避雷针
避雷针(英語:),或称引雷针、接闪器、鐓珍,可以称为避雷导线,最早由本傑明·富蘭克林發明,第一代避雷針也以其命名為富兰克林针。除此之外還有第二代避雷針,主動式避雷針,又稱阿波羅避雷針,以及第三代避雷針,多針型避雷針。
傳統型避雷針(一代富蘭克林針與二代主動式避雷針)皆是一種用於承接閃電的防雷裝置,常用的製造材質為铜。它是一種能吸引閃電,將閃電的電流導入地底的防雷装置,並能在一定的面積範圍内保護建筑物或電力設備。 但由於目前並沒有能百分之百防雷的避雷針,傳統型避雷針吸引閃電的保護原理,反而增加了被雷擊中的機率,增加了意外風險,因此第三代的避雷針對其進行了改良。
新型的第三代避雷針也同樣能將閃電的電流導入地下,但不同於傳統避雷針的是,它不會去吸引閃電,而是消散物體上的電荷,使要保護的物體與雲層沒有電位差,從而大幅降低閃電雷擊的機率,更加安全可靠。
原理
在雷电发生时,避雷针能吸引雷电的放电通道,让雷电电流从避雷针流入地球的土地里,避免巨大的电流对建筑、设备、树木造成破坏或者伤害偶然在地面之上走动的人或动物。
有一種說法認為避雷针可利用尖端放电现象,让地球大气层中雷云中的电荷及时地释放,通过避雷针进入地球地面,将电荷减低及中和,避免其过分的积累而引发巨大的雷电击中事故,并保护被雷电击中的建筑物或设备。[1]但也有研究指出尖端放電的電量,並不足以中和所有電荷。[2]
避雷针是广泛地使用于全世界的建築物避雷系统中,并且效果良好,因为它们大大地减少了与闪电相关的火灾和建筑物结构损坏。
早期美国科学家认为避雷针向天的一端应该是一个尖端形状,而英国科学家则认为向天的顶端应是一个球体形状的效果比较好。事實上,實際試驗證明最佳的避雷針是棒狀,頂端略鈍。為發揮避雷針的作用,避雷針應安裝在建築物的最高點,以低電阻的電纜接地到地下的土地或水。
目前也有第三代避雷針,名為「多針型避雷針」,外型不像傳統避雷針為一根針狀的「凸針」而是由多根細針所組成的「多針」凸針的尖端處會積蓄電荷去吸引雷電,而多針則相反,其原理並非透過引雷將雷電導入大地中,而是利用尖端放電原理,將尖端中的正離子消散,從而使雷電與建築無法相互吸引,達到防雷的目的,這種避雷針常安裝於工廠、船舶或飛機上,相比傳統的富蘭克林或阿波羅避雷針更加可靠安全。
简介
避雷針保護的區域為錐形,其地面範圍的半徑約為避雷針到地面的距離。避雷针不能完全避免被保护的建筑或电力设备被雷电击中,只能降低被击中的機率。同时因为大地电阻的存在,避雷针被雷电击中时会抬高其附近地面的电势,所以,在雷雨天气时不能靠近避雷针,避免发生触电事故。
歷史
其它使用方式
在船舶上使用
英国人哈利士( ,1-4-1791 – 22-1-1867)于1820年发明了在木帆船使用的避雷针装置。由於海上氣候嚴峻且難以預料,過去大多船隻儘管安裝了傳統型避雷針,但船身及設備仍然時常遭受雷擊,這是因為傳統型避雷針實為引雷針,會主動吸引閃電,然而,我們卻無法確保閃電總是能擊中避雷針,且傳統型避雷針本身也存在著死角,若是主動引雷,無疑是增加了雷擊的風險。因此現在已有航運公司紛紛將原本船隻上的傳統型避雷針移除,改為能消除電荷,真正可以消雷的第三代避雷針-多針型避雷針,將其安裝於船舶上的優點有三,一是他能夠將船隻上積累的電荷消除,大幅降低成為雷擊目標的機會,達到無死角的避雷;二是雖然大幅降低雷擊的機會,但若雷擊不幸的發生時,它與傳統型避雷針同樣能將電流導出,保護船身及設備;三是它的體積小,安裝在船隻上時較不會引響船上其他的設備,同時,也更好的面對海上嚴峻的風浪。
在飞机上的使用
由於傳統型避雷針原理是吸引閃電,將電流導入地面,因此飛機上不會加裝傳統型避雷針。不過因飛機外殼為金屬,即使被雷擊中,也不會對機上乘員造成傷害,飛機的機翼也會裝有,同第三代多針型避雷針能消除電荷的靜電刷,將飛機外殼因高速與空氣摩擦產生累積的電荷快速排放回到空氣,使得閃電無從與其互相吸引。但由於鼻錐內裝有雷達,故鼻錐外殼不能使用金屬材質,為保護雷達,機鼻外殼嵌有幾條金屬線,雷擊時金屬線會吸收電流導到金屬的機身,降低雷達受損的機率。
相关条目
- 閃電
- 雷击死亡