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避雷針的上部有一段可能自身遭受側(cè)向雷擊的空間,稱為對(duì)針桿側(cè)擊區(qū);高架避雷針的引雷能力強(qiáng),當(dāng)側(cè)方襲來的下行雷電先導(dǎo)被避雷針引近而未能在針端接閃時(shí),會(huì)出現(xiàn)閃中
避雷針附近地面的情況,使得高架避雷針附近的地面落雷密度較該處平均落雷密度大,該地面稱為散擊區(qū)。高聳的建筑物和高架避雷針附近地面出現(xiàn)散擊區(qū),遠(yuǎn)離避雷針的地方雷擊率不受避雷針的影響,稱為正常區(qū)。滾球法是以hR為半徑的一個(gè)球體沿需要防止擊雷的部位滾動(dòng),當(dāng)球體只觸及接閃器(包括被用作接閃器的金屬物)或只觸及接閃器和地面(包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物),而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí),則該部分就得到接閃器的保護(hù)。避雷針周圍空間側(cè)擊區(qū)、地面的保護(hù)區(qū)、地面的散擊區(qū)和正常區(qū)
單支避雷針的保護(hù)范圍在DL/T620-997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》標(biāo)準(zhǔn)中有所規(guī)定;“滾球法”是國(guó)際電工委會(huì)(IEC)推薦的接閃器保護(hù)范圍計(jì)算方法之一。我國(guó)建筑防雷規(guī)范GB50057-1994Z中也把“滾球法”強(qiáng)制作為計(jì)算避雷針保護(hù)范圍的方法。滾球法是以hR為半徑的一個(gè)球體沿需要防止擊雷的部位滾動(dòng),當(dāng)球體只觸及接閃器(包括被用作接閃器的金屬物)或只觸及接閃器和地面(包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物),而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí),則該部分就得到接閃器的保護(hù)。近幾年來,中規(guī)定的“滾球法”也開始得到行業(yè)的認(rèn)同,但在實(shí)際運(yùn)用中“滾球法”也碰到一些問題,特別是在計(jì)算天面避雷針保護(hù)范圍的時(shí)候。它是為了保護(hù)建筑的表層不被擊壞,避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用鍍鋅圓鋼或扁鋼,應(yīng)優(yōu)先選用圓鋼,其直徑不應(yīng)小于8mm,扁鋼寬度不應(yīng)小于12mm,厚度不應(yīng)小于4mm??偟膩碚f這二種算法各有特點(diǎn),一般高層建筑更多的使用“滾球法”。
據(jù)《后漢書》里,一次當(dāng)時(shí)的重要宮殿未央宮和柏梁臺(tái)遭雷電發(fā)生火災(zāi)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(zāi)難。此后兩千年來,我國(guó)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(dǎo)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。以較常見的鐵質(zhì)接閃桿為例,GB50057要求其較小直徑不能小于8毫米即可。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。
成功地進(jìn)行了捉雷電的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)之后,富蘭克林在研究閃電與人工摩擦產(chǎn)生的電的一致性時(shí),他就從兩者的類比中作出過這樣的推測(cè):既然人工產(chǎn)生的電能被吸收,那么閃電也能被吸收。他由此設(shè)計(jì)了風(fēng)箏實(shí)驗(yàn),而風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)的成功反過來又證實(shí)了他的推測(cè)。他由此設(shè)想,若能在高物上安置一種裝置,就有可能把雷電引入地下。富蘭克林把這種避雷裝置:把一根數(shù)米長(zhǎng)的細(xì)鐵棒固定在高大建筑物的頂端,在鐵棒與建筑物之間用絕緣體隔開。然后用一根導(dǎo)線與鐵棒底端連接。再將導(dǎo)線引入地下。在建筑物上即使安裝了這樣的避雷針,在防雷驗(yàn)收時(shí),還是要按照傳統(tǒng)的滾球法的原理進(jìn)行計(jì)算,花高價(jià)購(gòu)買了這樣的避雷針的客戶,要提防這方面的風(fēng)險(xiǎn)。富蘭克林把這種避雷裝置稱為避雷針。經(jīng)過試用,果然能起避雷的作用。避雷針的發(fā)明是早期電學(xué)研究中的一個(gè)有重大應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)成果。