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避雷针的工作原理非常简单,它实际上是利用导体将雷电的能量和电流导入了大地,这样电流就不会通过导体装置周围的任何物体,并对它们造成伤害。一般来说,高的建筑物上如果安装一个避雷针,当雷电发生的时候,闪电会寻找导体目标,由于高建筑物上有避雷针这个大导体,闪电就会击中避雷针,击中避雷针之后,连接地下的部分就会将电流导入大地,起到对建筑物的保护作用。
避雷针是以前的叫法,在国标GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中,已经放弃了这一称呼,而代之以‘接闪杆’。接闪杆与接闪带、接闪线、接闪网、用以接闪的金属屋面、金属构件等,统称为接闪器;接闪器和引下线、接地装置共同组成了建筑物或构筑物的外部防雷装置,用以避免或减少闪电击中建筑物(构筑物)上或其附近造成的物理损害和人身伤亡。
屋顶设置避雷针或避雷线,主要作用是对建筑物和屋面设备起到保护作用。其质量控制主要为:屋面的设备、金属构件、金属管道、金属支架、电气设备金属外壳都和接地干线可靠连接。避雷线安装应平直,镀锌层完好,接头应采用双面焊接,圆钢搭接长度6倍直径,焊接焊口须防腐处理。引下线宜采用圆钢或扁钢。当采用圆钢时,直径不应小于8mm。当采用扁钢时,截面不应小于48mm2,厚度不应小于4mm。对于装设在烟囱上的引下线,圆钢直径不应小于12mm。扁钢截面不应小于100mm2且厚度不应小于4mm。避雷带跨越建筑物变形缝时,应设补偿装置。接闪器应热镀锌,焊接处应涂防腐漆。在腐蚀性较强的场所,还应加大其截面或采取其他防腐措施。
现代避雷针是通过古代的雏形改装而来的。1752年,某个雷雨天气中,科学家富兰克林正在做关于避雷针的实验,他认为雷电中的闪电,其实是在放电。为了证实自己的猜想,富兰克林冒着被雷电击中的危险,用风筝绑住跟金属导线,把让风筝飞向云层中去,这样就可以让风筝更好地接触到闪电。他在金属导线的末端放置铜钥匙,用手紧握着钥匙,雷电顺着导线直达富兰克林的掌心,电流让他的整个手臂产生了麻木感,还没有电流不算大,没有生命危险。
避雷针工作原理由于避雷针顶部设计呈尖状,当静电感应避雷针针头时就会聚集大量电荷,避雷针与这些云层之间相当于形成一个电容器,与带电云层形成通路,从而主动吸引雷电向避雷针放电。当安装比建筑物高的避雷针后,在避雷针处由于放电效应导致场强特别大,仅仅会在带电云层与避雷针间放电,从而有效防止雷电对建筑物产生的破坏 。
根据GB50057《建筑物防雷设计规范》中章节5“防雷装置”的要求,接闪器可以用铜、镀锡铜、铝、铝合金、热浸镀锌钢、不锈钢、外表面镀铜的钢等各种材料制成,只要满足其小截面和厚度的要求即可。也就是说,只要不是那么容易锈蚀,不至于因风吹雨打而轻易损坏,大多数常见的金属材料都可以用来制作接闪器。以常见的铁质接闪杆为例,GB50057要求其小直径不能小于8毫米即可。