防雷機(jī)理

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外防雷專(zhuān)家致力于防雷研究，在傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針、避雷帶和法拉第籠的基礎(chǔ)上，由澳大利亞E．F公司研制的system3000動(dòng)力球形避雷針和放射性避雷針，以及法國(guó)依麗達(dá)(HFLITA)公司的Pular高脈沖避雷針，都以其不同的結(jié)構(gòu)，不同的材質(zhì)而達(dá)到共同的目的。其防雷機(jī)理均為當(dāng)避雷針的上空出現(xiàn)雷云時(shí)，它們就處在大氣空間場(chǎng)中，由于針極尺寸遠(yuǎn)小于場(chǎng)板極間隙長(zhǎng)度，所以帶電云團(tuán)與針極間是一個(gè)極不均勻的空間電場(chǎng)。在放電間隙電場(chǎng)很不均勻的情況下，若負(fù)電荷雷云因感應(yīng)地正針極，在雷云負(fù)極板與地正針極空間電場(chǎng)中，從正針極發(fā)㈩初始電子，在電場(chǎng)力的作用下，在其運(yùn)動(dòng)中發(fā)出碰撞電離形成初始電子崩，集中于崩頭的電子成為負(fù)空間電荷區(qū)，而留在崩尾的正離子成為正空間電荷區(qū)，崩巾部則為正負(fù)離子混合區(qū)，因正負(fù)離子濃度高，是進(jìn)行復(fù)合的極好條件，在復(fù)合過(guò)程中發(fā)生光子輻射、光子電離而產(chǎn)生二次電子，二次電子作用在崩頭，崩尾發(fā)生更強(qiáng)烈的碰撞電離，形成二次電子崩，匯入初崩擴(kuò)大離子區(qū)，其后電子崩發(fā)速度遠(yuǎn)比初始電子崩的速度快，可達(dá)光速，電子崩的長(zhǎng)度可能小于放電間隙長(zhǎng)度。

電極正電荷附近的放電之所以?xún)x靠氣體光游離來(lái)維持，是因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)區(qū)把陰極與氣體游離區(qū)隔開(kāi)的緣故，當(dāng)電極是負(fù)電荷時(shí)，二次電子的產(chǎn)生既可以來(lái)自陰極的光效應(yīng)，也可以來(lái)自氣體的光游離。同時(shí)，隨著空氣密度和電極曲率半徑r。的不同，就會(huì)形成自由電子的某種機(jī)理，當(dāng)N(光子的吸收系數(shù))和r。的乘積不大干4時(shí)，起主要作用的是陰極光效應(yīng)，即

N。—警≤4(2-1)

式中：N·。，為在戶(hù)。時(shí)的光子吸收系數(shù)；戶(hù)。為實(shí)際條件下的氣體壓力；No為P＝戶(hù)，時(shí)的光子吸收系數(shù)，戶(hù)為氣體壓山；戶(hù)。為標(biāo)準(zhǔn)條件下的氣體壓力。

當(dāng)N·?！?時(shí)，氣體中的光游離作用迅速增長(zhǎng)，因?yàn)楫?dāng)N。增大時(shí)，為氣體所吸收且飛不到陰極的光子數(shù)因電子崩的伸長(zhǎng)(九增大時(shí))，或N的增加(在戶(hù)增大時(shí))而增加。故放電發(fā)生在高場(chǎng)強(qiáng)的狹窄區(qū)域里，它以再牛電子崩的形式出現(xiàn)。

避雷針就是利用自身的高度，使雷云電場(chǎng)發(fā)生畸變，使其電場(chǎng)強(qiáng)度增加到極限值，于是開(kāi)始電離，并向下梯級(jí)式放電，稱(chēng)為下行先導(dǎo)放電，而避雷針在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生尖端放電，形成向上先導(dǎo)，兩者會(huì)合形成雷電通路，開(kāi)始主放電階段。