群的多支避雷針高出建筑物有幾米或十幾米,建筑物的高度都低于避雷針的引雷空域,所以人們無須擔(dān)心其防雷安全性。這些避雷針應(yīng)該用折線法判定其保護(hù)范圍。

山區(qū)建筑物不宜用避雷針防雷

在雷雨云低于山頭的坡地上往往產(chǎn)生側(cè)向雷擊,此處的建筑物應(yīng)該用避雷帶和避雷網(wǎng)防雷,譬如安徽黃山氣象臺(tái),那里的雷擊多發(fā)生在屋頂上的金屬護(hù)欄處,屋頂上保護(hù)氣象測量設(shè)備的避雷針卻很少截?fù)糸W電。像這樣的地理情況,建筑物的防雷就不宜采用避雷針防雷。

高層建筑物不宜用避雷針防雷

高架避雷針的保護(hù)效果比較低高度避雷針的保護(hù)效果差。避雷針的上部有一段可能自身遭受側(cè)向雷擊的空間,稱為對(duì)針桿的側(cè)擊區(qū)。有人說:“避雷針高度在120m以上時(shí),其折線法的保護(hù)范圍是無效的”,我們說:“對(duì)!按《規(guī)范》避雷針高度在60m以上時(shí),其滾球法的保護(hù)范圍就已經(jīng)是無效的了”。高架避雷針的引雷能力強(qiáng),當(dāng)側(cè)方襲擊來的下行雷電先導(dǎo)被避雷針引近而未能在針端接閃時(shí),會(huì)出現(xiàn)閃電擊中避雷針附近地面的情況,使得高架避雷針附近的地面落雷密度較該處平均落雷密度大,該地面稱為雷電散擊區(qū)。莫斯科市有一座537m高的電視塔,在離塔水平距離150m的地面曾遭受到雷擊,在其周圍1.5km內(nèi)的地面落雷率比莫斯科市平均落雷率高2.5- 4倍,這種高架電視塔(避雷針)使其附近地區(qū)的房屋增大了雷擊的危險(xiǎn)程度。所以,我們不推薦在城鄉(xiāng)的建筑物中架設(shè)避雷針保護(hù),這些建筑物應(yīng)該盡量采用避雷帶和避雷網(wǎng)防雷,只有天線和局部突出物用短針防雷。