常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成,即接闪器、引下线和接地体;接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。以避雷针作为接闪器的防雷电原理是:避雷针通过导线接入地下,与地面形成等电位差,利用自身的高度,使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变,开始电离并下行先导放电;避雷针在强电场作用下产生放电,形成向上先导放电;两者会合形成雷电通路,随之泻入大地,达到避雷效果。从经济观点出发,要达到万无一失也将十分浪费,因此《建筑物防雷设计规范》及其它设计规范和标准均已“减少”雷击为要求。实际上,避雷针是引雷针,可将周围的雷电引来并提前放电,将雷电电流通过自身的接地导体传向地面,避免保护对象直接遭雷击。
用了提前放电避雷针就能万无一失吗?事实上没有避雷设备是万无一失的,在保护范围内并不是没有雷击,只是雷击能量较小。从经济观点出发,要达到万无一失也将十分浪费,因此《建筑物防雷设计规范》及其它设计规范和标准均已“减少”雷击为要求。据说英国当时的国王乔治二世出于反对美国革命的盛怒,曾下令把英国全部后家建筑物上的避雷针的尖头统统换成圆头,以示与作为美国象征的尖头避雷针势不两立,这真是避雷针应用上一件有趣的事情。所以按照国家和进行设计的防雷装置,其防雷安全度也并不是。除了直击雷,高层建筑还可能受到侧击雷和感应雷的影响。
避雷针具有一定的保护作用。保护范围的计算方法是由运行经验和实验室模型试验结果确定的。所谓滚球法,是假设以一定半径(根据建筑物防护等级的不同,100米、60米、45米、30米不等)的球体,沿建筑物的外表面滚动,当球体只触及接闪器和地面,而不触及需要保护的部位时,该部位就得到接闪器的保护。工程设计中常用的方法是认为保护半径是避雷针高度的函数。据中国的规范规定,单支避雷针的保护范围是一个锥体(见图)。高度为h的避雷针,其在地面上的保护半径r=1.5h;在被保护物高度hx的水平面上,其保护半径rx为当hx≥时,rx=(h-hx)P=h0P当hx< 时, rx=(1.5h-2hx)P当h≤30m时,P=1当30≤h≤120m时,60年代以来,又提出了计算避雷针保护范围的击距法,认为保护范围还受雷电流大小的影响。但迄今为止,还没有一种为各国科学家和工程师公认的、计算保护范围的完善方法。
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