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第74期——接闪器测试系列问题(6)——接闪器针头形状与雷击点分布

根据上一期读者提出的问题和这一次试验的庞大样本数据,本期针对针头形状与雷击点进行分析,并补充进行了等高接闪概率试验,说明了现行标准《GB50057-2010》中对针头曲率半径要求的科学性。

 

1.不同针头的雷击点分析

  

针头编号

A

B

C

D

E

针头形状

0.056mm曲率半径

4.7mm曲率

半径

4.7mm曲率

半径(碟状)

14.5mm曲率半径

30mm曲率半径


图  几组组针头雷击点拍照

  

2.雷击点分布分析

图  A组针头雷击点伤痕观察,针头已经熔融为0.139mm曲率半径图  B组针头雷击点伤痕观察图  C组针头雷击点伤痕观察(圆弧角接闪)

图  D组针头雷击点伤痕观察

图  四组针头雷击点平面展开图

通过每种针头的百次雷击实验,我们通过明显的击打痕迹,我们可以看到:


1)雷击点需要一定的面积,针头过于尖锐,雷电会出现绕过针头侧击针杆的可能,同时接闪后针尖熔融

2)一定曲率半径的针头(4.5mm-12mm)从雷击点的分布来看比较均匀

314.7mm曲率半径针头已经出现了最顶端一个圆面积区域不落雷的情况,从工程方面来讲,大于14mm的曲率半径的针头,会出现材料的浪费

4)通过C组圆饼式针头可以得到一个结论:如果针头不平整不圆滑,雷击点将分布在表面曲率半径相对小的位置,即突起位置

 

3.针头越尖越好?


单根针头表现为越尖越好,但是如果出现等高情况,就需要用接闪概率试验来说明。

图  A、B两种针头进行接闪概率试验


表  A、B两种针头进行接闪概率试验数据表


B组(4.7mm

A组(0.05mm

接闪次数

56

48

  

从接闪概率可以看出,等高情况下,针头最顶端接闪的曲面面积适当加大,会增加接闪概率。所以,从几个方面来讲:(1)针头过于尖锐首先保持度极差,自然几次雷击变会熔融;(2)除了针头,锥面也成为了落雷点,在自然界的雷电面前,应适度要增大针头接闪曲面的面积;(3增大针头接闪曲面的面积可以提高接闪概率

 

4.针头越圆越好?

 

图  E组针头雷击点拍照

 

从雷击点照片可以看出,E组r=30mm针头的雷击位置已经下移很多。我们总结一下纵切面分布图,针头曲率半径应保持在一定范围内。

图  不同曲率半径针头的接闪分布带(侧视图)

 

我们再用BE组做一组接闪概率试验可以看到。

图  B、E组做一组接闪概率试验


无论左右两组试验,曲率半径30mm的针头均不接闪,不接闪概率达到了100%。所以在直击雷防护技术中有一条:将突出的旗杆或栏杆柱顶端做成圆球状可以降低雷击风险

从以上实验结论角度得出的几个结论,侧面验证了标准中要求接闪杆曲率半径为4.8-12.7mm的要求。

图  《GB50057-2010》中对接闪器针头的要求



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