避雷针实际上是引雷针,它的保护作用是拦截闪电打在自己身上,从而使建筑物避免遭受直接雷击,它把雷电的能量沿着引下线安全地导入地中;它不能阻止雷电的行进,也不能消除雷电。现在只有中国和日本仍然使用“避雷针”这个名词;英国和美国都把它称为“导电针”;俄国称它为“接闪器”等等。由于我们祖先用的是象形文字系统,望文生义是我们的习惯,为了避免误解“避雷针”的保护原理,有人提出“要为避雷针正名”的建议。在防雷学科本科的教科书《高电压工程学》中,接受直接雷击的防雷装置称为接闪器,避雷针是接闪器的一种,是棒形的;接闪器的形式还包括:避雷带、避雷网和法拉第笼(金属箱体和罐体)等。 PTU-3.1.jpg

雷击选择性原理

接闪器是按照雷击选择性原理设计的。雷电先导放电的路径服从于统计规律,在所有可能放电的方向中,最主要的方向决定于最大电场强度。雷雨云中的电荷积集到一定密度,首先从云中某处产生空气的电离而形成下行先导流注,高空先导流注放电的方向是随机的,不受地面物体的影响。雷雨云下面的地面和地物受雷云电荷的静电感应,产生出与雷电异号的电荷,并使各地物表面的电场强度增强。当下行先导流注发展到某种高度,即所谓雷电定位高度H1处时,大气电场开始被地物感应电场所歪曲,雷电先导向歪曲后的最大电场强度方向发展。当下行先导流注行进到雷击高度H2后,某一个或几个地物表面电场强度达到了击穿空气的数值,该地物就会产生迎面先导流注,它向上发展与下行先导流注汇合,然后就产生强烈的主放电,该地物就遭到了雷击。

避雷针适合用于平原地区矮小建筑物的防雷

经验表明,在开阔的平原地区矮小建筑物(群)采用避雷针防雷是技术经济合理的,变电站的防雷如此,火工品的厂房和储备库如此,危险品仓库也是如此。这些建筑群的多支避雷针高出建筑物有几米或十几米,建筑物的高度都低于避雷针的引雷空域,所以人们无须担心其防雷安全性。这些避雷针应该用折线法判定其保护范围。

山区建筑物不宜用避雷针防雷

在雷雨云低于山头的坡地上往往产生侧向雷击,此处的建筑物应该用避雷带和避雷网防雷,譬如安徽黄山气象台,那里的雷击多发生在屋顶上的金属护栏处,屋顶上保护气象测量设备的避雷针却很少截击闪电。像这样的地理情况,建筑物的防雷就不宜采用避雷针防雷。

高层建筑物不宜用避雷针防雷

高架避雷针的保护效果比较低高度避雷针的保护效果差。避雷针的上部有一段可能自身遭受侧向雷击的空间,称为对针杆的侧击区。有人说:“避雷针高度在120m以上时,其折线法的保护范围是无效的”,我们说:“对!按《规范》避雷针高度在60m以上时,其滚球法的保护范围就已经是无效的了”。高架避雷针的引雷能力强,当侧方袭击来的下行雷电先导被避雷针引近而未能在针端接闪时,会出现闪电击中避雷针附近地面的情况,使得高架避雷针附近的地面落雷密度较该处平均落雷密度大,该地面称为雷电散击区。莫斯科市有一座537m高的电视塔,在离塔水平距离150m的地面曾遭受到雷击,在其周围1.5km内的地面落雷率比莫斯科市平均落雷率高2.5- 4倍,这种高架电视塔(避雷针)使其附近地区的房屋增大了雷击的危险程度。所以,我们不推荐在城乡的建筑物中架设避雷针保护,这些建筑物应该尽量采用避雷带和避雷网防雷,只有天线和局部突出物用短针防雷。