我国防雷设备论文发表时间

避雷针原理日期：2005-12-29 18:08 点击：125 字体大小: 小 中 大【实验目的】 尖端放电原理的应用. 【实验原理】 带电导体的外表面是等势面，曲率半径小的地方电荷密度大。由于导体尖端的曲率半径极小，因而电荷密度极大，而导体表面外侧邻域内的电场与导体的电荷密度成正比，所以尖端邻域有极强的电场。当电场强到使空气击穿时，就产生了尖端放电，导体上的电荷就不再更多的积累，而是导体上的电荷会不断流失。若在建筑物上安装这种导体尖端，则在雷雨季节可使建筑物上不致积累过多的电荷而遭雷击，装在建筑物顶上防止雷击的导体尖端就是避雷针。 【实验操作与现象】 1.将绝缘支架上的两个金属圆板与静电高压电源输出端的两极相接。在下板上放一个上部呈球状的铜块,调节板距,使球顶距上板1厘米左右。2.开启高压电源,当极板间电压超过10千伏时,铜球与上板间形成火花放电。 3.放电后,极板间电压消失,复又被加高压电。上述过程重复出现,在球与上板之间形成断续火花放电,可听到噼啪声，并看到跳跃的火花。 4.用带绝缘柄的电工钳将一个顶端呈圆锥状的铜块放在圆板上(为了比较,这个铜块与前述铜块等高)。上述火花放电现象立即停止,但可听到丝丝的电晕放电声。 这是由于第二个铜块的尖端附近形成的强电场,使空气分子电离,致使极板经常处于连续的电晕放电状态, 即所谓尖端放电现象。尖端放电的结果,使极板间的电压不能达到火花放电的数值,因此火花放电停止。避雷针就是利用尖端放电来避免强烈火花放电的原理制成的。 提前放电避雷针的工作原理 提前放电避雷针的工作原理就是产生一个比普通避雷针更加快的上行先导。 此描述基于负极性下行放电的情况下，此类放电形式最具有普遍性。 避雷针的历史 雷电是地球上最常见的一种自然现象。整个地球表面平均每秒钟有100多次闪电。闪电的中心温度可以高达17000～25000℃，并在1‰到1/10秒之内释放出几百万至上亿焦耳的能量……一次长距离的闪电要经历50次左右的转折才落到地面上，在空中留下了一条蜿蜒曲折的轨迹。闪电时电流的颠值可以达一万安培，给地球带来5库仑电量。闪电的形状有树枝状、条状、片状、串珠状和球状。其中以罕见的球状闪电最引起科学家们的兴趣。19世纪有人做过1000多次闪电观测纪录。颜色各种各样，最常见的是红、橙、黄三种。移动速度比较慢，存在的时间在1到5秒之间。火球在消失的时候会发生猛烈的爆炸，具有很大的破坏力。1989年8月15日我国青岛黄岛油库就由于球状闪电的袭击引起储油罐大爆炸。美国科学家在北美大草原陨石观测网观测了12万张闪电照片后认为球状闪电是从普通闪电的末端分离出来的，球状闪电是“被激发的亚稳定态分子和等离子体的凝结块”。 避雷针的发明迄今已有240多年的历史了，由于它的保护使万千幢高楼大厦摆脱了雷电的威胁，为人类的文明和繁荣作出了贡献。后来英王乔治三世命令英国使用顶部为球状的避雷针，法国人则把避雷针的头部制成圆锥形。而美国则一直坚持使用富氏尖头避雷针。据《纽约时报》报道，今天美国使用的新型避雷针外形像鸡毛掸子，顶端引出2000条细细的导线，导线呈辐射状，它可以驱散聚集在建筑物周围的静电荷，有很强的避免形成闪电的能力。我国解广润教授发明的半导器消雷器也是一种新型的避雷装置。 我们聪明的祖先远在西方之前就发明了避雷装置，并在实践中应用。据《后汉书》记载，一次当时的重要宫殿未央宫和柏梁台遭雷电袭击发生火灾不久，就有一位名叫“勇之”的方士向汉武帝建议，在宫殿的屋脊上安装“鸱鱼”来防止灾难。此后两千年来，我国古建筑的屋脊上大多安装了这一类金属瓦饰，有的是龙、有的是飞鱼和雄鸡。尽管没有引导线与地面连接，但大雨淋湿的屋檐和墙壁，自然起到了接地的作用。由于这类瓦饰高于建筑物之上，即使是猛烈的落地雷，也通常只是击毁了瓦饰而保全了建筑物主体。 大约在三国时期，工匠们已经意识到接地的重要，他们在建造远远高于一般建筑的古塔时，顶部安装了钢铁制造的“葫芦串”，自然着眼于避雷的目的。而且还把它与涂了金属粉末容易导电的塔心柱连接起来，柱的下端又设置了贮藏金属的龙窟，组成了一套十分完整的避雷装置。如江苏省高淳县的保圣寺塔始建于公元229年的三国时期，塔高31.5米，远远高于周围的建筑群，由于塔顶安装了4米高的铁制古刹，由覆钵、相轮和宝葫芦等部分组成，至今历经千年风雨而从未遭雷击。明代，由金属杆、接地线组成的完整的避雷装置也出现了。1688年西方传教士马卡连来华，在《中国札记》上写道：“中国有些建筑物的屋顶上有一种叫做龙的装饰物，它头部仰向天空，张着嘴。这些怪物向上伸出的舌头是根尖端的金属芯子，另一端和埋在地下的金属相接，能让雷电跑到地面去而不伤害建筑物。”就按这位西方人的记载来算，也要比富兰克林早了70余年！ 避雷针的构造特点 常规避雷装置及其发展 1750年，富兰克林提出以针尖放出电荷缓慢中和雷云中的电荷的避雷针用来防雷。后来的实践证明，它不能“避雷”，而是将雷引向自身来保护其周围的设备。随后俄国罗蒙诺索夫在重复了富兰克林的著名风筝试验（他的朋友利赫曼和他一起试验，因被引下的直击闪电击中而牺牲）之后，于1753年发表的论文（关于因电力而产生的大气现象的发言）中也对此作了重要论证。一个鲜为人知的重要事实是，富兰克林发表避雷针理论之后不久，法国一位工程师即按其理论建立一个避雷针，并且很快发生一次接闪。这是人类首次主动设法改变雷闪途径，也是直击雷可以防护的证明。这位法国工程师作为一个正直的科学家，当即高兴地报告了富兰克林避雷针的引雷成功。 避雷针的实际应用，必须解决的是它的保护范围问题。这是在试验室和实际应用中多年逐步定量化的，而且其精确性已基本满足了工程设计的需要。正是各国高压输电和电力系统的发展推动了这一科研工作的前进。 1925-1926年，Peek第一个在实验室内利用冲击电压发生器造成“人工雷”对避雷针模型放电，研究保护范围—保护系数与雷云高度对针高之比（H/h）的关系,并研究了雷云极性对保护系数的影响。1930-1934年，各国开始广泛利用避雷针保护发电厂和变电所。当时230KV电网已经出现多年，287KV超高压电网正在建设中。如美国煤气和电力公司(AGE)1934年开始用避雷针、避雷线保护变电所,避雷线的保护范围是这样确定的:当架构强度足够时,每保护水平距离0.45m,避雷线悬挂高度要抬高0.3m;架构强度受限制时，每保护水平距离0.6m，要抬高0.3m。这分别相当于保护角56°和64°。这与日本60年代末的防雷规范60°相近。到60年代初（1963年Davis）、70年代初美、英等国对保护输电线路的避雷线的保护范围陆续提出击距理论，即考虑雷电流辐值的大小来选定保护范围。我国高电压工作者（朱木美教授指导王小瑜同志）在职1962~1964年研究输电线路防雷时也提出了类似方法。至于用来保护发电厂和变电所，我国50年代因担心避雷线断线会波及全厂和全变电所而只采用避雷针。到70年代中期，才明确避雷线可用于发电厂和变电所的保护。 避雷针的发明者——富兰克林