【电气科普】防雷装置拦截雷电的原理

先让我来看看什么是避雷针

避雷针，或称引雷针、可以称为避雷导线，也可以称富兰克林针（命名自发明者本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）的姓名）。是一种用于牵制闪电的电击到地面的设备，它是一种能截引闪电，将闪电的电流导入地下装置，并能在一定的面积范围内保护地面建筑物或电力设备，使受电击物备免受雷电破坏的金属物装置。常用的制造材料为铜。

那么，避雷针的原理是什么呢？

即利用避雷针高出被保护物的高度使雷云下的电场发生畸变，从而将雷电流吸引到避雷针上，通过引下线和接地装置导入大地，使被保护对象免遭雷电直击。避雷针和架空避雷线（网）是直击雷防护的主要装置。避雷针、架空避雷线（网）的保护效能通常以一个空间范围来表示，这个空间一般称为保护范围。被防护的设备愈靠近避雷针、架空避雷线（网），雷电侵袭设备的机会就愈少。

避雷针是一根耸立在被保护物体旁的，接地的金属导体。它由接闪器（避雷针的针尖）、支持物和接地引下线等三部分组成。接地引下线和泄放雷电流的接地体相连接。支持物可利用混凝土杆和木杆，也可用角钢或圆钢焊接而成。针顶用钢棒，也可用顶端焊接封口的钢管制成。接地引下线用圆钢、镀锌钢绞线、镀锌钢线等制成。

所谓避雷针是对被保护设备而言，从它的工作原理来讲，避雷针实际是“引雷针”。因为雷云对地放电时，雷电先导的发展在高空并不受地面物体的影响，但当它低到一定程度时（即雷电的定向高度），从这个高度开始，地面的情况对它的发展方向会起作用（即向空中的雷电先导发出迎面先导），雷电象被避雷针所吸引，通常是落在它的上面，从而避免了设备遭雷击。然而雷电的发展方向受一些偶然情况的影响，在最后的一瞬间它的发展方向可能改变，而且有可能正好落到被保护的物体上，所以就连最完善的，防止直击雷的保护装置也不能绝对可靠，只能使被保护设备遭雷击次数有一定程度的减少。

在避雷针周围受它保护免遭直击雷的空间称为避雷针的保护区域。

引申阅读：

富兰克林与避雷针的故事

现代避雷针是美国科学家富兰克林发明的。富兰克林认为闪电是一种放电现象。为了证明这一点，他在1752年7月的一个雷雨天，冒着被雷击的危险，将一个系着长长金属导线的风筝放飞进雷雨云中，在金属线末端拴了一串银钥匙。当雷电发生时，富兰克林手接近钥匙，钥匙上迸出一串电火花。手上还有麻木感。幸亏这次传下来的闪电比较弱，富兰克林没有受伤。

【注意：这个试验是很危险的，千万不要擅自尝试。】

1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是做雷电实验的第一个牺牲者。

在成功地进行了捕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尖端吸收，那么闪电也能被尖端吸收。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尖端装置，就有可能把雷电引入地下。

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第一个有重大应用价值的技术成果。