各种避雷针的构造及其防雷功用

2017-06-01 21:14分类：电工安全知识阅读：

十几年来中国防雷专家一贯在进行“消雷器”、“排雷器”和“限流避雷针”的研讨和议论，推动了中国防雷作业的翻开和行进。其间关于用辩证唯物论的思维剖析避雷针的防雷功用，现在有了较为充沛的实验和理论根底。概括国表里防雷专家的研讨作用，笔者妄图提出一个开端概论，与同行商讨，如有过错和不妥的本地等候咱们批评纠正。
1　避雷针的引雷功用
　　避雷针的防雷作用是它能把闪电从维护物上方引向自个并安全地通过自个泄入大地，因而，其引雷功用和泄流功用是至关首要的。避雷针的引雷功用已有实验和理论剖析如下：
　　一个竖立在平地的避雷针其引雷空域如图1所示［1］。其间简化包络线是一条抛物线，此线即为在正、负雷雨云下该避雷针的50％击针击地均匀分鸿沟。图中小圈为空中各点实验放电核算数据，标明仿照实验下行先导的针尖方位，黑圈标明百分之百击针，白圈标明百分之百击地，对错参半标明50％击针及击地。

　　
　　雷击避雷针和地的放电强度与雷电极的极性有关：当雷的极性为正时，雷对避雷针的放电强度高于雷对地；当雷的极性为负时，雷对避雷针的放电强度略低于雷对地。所以在相同电压下雷电极对针的放电间隔R与雷电极对地的放电间隔H是纷歧样的。依据漫空位放电的实验数据大致有：
雷电极为负、地为正时，k＝R／H＝1．1；
雷电极为正、地为负时，k＝R／H＝0．8～0．9，
　　图2为雷击针地分界面的理论剖析图，据此能够求出雷击避雷针和地的理论分鸿沟。
　　图中L为避雷针尖，其高度为h，P为雷电极头部，其对地高度为H，E为雷电极正下方的投影点，L、P之间的间隔为R。当P点坚持k等于某一常数在图面上运动时，其运动轨道即是雷击避雷针和地的理论分鸿沟。分鸿沟以y轴为基地旋转即是立体的分界面。分界面内为雷击避雷针的空域，分界面以外为雷击大地的空域，分界面邻近引下的雷击地上为散击区。

　　
　　分鸿沟有3种：k＝0．9状况下其分鸿沟为一椭圆；k＝1．1状况下其分鸿沟为一双曲线；k＝1状况下其分鸿沟为一抛物线，后者为通常剖析避雷针接闪功用的理论根底，它是正负雷击状况的均匀数。图2的剖析作用与图1的实验作用是相一同的。
　　联络避雷针的引雷空域再剖析避雷针的维护计划疑问，取k＝1的状况可得避雷针的维护作用，见图3。

　　图3中O1 L为避雷针，K为其高度的中点；MO2为被维护物，N为其高度的中点。假定雷击间隔为hr，雷电先导端头坐落P，PK（实线）为避雷针的引雷分鸿沟，PN（虚线）为被维护物的引雷分鸿沟，它的上部空域都在避雷针的引雷分鸿沟以内。因而，距地上高度大于hr的雷击将被引向避雷针，被维护物MO2将免于雷击，这种景象称为截击效应；但当雷电先导从低于hr的右侧袭来时，避雷针将起不到维护作用，这称为对被维护物的侧击。所以以P点为圆心，以hr为半径作圆，此圆从避雷针极点L经M地上O3点，它以下的有些即是雷击间隔为hr时避雷针的维护计划。这一剖析作用与按电气几许理论（EGM）滚球法推出的作用是一同的。
　　EGM理论以为，雷电先导首要进入哪一物体的雷击间隔就对那一物体放电，雷击间隔是雷电流的函数［2］：
hr＝10I0．65 （1）
式中　hr为雷击间隔，m；I为雷电流幅值，kA。
　　美国R．H．Lee主张以10 kA作为通常修建物的临界电流Ic，小于这个雷电流幅值时不会构成雷击事端，其对应的临界雷击半径hrc为45 m。这一观念把被维护物的耐雷水平与避雷针的维护率联络起来。中国防雷规范GB50057－94《修建物防雷计划规范》规矩三类防雷修建物的避雷针维护计划按hrc为60 m画定。作业履历标明这一规矩契合中国通用修建物的防雷恳求。
　　这些年一些专家对EGM理论又做了批改，称为先导传达模型理论（LPM）。该理论以为断定雷击点除了思考雷击间隔外需求思考迎面先导和下行先导的相对运动。必定几许形状和高度的地物能否被必定雷电流幅值的雷电击中，可用招引半径Ra来表述。Ra不只仅雷电流的函数，也是地物高度的函数，并和地物的几许形状有关。由于纷歧样形状和高度的地物，在同一雷电流的下行先导作用下感应的电场强度纷歧样。
　　
Ra（I，h）＝2．83I0．63h0．40 （2）
式中　Ra为招引半径，m；I为雷电流幅值，kA；h为针状物高度，m。
　　剖析作用指出：当临界半径hrc大于避雷针高度h时，EGM所得维护半径比LPM要小，但不显着；当临界半径hrc小于针高h时，EGM所得维护半径比LPM要小很多，某些状况下甚致小50％分配；当针高h＞hrc时，EGM以为高出临界半径的针体有些没有维护计划，而LPM理论则以为维护半径随针体高度的添加而添加。
　　依据对塔形修建物招引雷击次数随其高度添加而改动的观测以及漫空位放电棒对棒的实验作用都证实，避雷针的引雷才调随其高度的添加而增强，但添加的速度是变缓的。这对LPM的定论给予了支撑，可见EGM滚球法未思考招引才调随高度改动是其维护计划偏小的要素。从理论视点看，滚球法是一种偏于保存、偏于严峻的办法，它能对避雷针的维护区给出直观的物理图象。
　　思考迎面先导和下行先导的相对运动可得出避雷针的引雷空域，见图4。图中

　　hr＝vzhT＋vxiaT （3）
式中　hr为雷击间隔，即雷击半径，m；vzh为地物或避雷针上迎面先导的翻开速度，m／s；vxia为地闪下行先导的翻开速度，m／s；T为大气空位的放电时延，s。
参阅图3可得到LPM理论的悉数定论。
　　避雷针的上部有一段或许本身遭受侧向雷击的空间，称为对针杆侧击区；高架避雷针的引雷才调强，当侧方袭来的下行雷电先导被避雷针引近而未能在针端接闪时，会呈现闪电击中避雷针邻近地上的状况，使得高架避雷针邻近的地上落雷密度较该处均匀落雷密度大，该地上称为散击区。耸立的修建物和高架避雷针邻近地上呈现散击区，远离避雷针的本地雷击率不受避雷针的影响，称为正常区。避雷针周围空间侧击区、地上的维护区、地上的散击区和正常区见图5所示。