接闪器与建筑物外部防雷保护

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1、第二章接闪器保护原理与建筑物外部防雷南京信息工程大学大气物理学院肖稳安Tel：13605180353E-mail：xiaowenan@nusit.edu.cn1751年富兰克林出版了著作《电的实验与观察》，指出：“关于尖端的功能的知识，可以为人们利用来保护房屋、教堂、船等避免闪电袭击，其方法是在这些物体的最高顶上固定一支更高的镀金的磨尖铁棒，在其下端接一导线挂在建筑物外通到地下，对于船则是通到水中”。该书出版后，在欧洲大陆迅速流传，产生很大影响，不少人照他的见解进行实验。我国建筑物防雷规范GB50057—9

2、4规定建筑物外部防雷主要方法是在建筑物顶部安装接闪器（避雷针、线、带、网），通过引下线与埋在地下的接地体连接，将雷电流泄流入地，避免被保护物体遭受雷击，从而达到保护的目的；除此而外，还可用等电位连接来均衡电压、合理布设引导雷电流等方法。第一节接闪器避雷针防雷，亦称富兰克林法，一种最古老、最传统的防雷方法。这种避雷装置包括安装在建筑物最高点（也可以独立设置）的接闪器（即金属杆避雷针）、引下线及接地装置。《中国大百科全书》定义避雷针：“将雷电引向自身并泄入大地使被保护物免遭直接雷击的针形防雷装置”。避雷针实际上

3、是“雷电拦截”。IEC定义：装在建筑物上，将雷电流释放到大地中去的金属棒或金属条。在GB50057—94中说明：避雷针、避雷带(线)、避雷网是直接接受雷击的，统称为接闪器。第二节避雷针的防雷保护一.避雷针接闪避雷针的针状是直接承受雷电的部分，当带电的雷云出现在地面上空时，由于静电感应作用，大地及避雷针上将出现与雷云电荷极性相反的电荷。先导向下的发展是随机取向的，当阶梯式先导向下发展到邻近地面，在接闪器的顶端处电场将发生畸变，出现局部集中的高电场区，如图中曲线示出的等电位线。接闪器的顶端处的电场强度明显高于其

4、它地方，这就为先导向接闪器发展创造了十分有利的件，容易地将先导吸引到接闪器上，使雷击点出现在接闪器的顶端，而不致出现在其下面的被保护物体上。避雷针接闪器顶端处的电场畸变①雷击点处热量现代建筑、高层、金属结构，兼作防雷装置，引导雷电流。雷电流作用，对金属物体的破坏作用必须考虑，雷击金属物时，雷电放电通道直接与金属物接触，在雷击点产生的热量可通过在雷电流持续时间内的积分来计算，即式中W—热量，J；UAR—金属物体上雷击点处电弧压降，其经验值取为20～30V；i—从雷击点注入金属物体的雷电流，A。二.避雷针做接闪

5、器的要求②雷击点处的温度升高由于雷电流的作用时间很短，在计算雷击点处的温度升高以及雷电流通过金属物体所产生的温度升高时，均可忽略散热的影响，于是温升可表示为：式中ΔT—温升，℃；m—金属物体质量，㎏；λ—比热，J/㎏·℃）。雷击点的热量与避雷针接闪器最小直径要求：当温升值过高时，就会造成金属的熔化，用避雷针做接闪器，不能被熔化毁坏。由试验和理论计算，可估计出注入单位电荷作用下几种常用金属的熔化体积当量为：铝：12mm3/c；铜：5.4mm3/c；钢：4.4mm3/c。避雷针接闪器宜采用圆钢或焊接钢管制成，为

6、了保证足够的雷电流通流量，其直径应不小于下表给出的数值。接闪器顶端的针尖应做成圆锥状，具有较大的尖度，且应光滑。避雷针接闪器最小直径针型直径圆钢(mm）钢管(mm）针长1m以下1220针长1—2m1625烟囱顶上的针2040进入建筑物的各种设施的雷电流分配金属屋顶或金属罐体做接闪器时的厚度要求：金属的熔化深度：雷击点加热面积的直径取50100mm，相应的面积为19637854mm2。若已知电荷Q值，可估算金属的熔化深度。按正闪击的全部电荷的平均值（50%的概率）为80C负闪击的相应值仅为8C），则熔化深

7、度：铁：0.045~0.179mm；铜：0.055~0.22mm；铝：0.122~0.489mm；已证实，铁板遭雷击时其与雷击通道接触处由于熔化而烧穿仅当其厚度小于4mm时才可能。在建筑物遭受雷击后，雷电流会沿建筑体内各种金属导体通路流入大地，由于金属体自身存在着电阻，雷电流流过它们时也会产生热量，这种热量可表示为式中R——金属导体电阻，；i——雷电流，A。从上式还可以看出，严重的热效应还会出现在雷电流通路上有较高电阻的地方，特别是那些引流导体之间的接触不良处，在这些地方常可能产生很高的温升，使金属熔化，

8、甚至出现熔体飞溅。这种飞溅熔体产生的火花对存储易燃易爆物品的建筑物来说，是极具危害性的。避雷针的形状示意避雷针保护的疑问？中国某油库采用有十余根避雷针联合保护油罐区，结果因雷击而引起爆炸；广东某变电站内装有5根避雷针联合保护，仍遭受雷击；莫斯科537m高的电视塔，雷曾绕击塔顶下200m和300m的塔身，甚至打到离塔水平150m的地面。据报道，其附近1.5km内雷击率比莫斯科市平均雷击率高2.5～4倍。其周围不可能