壹些用戶在室外天線上裝設 0.5 - 2米長的鐵桿做避雷針,結果不起避雷作用,反而將雷電引到電視天線上傳入電視機,造成機毀人亡。避雷針實際是"引雷針" 。它把空中雷電電荷引向自身。再經接線引入大地, 使其它物體免受雷擊。而使雷電壓引入電視機,就會使電視機承受幾十 萬伏到幾百萬伏雷電高電壓,必然會使電視機毀壞; 如果當時有人收看電視,收看人也會被雷擊傷、擊死。因此,必須拆除電視機室外天線上所裝的避雷針。使用室內天線時,雷雨天可以照常收看電視節目。但用室外天線時,雷雨天應裝好防雷裝置,並可靠接地,否則就不應收看。同時還必須將 室外天線插頭從電視機上拔下,並將室外天線接地,以防雷擊天線損壞電視機和危及人身安全。
避雷針的歷史
雷電是地球上最常見的壹種自然現象。整個地球表面平均每秒鐘有100多次閃電。閃電的中心溫度可以高達17000~25000℃,並在1‰到1/10秒之內釋放出幾百萬至上億焦耳的能量……壹次長距離的閃電要經歷50次左右的轉折才落到地面上,在空中留下了壹條蜿蜒曲折的軌跡。閃電時電流的顛值可以達壹萬安培,給地球帶來5庫侖電量。閃電的形狀有樹枝狀、條狀、片狀、串珠狀和球狀。其中以罕見的球狀閃電最引起科學家們的興趣。19世紀有人做過1000多次閃電觀測紀錄。顏色各種各樣,最常見的是紅、橙、黃三種。移動速度比較慢,存在的時間在1到5秒之間。火球在消失的時候會發生猛烈的爆炸,具有很大的破壞力。1989年8月15日我國青島黃島油庫就由於球狀閃電的襲擊引起儲油罐大爆炸。美國科學家在北美大草原隕石觀測網觀測了12萬張閃電照片後認為球狀閃電是從普通閃電的末端分離出來的,球狀閃電是“被激發的亞穩定態分子和等離子體的凝結塊”。
避雷針的發明迄今已有240多年的歷史了,由於它的保護使萬千幢高樓大廈擺脫了雷電的威脅,為人類的文明和繁榮作出了貢獻。後來英王喬治三世命令英國使用頂部為球狀的避雷針,法國人則把避雷針的頭部制成圓錐形。而美國則壹直堅持使用富氏尖頭避雷針。據《紐約時報》報道,今天美國使用的新型避雷針外形像雞毛撣子,頂端引出2000條細細的導線,導線呈輻射狀,它可以驅散聚集在建築物周圍的靜電荷,有很強的避免形成閃電的能力。我國解廣潤教授發明的半導器消雷器也是壹種新型的避雷裝置。
我們聰明的祖先遠在西方之前就發明了避雷裝置,並在實踐中應用。據《後漢書》記載,壹次當時的重要宮殿未央宮和柏梁臺遭雷電襲擊發生火災不久,就有壹位名叫“勇之”的方士向漢武帝建議,在宮殿的屋脊上安裝“鴟魚”來防止災難。此後兩千年來,我國古建築的屋脊上大多安裝了這壹類金屬瓦飾,有的是龍、有的是飛魚和雄雞。盡管沒有引導線與地面連接,但大雨淋濕的屋檐和墻壁,自然起到了接地的作用。由於這類瓦飾高於建築物之上,即使是猛烈的落地雷,也通常只是擊毀了瓦飾而保全了建築物主體。
大約在三國時期,工匠們已經意識到接地的重要,他們在建造遠遠高於壹般建築的古塔時,頂部安裝了鋼鐵制造的“葫蘆串”,自然著眼於避雷的目的。而且還把它與塗了金屬粉末容易導電的塔心柱連接起來,柱的下端又設置了貯藏金屬的龍窟,組成了壹套十分完整的避雷裝置。如江蘇省高淳縣的保聖寺塔始建於公元229年的三國時期,塔高31.5米,遠遠高於周圍的建築群,由於塔頂安裝了4米高的鐵制古剎,由覆缽、相輪和寶葫蘆等部分組成,至今歷經千年風雨而從未遭雷擊。明代,由金屬桿、接地線組成的完整的避雷裝置也出現了。1688年西方傳教士馬卡連來華,在《中國劄記》上寫道:“中國有些建築物的屋頂上有壹種叫做龍的裝飾物,它頭部仰向天空,張著嘴。這些怪物向上伸出的舌頭是根尖端的金屬芯子,另壹端和埋在地下的金屬相接,能讓雷電跑到地面去而不傷害建築物。”就按這位西方人的記載來算,也要比富蘭克林早了70余年!
避雷針的構造特點
常規避雷裝置及其發展
1750年,富蘭克林提出以針尖放出電荷緩慢中和雷雲中的電荷的避雷針用來防雷。後來的實踐證明,它不能“避雷”,而是將雷引向自身來保護其周圍的設備。隨後俄國羅蒙諾索夫在重復了富蘭克林的著名風箏試驗(他的朋友利赫曼和他壹起試驗,因被引下的直擊閃電擊中而犧牲)之後,於1753年發表的論文(關於因電力而產生的大氣現象的發言)中也對此作了重要論證。壹個鮮為人知的重要事實是,富蘭克林發表避雷針理論之後不久,法國壹位工程師即按其理論建立壹個避雷針,並且很快發生壹次接閃。這是人類首次主動設法改變雷閃途徑,也是直擊雷可以防護的證明。這位法國工程師作為壹個正直的科學家,當即高興地報告了富蘭克林避雷針的引雷成功。
避雷針的實際應用,必須解決的是它的保護範圍問題。這是在試驗室和實際應用中多年逐步定量化的,而且其精確性已基本滿足了工程設計的需要。正是各國高壓輸電和電力系統的發展推動了這壹科研工作的前進。
1925-1926年,Peek第壹個在實驗室內利用沖擊電壓發生器造成“人工雷”對避雷針模型放電,研究保護範圍—保護系數與雷雲高度對針高之比(H/h)的關系,並研究了雷雲極性對保護系數的影響。1930-1934年,各國開始廣泛利用避雷針保護發電廠和變電所。當時230KV電網已經出現多年,287KV超高壓電網正在建設中。如美國煤氣和電力公司(AGE)1934年開始用避雷針、避雷線保護變電所,避雷線的保護範圍是這樣確定的:當架構強度足夠時,每保護水平距離0.45m,避雷線懸掛高度要擡高0.3m;架構強度受限制時,每保護水平距離0.6m,要擡高0.3m。這分別相當於保護角56°和64°。這與日本60年代末的防雷規範60°相近。到60年代初(1963年Davis)、70年代初美、英等國對保護輸電線路的避雷線的保護範圍陸續提出擊距理論,即考慮雷電流輻值的大小來選定保護範圍。我國高電壓工作者(朱木美教授指導王小瑜同誌)在職1962~1964年研究輸電線路防雷時也提出了類似方法。至於用來保護發電廠和變電所,我國50年代因擔心避雷線斷線會波及全廠和全變電所而只采用避雷針。到70年代中期,才明確避雷線可用於發電廠和變電所的保護。
避雷針的發明者——富蘭克林
1749年,波爾多科學院懸賞征求這樣壹個問題的答案:“在電和雷之間有什麽類似之處?”壹個叫巴巴雷特的醫生在論文中宣稱:電跟雷是壹回事。他的論文因此而中獎。
在美國的費城,有壹位叫富蘭克林的科學家,有壹天他做了壹個轟動世界的實驗。
他用絲綢做了壹個大風箏,在風箏的頂端綁了壹根尖細的鐵絲,鐵絲連著放風箏的線,線的另壹端系上綢帶,在綢帶和線之間掛了壹把鑰匙。當外面下起大雨,雷電交加的時候,富蘭克林放起了風箏。突然壹個閃電打到了風箏上,電通過鐵絲壹直傳到了鑰匙上,這時,富蘭克林有了壹個想法:既然電能沿著風箏的線慢慢走下來,那能不能在高樓上給電搭壹個梯子,讓電乖乖地走下來呢?這樣,建築物就不會被高樓擊壞了。
他先在自己家做實驗:在屋頂的煙囪上安裝了壹根三米長的尖頂細鐵棒,在細鐵棒的下端綁上金屬線,沿著樓梯把金屬線引導樓底的水泵上。將經過房間的那段金屬絲分成兩段,各掛壹個小鈴,當雷電從細鐵棒進入,兩股線受力,小鈴就會搖晃發出響聲。
壹天,暴風雨來了,在雷聲、雨聲的“伴奏”下,守侯在小鈴旁的富蘭克林聽到壹個小鈴發出清脆悅耳的聲音,他高興地笑了。富蘭克林把那根細鐵棒稱做“避雷針”。
避雷針的發明引起了教會的反對,他們認為:裝在屋頂的尖桿指向天空是對上帝的不敬,是要受到上帝懲罰的。然而,有壹次在壹場雷雨後,教堂著火了,而裝有避雷針的房屋卻平安無事,於是避雷針很快就被人們接受了。現在,高樓上都裝了避雷針。
在進行風箏實驗之後的當年,富蘭克林就發明了避雷針。其辦法是:在建築物的最高處立上壹根2米至3米高的金屬桿,用金屬線使它和地面相連接,等到雷雨天氣,雷電馴服地沿著金屬線流向地下,建築物就不會遭雷電了。
富蘭克林為了推廣避雷針的使用,專門寫了《怎樣使房屋等免遭雷電的襲擊》的文章。文章發表後,美國的各個城市馬上就開始安裝避雷針。但這卻遭到教士們的反對,他們說雷電是上帝的震怒。避雷針在法國也受到了強烈反對。聖奧梅爾的居民對當地安裝了避雷裝置的人提出控告,他們害怕懲罰這種褻瀆行為。
避雷針是早期電學研究中的第壹項具有重大應用價值的技術成果,它不僅使人類免受“雷公”肆虐之苦,而且也使雷電和上帝脫離了關系。