为什么安装避雷针的建筑物有时还会遭雷击?

为什么安装避雷针的建筑物有时还会遭雷击?
为什么安装避雷针的建筑物有时还会遭雷击?

为什么安装避雷针的建筑物有时还会遭雷击?
那就是避雷设备的导电线擦负荷了

建造房屋以蔽风雨，是人类获得安宁生活的重要进步，但是它却不能遮蔽闪电。几千年来连神庙、佛塔、教堂都累遭雷击。历史上虽不乏能工巧匠，寻求避雷之术，但一直到近代科学技术阐明雷电性质之前，人们是无法躲避雷电的危害的。今天，建筑物和各种重要设施的行之有效的避雷措施——避雷针是美国科学家富兰克林发明的。他用科学实验证明了闪电就是静电高压放电之后，避雷针防雷的技术也就有了科学的基础。200多年来人们的长期实践...

全部展开

建造房屋以蔽风雨，是人类获得安宁生活的重要进步，但是它却不能遮蔽闪电。几千年来连神庙、佛塔、教堂都累遭雷击。历史上虽不乏能工巧匠，寻求避雷之术，但一直到近代科学技术阐明雷电性质之前，人们是无法躲避雷电的危害的。今天，建筑物和各种重要设施的行之有效的避雷措施——避雷针是美国科学家富兰克林发明的。他用科学实验证明了闪电就是静电高压放电之后，避雷针防雷的技术也就有了科学的基础。200多年来人们的长期实践，进一步证明了避雷针是可靠的。
世界各地，处处可见它的踪迹。楼屋、厂房、烟囱、火箭航天器发射塔、卫星天线等的顶部高高地耸立着一根，甚至几根金属杆，那就是避雷针。
我国古建筑物中的宝塔，有些用铁链从塔顶引下，末端埋入水井中，这样的宝塔很少被雷击毁。中世纪，欧洲许多教堂的尖顶由于高耸入云端，常常是雷击的目标。但也有个别的高大建筑却能幸存下来。如有一座大教堂，以镀金的金属覆盖了教堂的圆顶，圆顶四周又竖起了一些尖头长铁棒。金属圆顶通过泄水铁管与地面的铁制下水槽相连。这些古建筑完整地保存下来。当年人们并不清楚其中的道理。只有在科学
发展之后，今天的人们才揭示出它们为什么未被雷击毁之谜。
1749 年，富兰克林在做了放风筝实验之后不久，又有了新的发现。有一次，他给一个绝缘的金属地球仪带上了静电，当一根尖形的铁棒靠近地球仪时，后者的电荷慢慢地消失了。这件事给了他启示。他想，如果用一根尖形铁棒，涂上防锈剂高高坚在风标、教堂或塔尖顶上，再用导线连接到埋在地下的金属物上，那么在雷电期间铁棒会以同样方式放电的。这样，1752年，富兰克林创制了世界上第一根避雷针。不久即在美国推广使用，随后英国从1762年，德国从1769 年也开始陆续使用了避雷针。

l 避雷针为什么能避雷呢？

有人认为。避雷针在雷雨云的感应下产生尖端放电，能中和掉雷雨云中所带的电荷，从而避免发生雷击。也有人认为，避雷针是吸引闪电电流，并把它导入地下。我们必须弄清楚哪一种说法是正确的，才能设计避雷针，有效地避免雷击。
如果避雷针的作用是前者，那么放电的尖端越多，放电中和的效果就应该越好。让我们看看实际情况。树木是导体，森林的数不清的树枝梢就如放电尖端。照理说，雷雨云飘过森林上空时，云中的电荷应该受到这么多尖端放电的电荷所中和，消雷作用应是最明显的了，但森林遭雷击的事例却屡见不鲜。美国有人在一空军基地把一个用几百个放电尖端做成的阵列装在一座360米高的天线塔上，用以保护该塔免受雷击，但在3个月之内就受到了11次雷击，其中有5次已拍下了照片。
最重要的判据还是科学的实验测定。实验测量表明，避雷针在雷雨云的电场作用下所释放的电量是微不足道的。一根避雷针的尖端放电电流一般只有几个微安，而一次中等的雷击能释放大约25－30库仑的电量。这相当于几千根避雷针在几十分钟内放电的总电量。
富兰克林在起初持第一种观点。但很快他就修改了这种见解。他指出，避雷针在雷暴期间的放电电流太小了，它的作用是把闪电引向自身，并沿着它流入大地。
避雷针的作用是“引雷”，而不是“避雷”。正确的名称应是“引雷针”，但“避雷针”这个名词是从英文译过来的，原文并没有避雷的意思，是百余年前的译者根据自己的理解所译的，一直流传至今。大家用惯了，只要认识了它的作用，延用这个名词也无妨。

l 为什么避雷针能吸引闪电？

这就要联系到静电放电现象了。闪电其实就是两个带异号电物体之间的火花放电。带电体的突出部位的尖端附近电场强度最强，空气首先在这里击穿，电流就从这里开始流通。雷雨云与大地也是一对带电体，地面的突出部分的尖端附近同样也是空气最易击穿的地方。在建筑物的最高端装上金属尖杆，显然火花放电最易在此处发生，这就是避雷针吸引闪电的道理。闪电电流要流入大地，需要导电通道，所以必须用较短导线把金属尖杆连接到接地装置上，不让闪电电流窜到建筑物的各部分去。
由上所述，避雷装置一般由接闪器、引下线和接地体三部分组成（图13.1）。避雷针只是接闪器的一种形式，此外还有避雷带、避雷网等。通常书刊中所说的避雷针，其实常常是泛指包括接闪器、引下线和接地体三者在内的整个避雷装置，而不是单指杆状的接闪器。
接闪器也叫受雷器，是吸引闪电电流的金属导体，常用的针式接闪器也就是避雷计。接闪器一般用镀锌钢筋、钢带或钢管制作，由于闪电电流通常沿导体的表面流动，因此，避雷针应有尽可能大的横截面积。针的顶端不一定呈尖形，做成圆球形、扁形均可。也不必专门做成几个叉状，它对增加吸引效果并不显著，也不经济。针必须安装牢靠，能经受住风吹。
引下线是敷设在房顶上、墙壁上或墙壁内的导线，通过它可把闪电电流引到接地体上。可用圆钢或钢带做成。它的横截面积也要尽量大些。引下线的敷设路径越短、越直越好，而且要安装在人不易接触到的隐蔽地方。在离地面约2米一段的引下线应该用插在地下的金属套管套起，以免受损。最好不要用绞线做引下线，因为它易腐蚀。还要避免引下线出现急转弯和拐角，在这些地方受闪电电流冲击易折断，最好采用弧线，并牢固固定。如果采用多根引下线分头引导电流，每两根之间的距离尽量远些。
接地体是埋设在地下的导体。它可把闪电电流泄放到大地中去。接地体常用镀锌扁铁或钢筋等做成。为了使它能与大地有较大的接触面积，可将它做成栅状或网状，埋在导电性能好的土壤中，如湿土或粘土中。深埋一般不小于0.5一0.8米。埋设接地体还应考虑避开人易通行的地点，以免行人遭到闪电电流的跨步电压之害。
避雷针对于保护建筑物是很有益的，从安全角度看，最好对所有建筑物都进行防雷。但事实上没有必要这么做。需要考虑建筑物的造价和实际效果。对于那些极少遇雷电的地方，就不必要考虑防雷问题。因此，只能根据各地区的雷电活动情况，建筑物所在地点的具体环境，建筑物本身的重要性以及物质和经济条件等因素来综合考虑是否安装避雷装置。
然而，据国外一份资料统计，低矮民房受雷击的事例还是不少的。美国每年平均有2000多户民房遭雷击。为此，对一般居民来说普及有关防雷的知识还是很必要的。

安装避雷装置，要遵守下列主要原则。避雷针必须高于一切被它保护的建筑物。装置的各部分连接要牢靠，应采用电焊或气焊，不许采用绑接和锡焊。屋顶的金属部分、煤气管、水管和其他一切金属物体都应与引下线相连接，并且要加焊。避雷装置还要注意与建筑物的内、外电气线路远离，以免发生火花放电。如果避雷装置接地不好或安装不合规格，那么被它吸引的闪电电流就可能流窜到建筑物的其他部分。从而造成破坏。

l 避雷装置能保护多大范围内的建筑物？

1777 年5月15日那天，伦敦附近普夫里特镇上的一座火药库因雷击而轻微受损。这座库房的避雷装置是由包括富兰克林在内的几位科学家设计的。出事之后，检查发现避雷装置完好无缺。这是他们第一次观察到避雷针保护范围的局限性。1979年，法国一位科学家首先提出了避雷针的保护范围问题。后来不少人继续进行实验研究，提出了避雷针可以保护一个圆锥形空间内的建筑物。圆锥的高就是避雷针尖端到地面的距离H（图13.2），圆锥底面半径等于避雷针高度的1—1.5倍。以上指单根避雷针而言，单根避雷针只能保护像烟囱、小楼等占地面积不大的建筑物。对于占地面积较大的建筑物应采取多根避雷针组成的避雷针群（图13.3），它们的保护范围是每根避雷针保护空间的总和。
在高空输电线路中，采用避雷线或叫架空地线来防雷。它是一条或两条平行悬挂在高压线上空的接地良好的钢导线。避雷线的保护范围类似一个以它作为屋脊的人形帐篷内的空间，图13.4表示高压输电线的避雷线。

l 天空雷电活动多的地区，其上的建筑物是不是易受雷击？

这不能一概而论，还要看该地区的地形、土壤条件和周围环境等因素。我们曾说过，雷击是有选择性的。从地质条件看，土壤电阻率小的地方，如特别潮湿的河床、池沼、苇塘、含有导电物质的金属矿床等地区上的建筑物易受雷击。还有，在土壤电阻率发生突变的地点，如岩石与土壤交界处。稻田与山坡交界线等地点上的建筑物也易遭雷击。从地形上看，高耸突出的建筑物和空旷地带上的孤立建筑物以及靠山临水地点的建筑物都易遭雷击。还有铁路枢纽和终端。架空线路转角处等地点的建筑物也是雷击的重点目标。所以说，设计和安装避雷装置要根据建筑物所在地的地形、地貌特点，建筑物的性质和使用条件来具体分析，合理设计，以达安全适用。
雷电对高层建筑物有时发生侧击和绕击现象，如莫斯科附近的一座高537米的电视塔。在4年半的雷雨季节曾遭到143次雷击，大部分雷击打在塔顶下方20一36米以上的塔体，有两次是打在塔顶下方200和300米处。因此，在近代高大建筑物的防雷问题中必须考虑这一现象。

l 避雷外发明200多年来有没有新的发展呢？

有！这些发展是与近代高层建筑的发展密切相关的。
第一个遇到的问题是：是不是雷电一定袭击建筑物的最高端？实际上不一定。我们在静电击穿现象中说空气是不导电的，实际情况不完全如此。有各种原因（后面还会讨论此事）会使大气中出现导电的粒子，因此大气发生击穿的途径就与这些导电因素有关。闪电的通道和落雪地点常带有随机性，而且现代建筑物内有各种电气设备和其他金属设备，它们会产生电场，这都影响着闪电的袭击位置，因此，在近代高大建筑物的防雷问题中必须考虑这个问题。
第二个问题是：近代建筑普遍采用钢筋混凝土结构，能否利用它防雷以减少建筑防雷的经费呢？为此。我们需要介绍一些静电学中关于等电位面和静电屏蔽的知识。我们知道，一个金属导体靠近一个带电体时，该金属表面必感应出电荷，电荷的分布总是使导体外部的电场终止于导体外表面，整个导体表面处处电位相同。导体内部如果挖空了，情况也不变。这样在这个金属壳内的物体可以说是被外壳屏蔽了，不受外界电场的作用。把金属壳换成金属网，其效应相同，同越密屏蔽效果就越好。这个金属同组成了一个等位面，它对外面的电场起了静电屏蔽作用。可以做一些实验来证明这个原理。把一个验电器用金属网罩起来，不论外面放一个对地有多高电位差的带电体，验电器毫无动作。把金属网一取走，验电器立刻显示高电压。这就使我们想出避雷的妙法，在雷电交加时，人躲入汽车内是绝对不会受雷击的，既使雷击汽车外壳，里面的人仍安然无恙。
根据以上道理，现代建筑就采用一种新的既经济又安全的防雷设施，称之为“暗装笼式避雷网”。把建筑物中的金属结构钢筋连成一整体，构成一个大型金属网笼。如果建筑物遇到雷击，由于它已构成了等电位面，其内部的人和设备不会有危险。这种笼式避雷网既起屏蔽作用，又充当引下线，是一种更加经济、美观和安全的防雷方式。你到大街上转一转，可看到很多新楼的屋顶上不再有高耸的金属杆和引下线了，那就是因为它们已用上笼式避雷网了。屋顶的各种金属物都用导体连到笼式避雷网上。在屋顶四周还应布设一条金属带，称避雷带，把它与避雷网接上。

l安装了避雷装置的建筑物是否就万无一失不遭雷击了呢？

那不一定。有些高大建筑物虽安装了避雷装置，但因接地线断裂等原因而“有形无用”了。例如，1987 年5月31日湖北省武当山金顶遭雷击，原因是金顶上的避雷针接地导线在建设施工时被折断，事后没有检查和修复。又如，1985年上海市龙华寺遭雷击，弥勒殿的屋顶被削去一角。龙华寺是装了避雷针的，又未受损，为什么还会遭雷击？据分析，原来是弥勒殿不在其上的避雷针的有效保护范围之内。可见要确保避雷装置发挥效能，就要正确设计、正确安装，还要经常保养，使它经常处于良好状态，这样一般就可免受雷害了。这里我们对读者提出一个忠告：一定要重视科学，不要轻视避雷技术各种环节的科学原理。更不可自以为是地自行安装避雷针，那是危险的，弄不好，反而会“引雷入室”，反倒遭了雷击灾祸，这种事例不少。科学是马虎不得的，对雷电不能存侥幸心里。

收起

安装了避雷针并不是说就一定能高枕无忧了,因为
1)避雷针也有一定的保护范围
也就是说当某一个建筑物不在它的保护范围内时,不能起到保护作用
2)避雷针不起作用
避雷针是通过很粗的钢索连到地下的.假如钢索被弄断,那么,避雷针就不能发挥作用了...

全部展开

安装了避雷针并不是说就一定能高枕无忧了,因为
1)避雷针也有一定的保护范围
也就是说当某一个建筑物不在它的保护范围内时,不能起到保护作用
2)避雷针不起作用
避雷针是通过很粗的钢索连到地下的.假如钢索被弄断,那么,避雷针就不能发挥作用了

收起