日本人妻永久视频网站_午夜免费看无码福利专区_免费一级无码婬片aa片_高清无码第一页一区二区

      1　避雷針的引雷性能

　　避雷針的防雷作用是它能把閃電從保護(hù)物上方引向自己并安全地通過自己泄入大地，因此，其引雷性能和泄流性能是至關(guān)重要的。避雷針的引雷性能已有實驗和理論分析如下：

　　一個豎立在平地的避雷針其引雷空域如圖1所示^［1］。其中簡化包絡(luò)線是一條拋物線，此線即為在正、負(fù)雷雨云下該避雷針的50％擊針擊地平均分界線。圖中小圈為空中各點實驗放電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，表示模擬實驗下行先導(dǎo)的針尖位置，黑圈表示百分之百擊針，白圈表示百分之百擊地，黑白各半表示50％擊針及擊地。

雷擊避雷針和地的放電強度與雷電極的極性有關(guān)：當(dāng)雷的極性為正時，雷對避雷針的放電強度高于雷對地；當(dāng)雷的極性為負(fù)時，雷對避雷針的放電強度略低于雷對地。所以在同樣電壓下雷電極對針的放電距離R與雷電極對地的放電距離H是不同的。根據(jù)長間隙放電的實驗數(shù)據(jù)大致有：

雷電極為負(fù)、地為正時，k＝R／H＝1．1；

雷電極為正、地為負(fù)時，k＝R／H＝0．8～0．9，

　　圖2為雷擊針地分界面的理論分析圖，據(jù)此可以求出雷擊避雷針和地的理論分界線。

　　圖中L為避雷針尖，其高度為h，P為雷電極頭部，其對地高度為H，E為雷電極正下方的投影點，L、P之間的距離為R。當(dāng)P點維持k等于某一常數(shù)在圖面上運動時，其運動軌跡就是雷擊避雷針和地的理論分界線。分界線以y軸為中心旋轉(zhuǎn)就是立體的分界面。分界面內(nèi)為雷擊避雷針的空域，分界面以外為雷擊大地的空域，分界面附近引下的雷擊地面為散擊區(qū)。

分界線有3種：k＝0．9情況下其分界線為一橢圓；k＝1．1情況下其分界線為一雙曲線；k＝1情況下其分界線為一拋物線，后者為一般分析避雷針接閃性能的理論基礎(chǔ)，它是正負(fù)雷擊情況的平均數(shù)。圖2的分析結(jié)果與圖1的實驗結(jié)果是相一致的。
　　結(jié)合避雷針的引雷空域再分析避雷針的保護(hù)范圍問題，取k＝1的情況可得避雷針的保護(hù)作用，見圖3。

圖3中O₁ L為避雷針，K為其高度的中點；MO₂為被保護(hù)物，N為其高度的中點。假設(shè)雷擊距離為h_r，雷電先導(dǎo)端頭位于P，PK（實線）為避雷針的引雷分界線，PN（虛線）為被保護(hù)物的引雷分界線，它的上部空域都在避雷針的引雷分界線以內(nèi)。因此，距地面高度大于h_r的雷擊將被引向避雷針，被保護(hù)物MO₂將免于雷擊，這種現(xiàn)象稱為截?fù)粜?yīng)；但當(dāng)雷電先導(dǎo)從低于h_r的右側(cè)襲來時，避雷針將起不到保護(hù)作用，這稱為對被保護(hù)物的側(cè)擊。所以以P點為圓心，以h_r為半徑作圓，此圓從避雷針頂點L經(jīng)M地面O₃點，它以下的部分就是雷擊距離為h_r時避雷針的保護(hù)范圍。這一分析結(jié)果與按電氣幾何理論（EGM）滾球法推出的結(jié)果是一致的。
　　EGM理論認(rèn)為，雷電先導(dǎo)首先進(jìn)入哪一物體的雷擊距離就對那一物體放電，雷擊距離是雷電流的函數(shù)^［2］：

式中　h_r為雷擊距離，m；I為雷電流幅值，kA。
　　美國R．H．Lee建議以10 kA作為一般建筑物的臨界電流I_c，小于這個雷電流幅值時不會造成雷擊事故，其對應(yīng)的臨界雷擊半徑h_rc為45 m。這一觀點把被保護(hù)物的耐雷水平與避雷針的保護(hù)率聯(lián)系起來。我國防雷標(biāo)準(zhǔn)GB50057－94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定三類防雷建筑物的避雷針保護(hù)范圍按h_rc為60 m畫定。運行經(jīng)驗表明這一規(guī)定符合我國通用建筑物的防雷要求。
　　近年來一些學(xué)者對EGM理論又做了修正，稱為先導(dǎo)傳播模型理論（LPM）。該理論認(rèn)為確定雷擊點除了考慮雷擊距離外尚需考慮迎面先導(dǎo)和下行先導(dǎo)的相對運動。一定幾何形狀和高度的地物能否被一定雷電流幅值的雷電擊中，可用吸引半徑R_a來表述。R_a不僅是雷電流的函數(shù)，也是地物高度的函數(shù)，并和地物的幾何形狀有關(guān)。因為不同形狀和高度的地物，在同一雷電流的下行先導(dǎo)作用下感應(yīng)的電場強度不同。
　　 

式中　R_a為吸引半徑，m；I為雷電流幅值，kA；h為針狀物高度，m。
　　分析結(jié)果指出：當(dāng)臨界半徑h_rc大于避雷針高度h時，EGM所得保護(hù)半徑比LPM要小，但不顯著；當(dāng)臨界半徑h_rc小于針高h(yuǎn)時，EGM所得保護(hù)半徑比LPM要小許多，某些情況下甚致小50％左右；當(dāng)針高h(yuǎn)＞h_rc時，EGM認(rèn)為高出臨界半徑的針體部分沒有保護(hù)范圍，而LPM理論則認(rèn)為保護(hù)半徑隨針體高度的增加而增加。
　　根據(jù)對塔形建筑物吸引雷擊次數(shù)隨其高度增加而變化的觀測以及長間隙放電棒對棒的實驗結(jié)果都證明，避雷針的引雷能力隨其高度的增加而增強，但增加的速度是變緩的。這對LPM的結(jié)論給予了支持，可見EGM滾球法未考慮吸引能力隨高度變化是其保護(hù)范圍偏小的原因。從理論角度看，滾球法是一種偏于保守、偏于嚴(yán)格的方法，它能對避雷針的保護(hù)區(qū)給出直觀的物理圖象。
　　考慮迎面先導(dǎo)和下行先導(dǎo)的相對運動可得出避雷針的引雷空域，見圖4。圖中

式中　h_r為雷擊距離，即雷擊半徑，m；v_zh為地物或避雷針上迎面先導(dǎo)的發(fā)展速度，m／s；v_xia為地閃下行先導(dǎo)的發(fā)展速度，m／s；T為大氣間隙的放電時延，s。

參考圖3可得到LPM理論的一切結(jié)論。
　　避雷針的上部有一段可能自身遭受側(cè)向雷擊的空間，稱為對針桿側(cè)擊區(qū)；高架避雷針的引雷能力強，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，會出現(xiàn)閃電擊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)。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)見圖5所示。
　　按我國統(tǒng)計的雷電流幅值最大約為300 kA，其對應(yīng)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(hù)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增高和存在散擊區(qū)。我國防雷學(xué)者歷來不主張用高架避雷針保護(hù)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)。試裝消雷器的運行結(jié)果表明：它不能消雷而且增大了雷擊概率，所以許多部門拆除了這些消雷器。

2　避雷針的結(jié)構(gòu)及其接閃性能 

　　雷害事故統(tǒng)計表明，雷擊點選擇有一定的規(guī)律性，實驗室長間隙放電可以演示這些規(guī)律。研究表明，在雷電放電和實驗室長間隙放電中，雷擊點選擇的過程是各目的物迎面放電的競爭過程。迎面放電發(fā)展的遲早和快慢，與下行放電先導(dǎo)相遇的概率相關(guān)，它是確定雷擊點的決定性物理參量。我們開展了建筑物雷擊規(guī)律的研究，在1959年提出了民用建筑物簡化防雷方式^［3］，根據(jù)我國建筑物屋頂結(jié)構(gòu)，其雷擊規(guī)律見圖6。圖中（a）（b）為平屋面或坡度不大于1／10的屋面（如檐角、女兒墻、屋檐）易受雷擊的部位；圖（c）為坡度大于1／10且小于1／2的屋面（如屋角、屋脊、檐角、屋檐）易受雷擊的部位；圖（d）為坡度不小于1／2的屋面（如屋角、屋脊、檐角）易受雷擊的部位。對圖（c）（d），在屋脊有避雷帶的情況下，當(dāng)屋檐處于屋脊避雷帶的保護(hù)范圍內(nèi)時屋檐上可不設(shè)避雷帶。按這些屋頂雷電易擊點裝設(shè)短針和避雷帶防雷可以達(dá)到引雷