• 避雷針

   1

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

避雷針，又名防雷針、接閃桿，是用來(lái)保護(hù)建筑物、高大樹(shù)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)格必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)防雷類(lèi)別需要的避雷針高度規(guī)格都不一樣。 [1] 

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)烹姡偻ㄟ^(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。

• 中文名

• 避雷針

• 外文名

• lightning rod

• 別    名：防雷針

• 發(fā)明人：美國(guó)科學(xué)家富蘭克林

• 用    途：保護(hù)建筑物等避免雷擊的裝置

典故  炙轂子

唐代《炙轂子》一書(shū)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(yú)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(yú)尾開(kāi)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，一般以龍頭為裝飾，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(shū)中記有：中國(guó)屋脊兩頭，都有一個(gè)仰起的龍頭，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。

發(fā)展歷史

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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)最為貼切。

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(kāi)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，只要滿足其最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(jiàn)的金屬材料都可以用來(lái)制作接閃器。以最常見(jiàn)的鐵質(zhì)接閃桿為例，GB50057要求其最小直徑不能小于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(lèi)，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)著名品牌的避雷針，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)上有各種各樣所謂知名品牌的避雷針，大都以“預(yù)放電”或者“提前放電”作為其賣(mài)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(chēng)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(mǎi)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(mǎi)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。

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，俄國(guó)著名電學(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)的第一個(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(lèi)比中作出過(guò)這樣的推測(cè)：既然人工產(chǎn)生的電能被尖端吸收，那么閃電也能被尖端吸收。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尖端裝置，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(kāi)。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(chēng)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)研究中的第一個(gè)有重大應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)成果。

北美傳播

而避雷針在最初發(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)皇家科學(xué)院院長(zhǎng)諾雷等人開(kāi)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年巴黎最摩登的帽子。 [2] 

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)用史上一件有趣的事情。

種類(lèi)

直擊雷避雷針/特殊避雷針/提前預(yù)放電避雷針

直擊避雷針

優(yōu)化避雷針

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)，由于頻率極高，電感呈開(kāi)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。

原理

在雷雨天氣，高樓上空出現(xiàn)帶電云層時(shí)，避雷針和高樓頂部都被感應(yīng)上大量電荷，由于避雷針針頭是尖的，所以靜電感應(yīng)時(shí)，導(dǎo)體尖端總是聚集了最多的電荷。這樣，避雷針就聚集了大部分電荷。避雷針又與這些帶電云層形成了一個(gè)電容器，由于它較尖，即這個(gè)電容器的兩極板正對(duì)面積很小，電容也就很小，也就是說(shuō)它所能容納的電荷很少。而它又聚集了大部分電荷，所以，當(dāng)云層上電荷較多時(shí)，避雷針與云層之間的空氣就很容易被擊穿，成為導(dǎo)體。這樣，帶電云層與避雷針形成通路，而避雷針又是接地的，避雷針就可以把云層上的電荷導(dǎo)入大地，使其不對(duì)高層建筑構(gòu)成危險(xiǎn)，保證了它的安全。

避雷針的防雷作用是它能把閃電從保護(hù)物上方引向自己并安全地通過(guò)自己泄入大地，因此，其引雷性能和泄流性能是至關(guān)重要的。避雷針的引雷性能已有實(shí)驗(yàn)和理論分析如下：

一個(gè)豎立在平地的避雷針其中簡(jiǎn)化包絡(luò)線是一條拋物線，此線即為在正、負(fù)雷雨云下該避雷針的50%擊針擊地平均分界線。小圈為空中各點(diǎn)實(shí)驗(yàn)放電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，表示模擬實(shí)驗(yàn)下行先導(dǎo)的針尖位置，黑圈表示百分之百擊針，白圈表示百分之百擊地，黑白各半表示50%擊針及擊地。

雷擊避雷針和地的放電強(qiáng)度與雷電極的極性有關(guān)：當(dāng)雷的極性為正時(shí)，雷對(duì)避雷針的放電強(qiáng)度高于雷對(duì)地；當(dāng)雷的極性為負(fù)時(shí)，雷對(duì)避雷針的放電強(qiáng)度略低于雷對(duì)地。所以在同樣電壓下雷電極對(duì)針的放電距離R與雷電極對(duì)地的放電距離H是不同的。根據(jù)長(zhǎng)間隙放電的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大致有：

雷電極為負(fù)、地為正時(shí)，k=R/H=1.1。

雷電極為正、地為負(fù)時(shí)，k=R/H=0.8～0.9。

圖2為雷擊針地分界面的理論分析圖，據(jù)此可以求出雷擊避雷針和地的理論分界線。

圖2

圖2中L為避雷針尖，其高度為h，P為雷電極頭部，其對(duì)地高度為H，E為雷電極正下方的投影點(diǎn)，L、P之間的距離為R。當(dāng)P點(diǎn)維持k等于某一常數(shù)在圖面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡就是雷擊避雷針和地的理論分界線。分界線以y軸為中心旋轉(zhuǎn)就是立體的分界面。分界面內(nèi)為雷擊避雷針的空域，分界面以外為雷擊大地的空域，分界面附近引下的雷擊地面為散擊區(qū)。

分界線有3種：k=0.9情況下其分界線為一橢圓；k=1.1情況下其分界線為一雙曲線；k=1情況下其分界線為一拋物線，后者為一般分析避雷針接閃性能的理論基礎(chǔ)，它是正負(fù)雷擊情況的平均數(shù)。

結(jié)合避雷針的引雷空域再分析避雷針的保護(hù)范圍問(wèn)題，取k=1的情況可得避雷針的保護(hù)作用，見(jiàn)圖3。

圖3

圖3中O1L為避雷針，K為其高度的中點(diǎn)；MO2為被保護(hù)物，N為其高度的中點(diǎn)。假設(shè)雷擊距離為hr，雷電先導(dǎo)端頭位于P，PK（實(shí)線）為避雷針的引雷分界線，PN（虛線）為被保護(hù)物的引雷分界線，它的上部空域都在避雷針的引雷分界線以?xún)?nèi)。因此，距地面高度大于hr的雷擊將被引向避雷針，被保護(hù)物MO2將免于雷擊，這種現(xiàn)象稱(chēng)為截?fù)粜?yīng)；但當(dāng)雷電先導(dǎo)從低于hr的右側(cè)襲來(lái)時(shí)，避雷針將起不到保護(hù)作用，這稱(chēng)為對(duì)被保護(hù)物的側(cè)擊。所以以P點(diǎn)為圓心，以hr為半徑作圓，此圓從避雷針頂點(diǎn)L經(jīng)M地面O3點(diǎn)，它以下的部分就是雷擊距離為hr時(shí)避雷針的保護(hù)范圍。這一分析結(jié)果與按電氣幾何理論（EGM）滾球法推出的結(jié)果是一致的。

EGM理論認(rèn)為，雷電先導(dǎo)首先進(jìn)入哪一物體的雷擊距離就對(duì)那一物體放電，雷擊距離是雷電流的函數(shù)：

hr=10I0.65 （1）

式中　hr為雷擊距離，m；I為雷電流幅值，kA。

球式避雷針

美國(guó)R.H.Lee建議以10kA作為一般建筑物的臨界電流Ic，小于這個(gè)雷電流幅值時(shí)不會(huì)造成雷擊事故，其對(duì)應(yīng)的臨界雷擊半徑hrc為45m。這一觀點(diǎn)把被保護(hù)物的耐雷水平與避雷針的保護(hù)率聯(lián)系起來(lái)。我國(guó)防雷標(biāo)準(zhǔn)GB50057－94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定三類(lèi)防雷建筑物的避雷針保護(hù)范圍按hrc為60m畫(huà)定。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明這一規(guī)定符合我國(guó)通用建筑物的防雷要求。

一些學(xué)者對(duì)EGM理論又做了修正，稱(chēng)為先導(dǎo)傳播模型理論（LPM）。該理論認(rèn)為確定雷擊點(diǎn)除了考慮雷擊距離外尚需考慮迎面先導(dǎo)和下行先導(dǎo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一定幾何形狀和高度的地物能否被一定雷電流幅值的雷電擊中，可用吸引半徑Ra來(lái)表述。Ra不僅是雷電流的函數(shù)，也是地物高度的函數(shù)，并和地物的幾何形狀有關(guān)。因?yàn)椴煌螤詈透叨鹊牡匚铮谕焕纂娏鞯南滦邢葘?dǎo)作用下感應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度不同。

Ra（I，h）=2.83I0.63h0.40 （2）

式中　Ra為吸引半徑，m；I為雷電流幅值，kA；h為針狀物高度，m。

分析結(jié)果指出：當(dāng)臨界半徑hrc大于避雷針高度h時(shí)，EGM所得保護(hù)半徑比LPM要小，但不顯著；當(dāng)臨界半徑hrc小于針高h(yuǎn)時(shí)，EGM所得保護(hù)半徑比LPM要小許多，某些情況下甚致小50%左右；當(dāng)針高h(yuǎn)>hrc時(shí)，EGM認(rèn)為高出臨界半徑的針體部分沒(méi)有保護(hù)范圍，而LPM理論則認(rèn)為保護(hù)半徑隨針體高度的增加而增加。

根據(jù)對(duì)塔形建筑物吸引雷擊次數(shù)隨其高度增加而變化的觀測(cè)以及長(zhǎng)間隙放電棒對(duì)棒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明，避雷針的引雷能力隨其高度的增加而增強(qiáng)，但增加的速度是變緩的。這對(duì)LPM的結(jié)論給予了支持，可見(jiàn)EGM滾球法未考慮吸引能力隨高度變化是其保護(hù)范圍偏小的原因。從理論角度看，滾球法是一種偏于保守、偏于嚴(yán)格的方法，它能對(duì)避雷針的保護(hù)區(qū)給出直觀的物理圖像。

考慮迎面先導(dǎo)和下行先導(dǎo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可得出避雷針的引雷空域，見(jiàn)圖4。

圖4中

hr=vzhT+vxiaT （3）

式中　hr為雷擊距離，即雷擊半徑，m；vzh為地物或避雷針上迎面先導(dǎo)的發(fā)展速度，m/s；vxia為地閃下行先導(dǎo)的發(fā)展速度，m/s；T為大氣間隙的放電時(shí)延，s。

參考圖3可得到LPM理論的一切結(jié)論。

避雷針的上部有一段可能自身遭受側(cè)向雷擊的空間，稱(chēng)為對(duì)針桿側(cè)擊區(qū)；高架避雷針的引雷能力強(qiáng)，當(dāng)側(cè)方襲來(lái)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(chēng)為散擊區(qū)。高聳的建筑物和高架避雷針附近地面出現(xiàn)散擊區(qū)，遠(yuǎn)離避雷針的地方雷擊率不受避雷針的影響，稱(chēng)為正常區(qū)。避雷針周?chē)臻g側(cè)擊區(qū)、地面的保護(hù)區(qū)、地面的散擊區(qū)和正常區(qū)見(jiàn)圖5所示。

按我國(guó)統(tǒng)計(jì)的雷電流幅值最大約為300kA，其對(duì)應(yīng)的雷擊高度為408m。取雷擊定位高度為400m，可得出不同高度避雷針的保護(hù)區(qū)和散擊區(qū)的地表半徑見(jiàn)表1。我國(guó)舊式民房一般高度在10m以下，避雷帶和避雷網(wǎng)的高度與房高相同，安裝的短針?lè)览灼涓叨葹?～2m，它們引起的散擊現(xiàn)象不明顯；高聳建筑物和高架避雷針引雷招致雷擊率增高和存在散擊區(qū)。我國(guó)防雷學(xué)者歷來(lái)不主張用高架避雷針保護(hù)建筑物，主張用屋頂短針和避雷帶防雷就是考慮了既能發(fā)揮它的引雷作用，又避免增加散雷區(qū)。

保護(hù)范圍

圖6

1根避雷針的保護(hù)范圍

當(dāng)避雷針的高度h≤hr時(shí)

距地面hr處作一條平行于地面的平行線，以避雷針的針尖為圓心，hr為半徑畫(huà)弧，交水平線于A、B兩點(diǎn)，又分別以A、B兩點(diǎn)為圓心，hr為半徑，從針尖向地面畫(huà)弧。如圖6所示，則圖6中曲線就是避雷針保護(hù)范圍的邊界，保護(hù)范圍是一個(gè)對(duì)稱(chēng)的錐體。

Hr的取值

一類(lèi)防雷建筑物為30米

二類(lèi)防雷建筑物為45米

三類(lèi)防雷建筑物為60米

聯(lián)合接地

隨著防雷接地技術(shù)的成熟，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，防雷和接地是一個(gè)系統(tǒng)工程，提出了聯(lián)合接地的概念（如圖7所示）。

圖7

人們將建筑物外圍所有鋼筋全部焊接成籠狀，利用建筑物的外圍鋼筋結(jié)構(gòu)，作為雷電的引下線，建筑物鋼筋在地基處通過(guò)接地網(wǎng)與大地可靠連接，雷電通過(guò)避雷針（避雷帶、避雷網(wǎng)）引入，通過(guò)建筑外圍鋼筋入地，從而有效保護(hù)建筑物內(nèi)部，效果比單獨(dú)雷電引下線更佳。

制作

編輯 語(yǔ)音

1.所有金屬部件必須鍍鋅，操作時(shí)注意保護(hù)鍍鋅層。

2.采用鍍鋅鋼管管制作針尖，管壁厚度不得小于3mm，針尖刷錫長(zhǎng)度不得小于70mm。

3.避雷針應(yīng)垂直安裝牢固。垂直度允許偏差為3/1000。

4.焊接要求焊接應(yīng)采用搭接焊，其搭接長(zhǎng)度必須符合下列規(guī)定：

5.扁鋼為其寬度的2倍（且至少3個(gè)棱邊焊接）。

6.圓鋼為其直徑的6倍。

7.圓鋼與扁鋼連接時(shí)，其長(zhǎng)度為圓鋼直徑的6倍。

8.避雷針一般采用圓鋼或鋼管制成，其直徑不應(yīng)小于下列數(shù)值：

a獨(dú)立避雷針一般采用直徑為19mm鍍鋅圓鋼。

b屋面上的避雷針采用直徑25mm鍍鋅鋼管。c水塔頂部避雷針采用直徑25mm或40mm的鍍鋅鋼管。

d煙囪頂上避雷針采用直徑25mm鍍鋅圓鋼或直徑為40mm鍍鋅鋼管e避雷環(huán)用直徑12mm鍍鋅圓鋼或截面為100mm2鍍鋅扁鋼，其厚度應(yīng)為4mm。

避雷針宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，其直徑不應(yīng)小于下列數(shù)值：

針長(zhǎng)1m以下：圓鋼為12mm，鋼管為20mm

針長(zhǎng)1-2m：圓鋼為16mm，鋼管為25mm

煙囪頂上的針：圓鋼為20mm，鋼管為40mm

焊接處不飽滿，焊藥處理不干凈，漏刷防銹漆。應(yīng)及時(shí)予以補(bǔ)焊，將藥皮敲掉，刷上防銹漆。針體彎曲，安裝的垂直度超出允許偏差。應(yīng)將針體重新調(diào)直，符合要求后再安裝。

獨(dú)立避雷針及其接地裝置與道路或建筑物的出入口保護(hù)距離不符合規(guī)定。其距離應(yīng)大于3m，當(dāng)小于3m時(shí)，應(yīng)采取均壓措施或鋪設(shè)卵石或?yàn)r青地.

注意：

避雷針如果沒(méi)接地將是個(gè)迎雷針 ，所以必須謹(jǐn)慎。

補(bǔ)充：

避雷針的作用沒(méi)有一般人想象的那么好，建筑物是否遭雷擊有很多因素，有無(wú)避雷針只是其中一種。

很多古代的建筑物建筑在山頂上，沒(méi)有遭受雷擊，反而是附近的山谷中容易雷擊，這就是因?yàn)橥寥离娮杪什煌Ｉ缴仙笆啵寥离娮杪蚀螅簧焦戎卸嘤泻恿鳎寥乐兴执螅寥离娮杪市　?/span>

作用

編輯 語(yǔ)音

常規(guī)防雷電可分為防直擊雷電、防感應(yīng)雷電和綜合性防雷電。防直擊雷電的避雷裝置一般由三部分組成，即接閃器、引下線和接地體；接閃器又分為避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)。以避雷針作為接閃器的防雷電原理是：避雷針通過(guò)導(dǎo)線接入地下，與地面形成等電位差，利用自身的高度，使電場(chǎng)強(qiáng)度增加到極限值的雷電云電場(chǎng)發(fā)生畸變，開(kāi)始電離并下行先導(dǎo)放電；避雷針在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生尖端放電，形成向上先導(dǎo)放電；兩者會(huì)合形成雷電通路，隨之瀉入大地，達(dá)到避雷效果。實(shí)際上，避雷針是引雷針，可將周?chē)睦纂娨齺?lái)并提前放電，將雷電電流通過(guò)自身的接地導(dǎo)體傳向地面，避免保護(hù)對(duì)象直接遭雷擊。

選購(gòu)

1、合理選用避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算方法

常用避雷針（這里僅指單針）保護(hù)范圍的計(jì)算方法主要有折線法和滾球法。“折線法”的主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)直觀，計(jì)算簡(jiǎn)便，可節(jié)省投資，但不適用于高度大于20m的建筑物；“滾球法”的主要特點(diǎn)是可以計(jì)算避雷針或避雷帶與網(wǎng)格組合時(shí)的保護(hù)范圍，但計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，按此方法計(jì)算出的投資成本較大。

在這兩種計(jì)算方法中，“折線法”是比較成熟的方法，在電力系統(tǒng)又稱(chēng)“規(guī)程法”，即單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)以避雷針為軸的折線圓錐體。單支避雷針的保護(hù)范圍在DL/T620-997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》標(biāo)準(zhǔn)中有所規(guī)定；“滾球法”是國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的接閃器保護(hù)范圍計(jì)算方法之一。我國(guó)建筑防雷規(guī)范GB50057-1994中也把“滾球法”強(qiáng)制作為計(jì)算避雷針保護(hù)范圍的方法。滾球法是以hR為半徑的一個(gè)球體沿需要防止擊雷的部位滾動(dòng)，當(dāng)球體只觸及接閃器（包括被用作接閃器的金屬物）或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)，則該部分就得到接閃器的保護(hù)。近幾年來(lái)，國(guó)標(biāo)中規(guī)定的“滾球法”也開(kāi)始得到行業(yè)的認(rèn)同，但在實(shí)際運(yùn)用中“滾球法”也碰到一些問(wèn)題，特別是在計(jì)算天面避雷針保護(hù)范圍的時(shí)候。總的來(lái)說(shuō)這二種算法各有特點(diǎn)，一般高層建筑更多的使用“滾球法”。

2、用了提前放電避雷針就能萬(wàn)無(wú)一失嗎？

事實(shí)上沒(méi)有避雷設(shè)備是萬(wàn)無(wú)一失的，在保護(hù)范圍內(nèi)并不是沒(méi)有雷擊，只是雷擊能量較小。從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，要達(dá)到萬(wàn)無(wú)一失也將十分浪費(fèi)，因此《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》及其它設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)均以“減少”雷擊為要求。所以按照國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的防雷裝置，其防雷安全度也并不是100%。除了直擊雷，高層建筑還可能受到側(cè)擊雷和感應(yīng)雷的影響。

提前放電避雷針的優(yōu)點(diǎn)主要有兩個(gè)，一是它可以“提前放電”，比普通避雷針具有更好的引雷性能。二是將它的提前放電時(shí)間換算成提前放電距離后，相當(dāng)于增加了避雷針的高度，從而可以增大保護(hù)半徑。但是對(duì)于側(cè)擊雷和感應(yīng)雷依舊是沒(méi)有辦法防護(hù)的。

3、保證避雷針的泄流能力很重要

各種防雷規(guī)范均要求避雷針擁有獨(dú)立的下引接地，如此能可保證閃電電流迅速泄入大地。采購(gòu)時(shí)絕對(duì)不可聽(tīng)信一些不正規(guī)廠家的建議，把避雷針接入建筑本身的接地系統(tǒng)來(lái)節(jié)約成本。

4、選擇正規(guī)防雷廠商非常重要

避雷針其實(shí)是引雷針，所以防雷工程需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)計(jì)算，稍有不慎可能反而“引雷入室”。所以選擇避雷針供應(yīng)商時(shí)需要查看其是否具有防雷工程專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)資質(zhì)和防雷工程專(zhuān)業(yè)施工資質(zhì)。國(guó)內(nèi)避雷針市場(chǎng)魚(yú)龍混雜，一些代理國(guó)外品牌的經(jīng)銷(xiāo)商大肆宣傳自己的產(chǎn)品符合國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，其中真假難辨，建議采購(gòu)時(shí)按照國(guó)標(biāo)和IEC的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)考察產(chǎn)品。

辨析

避雷線是鐵質(zhì)的，避雷針是銅質(zhì)（也可以是銀質(zhì)的），避雷針頂端向天，避雷線連接避雷網(wǎng)埋地，避雷線連接避雷針，雷雨季節(jié)，雷電從天空從避雷針進(jìn)入避雷線直至埋地的避雷網(wǎng)，是消除雷擊保護(hù)建筑物或儀器的設(shè)施。

大都用于建筑，變壓器電線竿，機(jī)房，發(fā)射架等。

避雷線分圓截面和扁截面兩大類(lèi)型。接復(fù)層金屬包基體金屬的不同分為：鉛包鋼、鉛包銅、銅包鋼、鉛包鋼避雷線。

避雷針用于高層建筑、煙囪或油罐上。下引可用避雷線連接。避雷針由針體及安裝類(lèi)別結(jié)構(gòu)件組成。針類(lèi)采用不銹鋼；針體須用銅包鋼圓棒或鋼管為基材。

避雷帶是指沿屋脊、山墻、通風(fēng)管道以及平屋頂?shù)倪呇氐茸羁赡苁芾讚舻牡胤椒笤O(shè)的導(dǎo)線。當(dāng)屋頂面積很大時(shí)，采用避雷網(wǎng)。它是為了保護(hù)建筑的表層不被擊壞，避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用鍍鋅圓鋼或扁鋼，應(yīng)優(yōu)先選用圓鋼，其直徑不應(yīng)小于8mm，扁鋼寬度不應(yīng)小于12mm，厚度不應(yīng)小于4mm。避雷線適用于長(zhǎng)距離高壓供電線路的防雷保護(hù)。架空避雷線和避雷網(wǎng)宜采用截面積大于35mm2的鍍鋅鋼絞線。

組成

避雷針由接閃器、接地引下線和接地體3部分組成。接閃器通常采用直徑為15～20mm、長(zhǎng)度為1～2m的圓鋼或鋼管，固定于支柱上端經(jīng)接地引下線與接地體連接。

當(dāng)雷云對(duì)地放電通道發(fā)展到臨近地面時(shí)，由于避雷針尖端突出地面并有良好接地，在針尖附近的電場(chǎng)強(qiáng)度提高，聚積相反極性的電荷，引導(dǎo)放電。進(jìn)而防止建筑物或儀器蓄積過(guò)多電荷而遭受雷擊。一般來(lái)講，雷電并不會(huì)直接擊中避雷針，而避雷針本身如果被閃電擊中也有著融化及爆炸的危險(xiǎn)。 避雷針具有一定的保護(hù)作用。保護(hù)范圍的計(jì)算方法是由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)結(jié)果確定的。工程設(shè)計(jì)中常用的方法是認(rèn)為保護(hù)半徑是避雷針高度的函數(shù)。據(jù)中國(guó)的規(guī)范規(guī)定，單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)錐體。高度為h的避雷針，其在地面上的保護(hù)半徑r=1.5h；在被保護(hù)物高度hx的水平面上，其保護(hù)半徑rx為

當(dāng)hx≥時(shí) ，　rx=(h-hx)P=h0P

當(dāng)hx< 時(shí)，　rx=(1.5h-2hx)P

當(dāng)h≤30m時(shí)，　P=1

當(dāng)30≤h≤120m時(shí)，

60年代以來(lái)，又提出了計(jì)算避雷針保護(hù)范圍的擊距法，認(rèn)為保護(hù)范圍還受雷電流大小的影響。但迄今為止，還沒(méi)有一種為各國(guó)科學(xué)家和工程師公認(rèn)的、計(jì)算保護(hù)范圍的完善方法。

記載

據(jù)《后漢書(shū)》記載，一次當(dāng)時(shí)的重要宮殿未央宮和柏梁臺(tái)遭雷電襲擊發(fā)生火災(zāi)不久，就有一位名叫勇之的方士向漢武帝建議，在宮殿的屋脊上安裝“鴟魚(yú)”來(lái)防止災(zāi)難。此后兩千年來(lái)，我國(guó)古建筑的屋脊上大多安裝這一類(lèi)金屬瓦飾，有的是龍，有的是飛魚(yú)和雄雞，它們雖然形狀各異，卻都有尖狀物指向天空，盡管沒(méi)有引導(dǎo)線與地面連接，但大雨淋濕的屋檐和墻壁自然起到了連接地面的作用。由于這類(lèi)瓦飾高于建筑物之上，即使是猛烈地落地雷，也通常只是擊毀瓦飾而保留建筑物主體。

設(shè)計(jì)

圖8 GFL避雷針?biāo)?/p>

由于避雷針根據(jù)保護(hù)范圍的要求，需要一定的安裝高度，后來(lái)在此基礎(chǔ)上就有了避雷針?biāo)簿褪撬奖芾揍槪ū芾姿Ｒ?jiàn)有以下幾種規(guī)格：GFL角鋼避雷針?biāo)JT圓鋼避雷針?biāo)H鋼管桿避雷針?biāo)榷喾N形式的金屬塔，圖8所示的就是GFL系列的角鋼避雷針?biāo)?/span>

避雷針?biāo)谋Ｗo(hù)范圍還要按照滾球法來(lái)計(jì)算保護(hù)半徑和保護(hù)范圍。

設(shè)置

（1）獨(dú)立避雷針與被保護(hù)物之間應(yīng)有不小于5m距離，以免雷擊避雷針時(shí)出現(xiàn)反擊。獨(dú)立避雷針宜設(shè)獨(dú)立的接地裝置，與接地網(wǎng)間地中距離不小于3m。

（2）35kV及以下高壓配電裝置構(gòu)架及房頂上不宜裝設(shè)避雷針。裝在構(gòu)架上的避雷針應(yīng)與接地網(wǎng)相連，并裝設(shè)集中接地裝置。

（3）變壓器的門(mén)型構(gòu)架上不應(yīng)安裝避雷針。

（4）避雷針及接地裝置距道路及出口距離應(yīng)大于3m，否則應(yīng)鋪碎石或?yàn)r青面5～8cm厚，以保人身不受跨步電壓危害。

（5）嚴(yán)禁將架空照明線、電話線、廣播線、天線等裝在避雷針或構(gòu)架上。

（6）如在獨(dú)立避雷針或構(gòu)架上裝設(shè)照明燈，其電源線必須使用鉛皮電纜或穿入鋼管，并直接埋入地中長(zhǎng)度10m以上。