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《避雷針及保護(hù)范圍》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、再析避雷針的保護(hù)范圍中國(guó)科學(xué)院電工研究所?馬宏達(dá)?摘要?本文討論了避雷針的感應(yīng)靜電場(chǎng)控制原理，說(shuō)明了避雷針應(yīng)用的環(huán)境性，提出了對(duì)避雷針（接閃器）的選擇和設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞?避雷針?接閃器?建筑物防雷???????筆者在“避雷針保護(hù)范圍的理論與實(shí)驗(yàn)”[1]一文中介紹了避雷針保護(hù)范圍的主要?dú)v史資料，本文重要從物理學(xué)的角度，也就是從感應(yīng)靜電場(chǎng)控制的角度討論這個(gè)問(wèn)題?？晒┓览坠ぷ髡邊⒖?，如有謬誤之處歡迎同行和讀者批評(píng)指正。?1．?避雷針是引雷針1.1為避雷針正名避雷針實(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
2、，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?，F(xiàn)在只有中國(guó)和日本仍然使用“避雷針”這個(gè)名詞；英國(guó)和美國(guó)都把它稱為“導(dǎo)電針”；俄國(guó)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(shū)《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。2.2擊
3、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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)開(kāi)始被地物感應(yīng)電場(chǎng)所歪曲，雷電先導(dǎo)向歪曲后的最大電場(chǎng)強(qiáng)度方向發(fā)展。當(dāng)下行先導(dǎo)流注行進(jìn)到雷擊
4、高度H2后，某一個(gè)或幾個(gè)地物表面電場(chǎng)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。正如文[2]所指出的，在這一過(guò)程中，地物表面的電場(chǎng)強(qiáng)度表征了該地物某處遭受雷擊危險(xiǎn)性的大小。文[2]給出了幾種典型建筑物的形式及其表面電場(chǎng)強(qiáng)度的分布計(jì)算圖，它表明建筑物邊緣的棱角處電場(chǎng)強(qiáng)度比平面處電場(chǎng)強(qiáng)度大了2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，所以那些棱角處的雷擊危險(xiǎn)性最高，這就是截?fù)糸W電的物理根據(jù)。在1958-1960年我們進(jìn)行了多種民用房屋的雷擊模擬實(shí)驗(yàn)，最初提出“民
5、用建筑簡(jiǎn)化防雷方式研究”的報(bào)告[3、4]，后來(lái)，為了與避雷針保護(hù)規(guī)范區(qū)別，改名為“建筑物防雷重點(diǎn)保護(hù)方式”[5]。這些報(bào)告與王時(shí)煦先生發(fā)現(xiàn)的北京市建筑物雷擊部位統(tǒng)計(jì)規(guī)律一致，這些規(guī)律已經(jīng)寫(xiě)入GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄二中，見(jiàn)圖1。圖1?建筑物易受雷擊的部位注：⑴平屋頂或坡度不大于1/10的屋面雷擊多發(fā)生在檐角，女兒墻和屋檐處，（a）和（b）；⑵屋面坡度大于1/10但小于1/2者雷擊多發(fā)生在屋角，屋脊，檐角和屋檐處，（c）；⑶屋面坡度不小于1/2的，雷擊多發(fā)生在屋角，屋脊和檐角處，（d）；⑷對(duì)圖
6、1（c）和（d），在屋脊有避雷帶的情況下，當(dāng)屋檐處于屋脊避雷帶的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)屋檐上可不設(shè)避雷帶。上述避雷帶設(shè)計(jì)的建議在防雷工程中應(yīng)用，經(jīng)過(guò)四十余年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明防雷效果明顯可靠?，F(xiàn)在文[2]的分析又給了我們理論上的充分根據(jù)。1.3控制論在電場(chǎng)理論中的應(yīng)用在房屋屋頂?shù)闹苓吿幏笤O(shè)避雷帶和避雷網(wǎng)的做法是由麥克斯韋（Maxwell）于1856年提出的，在德國(guó)的防雷規(guī)范中早有規(guī)定，在我國(guó)倡議推廣的是王時(shí)煦先生。從現(xiàn)代系統(tǒng)工程論的哲學(xué)思想來(lái)說(shuō)這是感應(yīng)靜電場(chǎng)控制在防雷技術(shù)中的應(yīng)用。避雷針?lè)览讘?yīng)用的也是感應(yīng)靜電場(chǎng)控制的原理，它是
7、在房屋的附近或頂部樹(shù)立避雷針，在雷雨時(shí)避雷針的上端形成超強(qiáng)感應(yīng)靜電電場(chǎng)，從而掩蓋了屋頂?shù)母袘?yīng)靜電電場(chǎng)，使閃電向避雷針發(fā)展和放電，不再對(duì)屋頂放電。我國(guó)確定避雷針保護(hù)范圍的方法有兩種：一種是折線法，用于電力系統(tǒng)的防雷；一種是滾球法，用于建筑物防雷。這兩種避雷針保護(hù)范圍的設(shè)計(jì)方法各有其使用條件，它們都是工程設(shè)計(jì)規(guī)定，都是科學(xué)的；問(wèn)題是設(shè)計(jì)人員要掌握它們的使用條件。?2．?球法是幾何模擬法2.1避雷針保護(hù)范圍的滾球法古已有之避雷針保護(hù)范圍的滾球法，又稱擊距法，是1938年由施瓦格首先提出的，他的理論基于以下假設(shè)：“避雷針
8、和避雷線的保護(hù)范圍相同，都是按照它們與雷電先導(dǎo)之間的距離判定的，即在所有電壓形式（交流、直流和脈沖波形），所有火花放電間隙形狀下，其放電電壓與擊穿距離都是線性的關(guān)系；電極形狀對(duì)擊穿電壓沒(méi)有影響，都可按照雙針間隙的放電規(guī)律估算，這些規(guī)律是從小到大線性地增長(zhǎng)的”。學(xué)過(guò)《高電壓工程學(xué)》的人都知道，施瓦格的假設(shè)是片面的，不充分的，不能絕對(duì)地看待它。兩個(gè)間隙之間的放電電壓主要決定于
