一、先导放电避雷针的保护原理
雷云对地面物体放电不外乎以下两种方式:上行雷闪和下行雷闪。
一般来说,下行雷闪时,先导自上而下发展,主放电过程发生在地面(或地面物体)附近,所以电荷供应充分,放电过程来得迅速,造成雷电流幅值大(平均值为30—44kA),陡度高(24—40kA/μs);上行雷闪,一般没有自上而下的主放电,它的放电电流由不断向上发展的先导过程产生,即使有主放电因雷云向主放电通道供应电荷困难,所以放电电流幅值小(平均小于7kA),且陡度低(小于5kA/μs)。
上行雷闪不仅雷击电流幅值小陡度低而且不绕击。这是因为上行雷闪先导是自下而上发展的,该先导或者直接进入雷云电荷中心,或者拦截自雷云向下发展的先导,这样中和雷云电荷的反应在上空进行,自雷云向下的先导就不会延伸到被保护对象上。上行雷闪还有另外一个特点是上行先导对地面物体还具有屏蔽作用,可减轻放电时在地面物体上的感应过电压。先导放电避雷针正是利用了上行雷闪的这些特点,通过巧妙的结构设计,使其能可靠地引发上行雷闪放电,从而达到中和雷云电荷,保护各类被保护对象的目的。
先导放电避雷针由针头、接地引下线、接地装置构成一套保护系统。它的针头不再是单针,而是由主针、动态环、贮能装置组成(图1)
根据尾部带金属线的火箭(火箭引雷试验)比高层建筑更容易引发上行雷的经验分析得出,要成功地引发上行雷,针头需达到以下要求:
㈠在引发的上行雷发生之前,针头附近的空间电荷应尽量少,以便于自主针针尖向上发展放电脉冲。