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按我國統(tǒng)計的雷電流幅值較大約為300 kA,其對應的雷擊高度為408 m。取雷擊定位高度為400m,可得出不同高度避雷針的保護區(qū)和散擊區(qū)的地表半徑見表1。我國舊式民房一般高度在10 m以下,避雷帶和避雷網(wǎng)的高度與房高相同,安裝的短針防雷其高度為1~2 m,它們引起的散擊現(xiàn)象不明顯;高聳建筑物和高架避雷針引雷招致雷擊率和存在散擊區(qū)。避雷針剛剛出現(xiàn)在中國時,人們以為它可以避免房屋遭受雷擊,所以稱其為避雷針。我雷學者歷來不主張用高架避雷針保護建筑物,主張用屋頂短針和避雷帶防雷就是考慮了既能發(fā)揮它的引雷作用,又避免增加散雷區(qū)。
避雷針由接閃器、接地引下線和接地體 3部分組成。接閃器通常采用直徑為 15~20mm、長度為1~2m的圓鋼或鋼管,固定于支柱上端經(jīng)接地引下線與接地體連接。當雷云對地放電通道發(fā)展到臨近地面時,由于避雷針突出地面并有良好接地,在針尖附近的電場強度提高,聚積相反極性的電荷,引導放電。從這個意義上來說,避雷針是沒有品牌的,因為避雷針只是接閃器中的一個小類,而任何金屬構(gòu)件都可以用來做接閃器。進而防止建筑物或儀器蓄積過多電荷而遭受雷擊。一般來講,雷電并不會直接擊中避雷針,而避雷針本身如果被閃中也有著融化及炸的危險。
據(jù)《后漢書》里,一次當時的重要宮殿未央宮和柏梁臺遭雷電發(fā)生火災不久,就有一位名叫勇之的方士向漢武帝建議,在宮殿的屋脊上安裝“鴟魚”來防止災難。此后兩千年來,我國古建筑的屋脊上大多安裝這一類金屬瓦飾,有的是龍,有的是飛魚和雄雞,它們雖然形狀各異,卻都有尖狀物指向天空,盡管沒有引導線與地面連接,但大雨淋濕的屋檐和墻壁自然起到了連接地面的作用。接閃器通常采用直徑為15~20mm、長度為1~2m的圓鋼或鋼管,固定于支柱上端經(jīng)接地引下線與接地體連接。由于這類瓦飾高于建筑物之上,即使是猛烈地落雷,也通常只是擊毀瓦飾而保留建筑物主體。
在雷雨天氣,高樓上空出現(xiàn)帶電云層時,避雷針和高樓頂部都被感應上大量電荷,由于避雷針針頭是尖的,所以靜電感應時,導體總是聚集了較多的電荷。這樣,避雷針就聚集了大部分電荷。避雷針又與這些帶電云層形成了一個電容器,由于它較尖,即這個電容器的兩極板正對面積很小,電容也就很小,也就是說它所能容納的電荷很少。但事實上,避雷針保護建筑物的方式并不是避免房屋遭受雷擊,而是引雷上身,然后通過其引下線和接地裝置,將雷電流引入地下,從而起到保護建筑物的作用。而它又聚集了大部分電荷,所以,當云層上電荷較多時,避雷針與云層之間的空氣就很容易被擊穿,成為導體。這樣,帶電云層與避雷針形成通路,而避雷針又是接地的,避雷針就可以把云層上的電荷導入大地,使其不對高層建筑構(gòu)成危險,保證了它的安全。