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防雷器的发展历史之----避雷针

来源:网络    发布于:2012-7-13 9:33:51    点击:196    品牌:登瑞电气    【进入产品中心

外部防雷系统由接闪器(避雷针)、引下线、接地地网等有机组成。缺一不可。下面分别对以上三个主要因素的相关技术及安装进行描述。

主要讲本部分的内容是对建筑物外部空气如何截雷,把雷电流向大地中泄放的问题。

本部分的内容提要是:

(1)接闪器:避雷针、避雷线、避雷带、避雷网 避雷器

(2)避雷带和避雷网的结构设计

(3)接闪器的选择和布置

接闪器

直接截受雷击,以及用作接闪的器具、金属构件和金属屋面等,称之为接闪器。功能是把接引来的雷电流,通过引下线和接地装置因如大地中泄放,保护建筑物免受雷害。  从公元1753年,富兰克林发明了避雷针以来,避雷针作为接闪器*一的形式,延续了上百年的历史,从十九世纪以后,逐渐有出现了避雷线、避雷带和避雷网。其分类如下:避雷针、避雷线  、避雷带  、避雷网,  下面逐一介绍。

避雷针

**放电

由物理学可知,通常物体内部的正电荷和负电荷是相等的,所以从整体来看不显示带电现象。当某一物体所具有的正、负电荷不相等时,这个物体就显示带电的特性。当物体内部的正电荷多于负电荷时,物体带正电,反之带负电。由于电荷都有异性相吸、同性相斥的特性,所以带电物体中的同性电荷总是受到相互排斥电场力的作用。以图中  带尖锋的金属球为例,假如金属球上带负电(同样也可以理解带上正电),由于电荷同性相斥的作用,电子总是分布到金属球的*外层表面,并且容易逃离金属球。球的尖锋部分,电子受到同性电荷往外排斥力*强,*容易被排斥离开金属球,这就是通常说的“**放电”。

公元1749429日,富兰克林在给约翰•米西尔(John  Mitchel)的信中提出了,云层由于不断受到蒸汽摩擦而带电的看法,他认为"当带电的云块飘过田野、掠过高山、巨树、耸立的高塔、尖屋顶、船舶桅杆、烟筒等物的时候,拖曳出电火,正如许多尖导体和突出物产生的现象一样,整个云层就在那里放出电来"由此,他提出了避雷针的设想。他说:既然尖导体可以把一个离它很远的带电体上的电荷释放掉,避免它对其他物体产生电击,那麽尖导体对于人类可能有些用处。于是他建议将一根上端尖锐并涂有防锈层的铁杆安装在房屋的*高处,并用导线接在它的下端,沿着墙壁直通到地下。在海船上则把铁杆固定在桅杆顶端,用导线连接向下直通入水中。它们就能在云层将要产生电击的千钧一发之际,静悄悄地把电从云中吸走,因而使我们免受*突然、*骇人的悲剧。富兰克林详细描述避雷针的装置,并正式宣布它是在1753年。

避雷针的英文名字Lightning  rod,直译为"闪电棍"更准确些,本无避免雷击之意。这个名词望文生义就会产生误解。我们国内许多物理课本,甚至大学的教课书也把避雷针的原理说成是靠**放电中和云层电荷从而消除闪电的,这是错误的。实际上,在富兰克林发明避雷针的时候,提出了两种避雷针工作机理的解析;*一种解析认为,避雷针是靠其针尖电晕放电发出与雷雨云相反的电荷,使雷雨云的电荷得到中和,从而免除建筑物的雷害。第二种解析认为,避雷针是靠把雷雨云所带的异种电荷引导到自身上来,通过良好的接地装置,把雷电流泄入大地,保护建筑物不受雷击。至1753年富兰克林明确倾向于避雷针引雷的理论了,所以说避雷针是靠**放电消除闪电而能避雷的提法是错误的,避雷针是消除不了闪电的。

工作原理

雷雨云形成以后对大地的电压,低则几百万伏,高则数千伏甚至更高,雷雨云对大地的一次闪击放电的峰值电流平均为30KA,它的瞬时功率为109-1012W以上。由于瞬时功率很大,所以它的破坏力是相当大的。

当高空出现雷雨云的时候,大地上由于静电感应作用,必然带上与雷雨云相反的电荷,避雷针处于地面建筑物的*高处,与雷雨云的距离*近,由于它与有良好的电气连接,所以它于大地有相同的电位,使避雷针附近空间的电场强度比较大,容易吸引雷电先驱,使主放电都集中到它的上面,从而保护附近比它低的物体遭受雷击的几率大大减少。而避雷针被雷击的几率却大大的提高。避雷针不但不能避雷反而引雷,它是自身的多受雷击而保护周围免受雷击。  由于避雷针与大地有良好的电气连接,能把大地积存的电荷能量迅速传递到雷雨云层中泄放;或把雷雨云层中积存的电荷能量传递到大地中泄放,使雷击而造成的过电压时间大大的缩短,从很大程度上降低了雷击的危害性,这就是避雷针的工作原理。

但需要说明,避雷针必须有足够可靠,并且有接地电阻尽量小的引下线接地装置与其配套,否则,它不但起不到避雷的作用,反而增大雷击的损害程度。

避雷针保护范围

目前世界各国关于避雷针保护范围的计算公式在形式上各有不同,大体上有如下几种

计算方法:

1  折线法:即单一避雷针的保护范围为一折线圆锥体。

2  曲线法:即单支避雷针的保护范围为一曲线锥体。

3  直线法:是以避雷针的针尖为顶点作一俯角来确定,有爆炸危险的建筑物用45°角,对一般建筑物采用60°角,实质上保护范围为一直线圆锥体。

1983年起,我国正式制定了自己的防雷规范。目前我国建筑防雷规范GB50057-94也采纳了国际电工委员(IEC)推荐的"滚球法"作为避雷针保护范围的计算方法。

避雷针的工艺技术

由大量模拟实验和实际调查统计资料表明,避雷针的外表形状与其避雷效果无明显的关系,所以,不必过多考虑采用单针式或者其他形式造型的避雷针。

避雷针宜采用圆钢或钢管制成,其直径不应小于下列数值:

针长1m以下:  圆钢为12mm  钢管为20mm

针长1-2m  圆钢为16mm  钢管为25mm

烟囱顶上的针:  圆钢为20mm  钢管为40mm  (GB50057-94.第四章)

主动式避雷针

近来国内市场经销一种叫主动式避雷针的产品,主要有来自法国和澳大利亚的产品,据厂家称,这此产品能够随大气电场变化而吸收能量,当存储的能量达到某一程度时,便会在避雷针尖放电,**周围空气离子化,使避雷针上方形成一条人工的向上的雷电先导,它比自然的向上的雷电通道能更早的于雷雨云向下的雷电先导接触,形成主放电通道。这样,一方面可以使雷雨云靠该避雷针放电的几率增加,相当于避雷针的保护范围加大,或者相当于将避雷针加高。  避雷线

接闪器*初的形式只是富兰克林所设计的磨尖的铁棒。20世纪初,在电力系统,为了使输电线路少受雷击,采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法,在实用中,由于它简单有效,逐步得到了推广。这种架设在输电线路上方的钢线,称之为避雷线。后来在房屋建筑上也推广了这种形式,开始布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护,以后这种方式又有所改进。

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