避雷針,又名防雷針,是用來(lái)保護(hù)建筑物、高大樹木等避免雷擊的裝置。在被保護(hù)物頂端安裝一根接閃器,用符合規(guī)格導(dǎo)線與埋在地下的泄流地網(wǎng)連接起來(lái)。避雷針規(guī)格必須符合GB標(biāo)準(zhǔn),每一個(gè)防雷類別需要的避雷針高度規(guī)格都不一樣。
當(dāng)雷云放電接近地面時(shí)它使地面電場(chǎng)發(fā)生畸變。在避雷針的頂端,形成局部電場(chǎng)集中的空間,以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向,引導(dǎo)雷電向避雷針?lè)烹?,再通過(guò)接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地,從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。
典故:
唐代《炙轂子》一書在記載了這樣一件事:漢朝時(shí)柏梁殿遭到火災(zāi),一位巫師建議,將一塊魚尾形狀的銅瓦放在層頂上,就可以防止雷電所引起的天火。屋頂上所設(shè)置的魚尾開頭的瓦飾,實(shí)際上兼作避雷之用,可認(rèn)為是現(xiàn)代避雷針的雛形。而早在以前,中國(guó)已經(jīng)有了避雷針,一般以為裝飾,龍嘴里有避雷針頭。
《中國(guó)新事》
法國(guó)旅行家卡勃里歐別·戴馬甘蘭1688年所著的《中國(guó)新事》一書中記有:中國(guó)屋脊兩頭,都有一個(gè)仰起的,龍口吐出曲折的金屬舌頭,伸向天空,舌根連結(jié)一根細(xì)的鐵絲,直通地下。這種奇妙的裝置,在發(fā)生雷電的時(shí)刻就大顯神通,若雷電擊中了屋宇,電流就會(huì)從龍舌沿線睛行至地底,避免雷電擊毀建筑物。這說(shuō)明,中國(guó)古代建筑上的避雷裝置,在大批量和結(jié)構(gòu)上已和現(xiàn)代避雷針基本相似。
簡(jiǎn)介:
避雷針是以前的叫法,在中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中,已經(jīng)放棄了這一稱呼,而代之以‘接閃桿’。接閃桿與接閃帶、接閃線、接閃網(wǎng)、用以接閃的金屬屋面、金屬構(gòu)件等,統(tǒng)稱為接閃器;接閃器和引下線、接地裝置共同組成了建筑物或構(gòu)筑物的外部防雷裝置,用以避免或減少閃電擊中建筑物(構(gòu)筑物)上或其附近造成的物理?yè)p害和人身傷亡。
之所以將避雷針改名為接閃桿,是因?yàn)橐郧暗拿Q不科學(xué),沒(méi)有反映出接閃桿的原理。避雷針剛剛出現(xiàn)在中國(guó)時(shí),人們以為它可以避免房屋遭受雷擊,所以稱其為避雷針。但事實(shí)上,避雷針保護(hù)建筑物的方式并不是避免房屋遭受雷擊,而是引雷上身,然后通過(guò)其引下線和接地裝置,將雷電流引入地下,從而起到保護(hù)建筑物的作用。正因?yàn)檫@個(gè)原因,也有人建議將避雷針改名為引雷針,但總的來(lái)說(shuō),還是接閃桿這個(gè)名稱zui為貼切。
安裝:
建筑物如果安裝了接閃器但是沒(méi)有接地或者接地效果不好的話,在接閃時(shí)反倒會(huì)對(duì)建筑物或其中的人員造成更大的損害,相比沒(méi)有安裝接閃器的建筑物反倒更加不安全。2007年發(fā)生在重慶開縣的雷擊事故,就是因?yàn)樵摻淌椅蓓斒怯射摻钏喟鍢?gòu)成,其中的鋼筋沒(méi)有良好接地,在打雷時(shí)發(fā)生接閃,無(wú)處泄放,從而通過(guò)教室的屋頂和墻壁對(duì)室內(nèi)人員進(jìn)行放電,造成教室里的小學(xué)生七人死亡數(shù)十人受傷的慘烈事故。
根據(jù)GB50057《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中章節(jié)5‘防雷裝置’的要求,接閃器可以用銅、鍍錫銅、鋁、鋁合金、熱浸鍍鋅鋼、不銹鋼、外表面鍍銅的鋼等各種材料制成,只要滿足其zui小截面和厚度的要求即可。也就是說(shuō),只要不是那么容易銹蝕,不至于因風(fēng)吹雨打而輕易損壞,大多數(shù)常見的金屬材料都可以用來(lái)制作接閃器。以zui常見的鐵質(zhì)接閃桿為例,GB50057要求其zui小直徑不能小于8毫米即可。
從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō),市場(chǎng)上絕大多數(shù)建筑鋼筋,只要其直徑大于8毫米,都可以用來(lái)制作避雷針,只需在安裝上去以后在其表面涂刷一到兩層防銹漆即可,其價(jià)格非常低廉。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō),避雷針是沒(méi)有品牌的,因?yàn)楸芾揍樦皇墙娱W器中的一個(gè)小類,而任何金屬構(gòu)件都可以用來(lái)做接閃器。只強(qiáng)調(diào)避雷針的作用,強(qiáng)調(diào)品牌的避雷針,而忽視了其它接閃器的共同接閃作用,忽視了接閃器脫離了引下線和接地裝置就不能發(fā)揮作用的客觀事實(shí),這種觀念是有害的,需要加以糾正。
需要注意的是,市場(chǎng)上有各種各樣所謂的避雷針,大都以‘預(yù)放電’或者‘提前放電’作為其賣點(diǎn),大都是從國(guó)外進(jìn)口來(lái)的所謂‘特殊避雷針’,其所宣稱的保護(hù)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)按照滾球法的原理所計(jì)算的保護(hù)范圍,其價(jià)格非常昂貴,動(dòng)輒幾萬(wàn)元一根。這些避雷針的所謂科學(xué)原理,在中國(guó)大陸到目前為止尚未得到認(rèn)可,其防雷效果也沒(méi)有得到實(shí)踐的認(rèn)可。在建筑物上即使安裝了這樣的避雷針,在防雷驗(yàn)收時(shí),還是要按照傳統(tǒng)的滾球法的原理進(jìn)行計(jì)算,花高價(jià)購(gòu)買了這樣的避雷針的客戶,要提防這方面的風(fēng)險(xiǎn)。
因此,與其花高價(jià)購(gòu)買這樣的所謂特殊避雷針來(lái)保護(hù)建筑物,還不如按照滾球法的科學(xué)原理,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)勘察,精心設(shè)計(jì)、計(jì)算和校驗(yàn),老老實(shí)實(shí)按照國(guó)家規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工,用普通的避雷針、避雷帶等接閃器,把該防護(hù)的地方都做到位,這樣就能達(dá)到既安全可靠又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的目的。
所謂滾球法,是假設(shè)以一定半徑(根據(jù)建筑物防護(hù)等級(jí)的不同,100米、60米、45米、30米不等)的球體,沿建筑物的外表面滾動(dòng),當(dāng)球體只觸及接閃器和地面,而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí),該部位就得到接閃器的保護(hù)。通俗地說(shuō),這個(gè)球體能夠接觸到的地方就是雷能夠打到的地方,球體接觸不到的地方就處于接閃器的保護(hù)范圍之內(nèi)。
接閃器的保護(hù)范圍的計(jì)算,在GB50057《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的附錄D‘滾球法確定接閃器的保護(hù)范圍’中列出了計(jì)算單支接閃桿(避雷針)、兩支等高接閃桿、兩支不等高接閃桿、成矩形布置的四支等高接閃桿、單根接閃線(接閃帶、避雷帶)、兩根等高接閃線的保護(hù)范圍的保護(hù)范圍的計(jì)算方法,并繪制了相關(guān)示意圖。
對(duì)于廣大的雷電防護(hù)行業(yè)的技術(shù)人員,按照GB50057給出的方法,可以用手工的方式對(duì)一些簡(jiǎn)單的情況進(jìn)行計(jì)算,但是在日常工作中,經(jīng)常遇到遠(yuǎn)比規(guī)范上列出的案例復(fù)雜得多的現(xiàn)場(chǎng)情況,比如:多支不等高的且不以規(guī)則方式布置的接閃桿、不等高的接閃線、接閃桿和接閃線的聯(lián)合的保護(hù)范圍,對(duì)這些復(fù)雜情況的計(jì)算,以手工方式是根本無(wú)法進(jìn)行的,GB50057也沒(méi)有給出具體的計(jì)算方法。這個(gè)問(wèn)題是雷電防護(hù)行業(yè)中一個(gè)經(jīng)常會(huì)遇到的技術(shù)難題。
發(fā)明:
富蘭克林
現(xiàn)代避雷針是美國(guó)科學(xué)家富蘭克林發(fā)明的。富蘭克林認(rèn)為閃電是一種放電現(xiàn)象。為了證明這一點(diǎn),他在1752年7月的一個(gè)雷雨天,冒著被雷擊的危險(xiǎn),將一個(gè)系著長(zhǎng)長(zhǎng)金屬導(dǎo)線的風(fēng)箏放飛進(jìn)雷雨云中,在金屬線末端拴了一串銀鑰匙。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí),富蘭克林手接近鑰匙,鑰匙上迸出一串電火花。手上還有麻木感。幸虧這次傳下來(lái)的閃電比較弱,富蘭克林沒(méi)有受傷。
注意:這個(gè)試驗(yàn)是很危險(xiǎn)的,千萬(wàn)不要擅自嘗試。1753年,電學(xué)家利赫曼為了驗(yàn)證富蘭克林的實(shí)驗(yàn),不幸被雷電擊死,這是做雷電實(shí)驗(yàn)的*個(gè)犧牲者。
在成功地進(jìn)行了捕捉雷電的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)之后,富蘭克林在研究閃電與人工摩擦產(chǎn)生的電的一致性時(shí),他就從兩者的類比中作出過(guò)這樣的推測(cè):既然人工產(chǎn)生的電能被吸收,那么閃電也能被吸收。他由此設(shè)計(jì)了風(fēng)箏實(shí)驗(yàn),而風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)的成功反過(guò)來(lái)又證實(shí)了他的推測(cè)。他由此設(shè)想,若能在高物上安置一種裝置,就有可能把雷電引入地下。富蘭克林把這種避雷裝置:把一根數(shù)米長(zhǎng)的細(xì)鐵棒固定在高大建筑物的頂端,在鐵棒與建筑物之間用絕緣體隔開。然后用一根導(dǎo)線與鐵棒底端連接。再將導(dǎo)線引入地下。富蘭克林把這種避雷裝置稱為避雷針。經(jīng)過(guò)試用,果然能起避雷的作用。避雷針的發(fā)明是早期電學(xué)研究中的*個(gè)有重大應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)成果。
北美傳播
而避雷針在zui初發(fā)明與推廣應(yīng)用時(shí),教會(huì)曾把它視為不祥之物,說(shuō)是裝上了富蘭克林的這種東西,不但不能避雷,反而會(huì)引起上帝的震怒而遭到雷擊,但是,在費(fèi)城等地,拒絕安置避雷針的一些高大教堂在大雷雨中相繼遭受雷擊。而比教堂更高的建筑物由于已裝上避雷針,在大雷雨中卻安然無(wú)恙。
由于避雷針已在費(fèi)城等地初顯神威,它立即傳到北美各地,隨后又傳入歐洲后來(lái)才進(jìn)入亞洲。
傳入法國(guó)
避雷針傳入法國(guó)后,法國(guó)*科學(xué)院院長(zhǎng)諾雷等人開始反對(duì)使用避雷針,后來(lái)又認(rèn)為圓頭避雷針比富蘭克林的尖頭避雷針好。但法國(guó)人仍然選用富蘭克林的尖頭避雷針。據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)的法國(guó)人把富蘭克林看作是蘇格拉底的化身。富蘭克林成了人們崇拜的偶像。他的肖像被人們珍藏在枕頭下面,而仿照避雷針式樣的尖頂帽成了1778年巴黎zui摩登的帽子。
傳入英國(guó)
避雷針傳入英國(guó)后,英國(guó)人也曾廣泛采用了富蘭克林的尖頭避雷針。但美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后,富蘭克林的尖頭避雷針在英國(guó)人眼中似乎成了將要誕生的美國(guó)的象征。據(jù)說(shuō)英國(guó)當(dāng)時(shí)的國(guó)王喬治二世出于反對(duì)美國(guó)革命的盛怒,曾下令把英國(guó)全部后家建筑物上的避雷針的尖頭統(tǒng)統(tǒng)換成圓頭,以示與作為美國(guó)象征的尖頭避雷針勢(shì)不兩立,這真是避雷針應(yīng)用*一件有趣的事情。
種類:
直擊雷避雷針/特殊避雷針/提前預(yù)放電避雷針
直擊雷
適用于石化倉(cāng)庫(kù)、廣播電視、加油站、建筑大樓、信標(biāo)臺(tái),通信基站、氣象臺(tái)、軍事基地、雷達(dá)機(jī)房、銀行大樓
特殊
適用于較高的建筑大樓微波通訊站、雷達(dá)基站、信標(biāo)臺(tái),通信基站、軍事基地、雷達(dá)機(jī)房、銀行大樓、天文氣象臺(tái)等重要場(chǎng)所。
預(yù)放電
當(dāng)避雷針截受雷擊時(shí),由接閃體接閃,通過(guò)雷電波形處理裝置,利用外殼與中心接地桿之間有3mm間隙,構(gòu)成耦合電容,同時(shí)外殼通過(guò)一個(gè)電感線圈接地(中心接地桿)當(dāng)下行先導(dǎo)接近接閃器時(shí),由于頻率*,電感呈開路狀態(tài),電容對(duì)高頻呈現(xiàn)短路特性,因此耦合電容作用下,接閃器表面電場(chǎng)強(qiáng)度迅速增加,直至觸發(fā)雪崩過(guò)程,從而能在頃刻間將雷電流泄放入地,以至有效的達(dá)到防雷害保安全的目的。
避雷針/防雷針/接閃桿/接閃器