气象站16米玻璃钢避雷针--避雷针的工作原理

定义:避雷针,又名防雷针,是用来保护建筑物、高大树木等避免雷击的装置,在中国国家标准 GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》中,已用接闪器的名字取而代之。

发明历史:中国人在建筑物防雷方面的探索起步较早,如汉代的雷公柱、约 1100 年建造的湖南岳阳慈氏塔塔顶的铁链等,可看作避雷针的雏形。而现代避雷针则是由美国科学家本杰明・富兰克林在 1752 年进行风筝实验后,于 1762 年发明的。

一、工作原理

尖端放电原理:避雷针通常具有尖锐的尖顶,在雷云电场作用下,其尖端附近空气电离,形成大量空间电荷。由于导体尖端电荷密度高,会形成更强的局域电磁场,使得雷电流优先选择避雷针作为放电路径。

电场畸变原理:当雷云放电接近地面时,地面电场发生畸变,避雷针顶部形成局部电场强度畸变,诱导雷电向避雷针放电,从而避免被保护物体直接遭受雷击。

二、基本构造

接闪器:即避雷针的顶部,通常是尖锐的尖顶,多由铜、铝等金属制成,也可采用其他导电材料,用于吸引雷电。

支柱或支架:用于支撑接闪器,使其处于建筑物的高处,如屋顶或塔尖等位置,材料可以是金属或其他耐候性材料,以确保避雷针的稳定性和可靠性。

引下线:一般由导线或导体构成,与接闪器直接相连,或通过附加的导线连接,作用是将接闪器接收到的雷电流引导到接地系统。

接地系统:通常由一组导体和接地电极组成,用于将雷电的能量安全地引导到地下,进一步保护建筑物和其内部设备。

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三、分类

按工作方式分类:可分为主动式避雷针和被动式避雷针。主动式避雷针通过避雷针尖放电,促进空气离子化,进而形成主放电通道的主动放电装置,在相同安装高度下,比普通避雷针的保护半径大数倍;被动式避雷针则是基于传统的尖端放电原理,等待雷电接近时吸引雷电并引导入地。

按功能分类:有普通避雷针,适用于一般建筑,如住宅楼、厂房等;还有提前放电避雷针(ESE 避雷针),适用于高雷击风险区域,具有更大保护半径,如机场、通信基站等。

按使用材料分类:常见的有铜质避雷针、镀锌钢避雷针、铜覆钢避雷针等。在腐蚀环境中,如海边或化工厂区,多采用铜材或不锈钢等耐腐蚀材料制成的避雷针。

四、安装与维护

安装位置:应安装在建筑物的高处,如屋顶、塔尖或烟囱等,这些位置能使避雷针更容易地吸引雷电,并在建筑物周围形成一个更有利的电场。

接地要求:接地系统的设计与施工是关键,接地体通常使用垂直接地棒、水平接地带或网格接地网,材料应具有良好的导电性和耐腐蚀性,如镀锌钢、铜覆钢等。接地电阻一般应小于 10 欧姆,高雷击区域要求更低。

日常维护:需定期检查避雷针的外观是否有损坏、腐蚀等情况,检查连接部位的螺栓是否松动,引下线是否完好无损。同时,还需定期测试接地电阻值,确保其符合标准。

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