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避雷针具有一定的保护作用。保护范围的计算方法是由运行经验和实验室模型试验结果确定的。在这二种计算方法中,“折线法”是比较成熟的方法,在电力系统又称“规程法”,即单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。工程设计中常用的方法是认为保护半径是避雷针高度的函数。据中国的规范规定,单支避雷针的保护范围是一个锥体(见图)。高度为h的避雷针,其在地面上的保护半径r=1.5h;在被保护物高度hx的水平面上,其保护半径rx为当hx≥时,rx=(h-hx)P=h0P当hx< 时, rx=(1.5h-2hx)P当h≤30m时,P=1当30≤h≤120m时,60年代以来,又提出了计算避雷针保护范围的击距法,认为保护范围还受雷电流大小的影响。但迄今为止,还没有一种为各国科学家和工程师公认的、计算保护范围的完善方法。
成功地进行了捉雷电的风筝实验之后,富兰克林在研究闪电与人工摩擦产生的电的一致性时,他就从两者的类比中作出过这样的推测:既然人工产生的电能被吸收,那么闪电也能被吸收。他由此设计了风筝实验,而风筝实验的成功反过来又证实了他的推测。他由此设想,若能在高物上安置一种装置,就有可能把雷电引入地下。避雷线是铁质的,避雷针是铜质(也可以是银质的),避雷针顶端向天,避雷线连接避雷网埋地,避雷线连接避雷针,雷雨季节,雷电从天空从避雷针进入避雷线直至埋地的避雷网,是消除雷击保护建筑物或仪器的设施。富兰克林把这种避雷装置:把一根数米长的细铁棒固定在高大建筑物的顶端,在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开。然后用一根导线与铁棒底端连接。再将导线引入地下。富兰克林把这种避雷装置称为避雷针。经过试用,果然能起避雷的作用。避雷针的发明是早期电学研究中的一个有重大应用价值的技术成果。
避雷针传入法国后,法国皇家科学院院长诺雷等人开始反对使用避雷针,后来又认为圆头避雷针比富兰克林的尖头避雷针好。但法国人仍然选用富兰克林的尖头避雷针。我国旧式民房一般高度在10m以下,避雷带和避雷网的高度与房高相同,安装的短针防雷其高度为1~2m,它们引起的散击现象不明显。据说当时的法国人把富兰克林看作是苏格拉底的化身。富兰克林成了人们崇拜的偶像。他的肖像被人们珍藏在枕头下面,而仿照避雷针式样的尖顶帽成了1778年巴黎较摩登的帽子。
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当避雷针截受雷击时,由接闪体接闪,通过雷电波形处理装置,利用外壳与中心接地杆之间有3mm间隙,构成耦合电容,同时外壳通过一个电感线圈接地(中心接地杆)当下行先导接近接闪器时,由于频率极高,电感呈开路状态,电容对高频呈现短路特性,因此耦合电容作用下,接闪器表面电场强度迅速增加,直至触发雪崩过程,从而能在顷刻间将雷电流泄放入地,以至有效的达到防雷害保安全的目的。这样,带电云层与避雷针形成通路,而避雷针又是接地的,避雷针就可以把云层上的电荷导入大地,使其不对高层建筑构成危险,保证了它的安全。
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