避雷針

避雷針（Lightning Conductor）或稱引雷針、接閃器，可以稱為避雷導線，是一根安裝在建築物上的金屬杆，用於保護建築物免受雷擊。如果出現雷擊，雷會擊中建築物上的避雷針，電流沿著避雷針以及導線導入大地，避雷針可以避免電流穿過建築物內部，從而避免引發火災或造成觸電事故。傳統避雷針由班傑明·富蘭克林發明，第一代避雷針也以其命名為富蘭克林針（Franklin Rod）。國際電工委員會（IEC）及美國消防協會（NFPA）只認可傳統避雷針，且明確指出新型避雷針並不是有效系統。

## 新型避雷針

新型避雷針的工作原理可分為兩大類：

- 擴大保護範圍
- 降低建築物受雷擊的機率，甚至阻止雷擊發生

### 提前放電

提前放電（Early Streamer Emission）避雷針，又稱主動式避雷針，它利用雷雨雲的電場，主動產生向上的閃流（Early Streamer）吸引雷擊。其支持者宣稱可擴大保護範圍。法國承認ESE避雷針，並制定了相關的國家標準NF C 17-102。不過，ESE避雷針的效用一直備受爭議。美國消防協會（NFPA）認為它是有效的科學理論，曾考慮接納ESE技術，並委託了第三方機構（美國國家標準技術研究所）進行技術評估。NIST認為，ESE具有科學理論支持，但科學家和工程師現時（1995年）仍未完全了解ESE的運作原理，也沒有足夠的數據證明它可擴大保護範圍，其效果存疑。NFPA最終決定不把ESE避雷針列入認可設計。電機電子工程師學會（IEEE）指出ESE缺乏有效的科學理論及實證，顯示其能擴大保護範圍。即使如此，ESE避雷針仍然廣泛應用於法國以外的其他國家。擴大保護範圍意味著，可減少相同面積下所需的避雷針數量，簡化工程設計，降低安裝和維修成本。在經濟誘因下，不少地產發展公司都選擇採用ESE技術。

2005年，美國聯邦法院裁定，生產商未能提出足夠的證據，證明ESE能「提升」避雷系統或擴大保護範圍，下令禁止在廣告宣稱中作出有關陳述。生產商不可宣稱產品的性能高於NFPA 780所列明的保護半徑，也不可宣稱產品獲取以下認證機構/學會承認，或符合相關的設計標準。

- 保險商實驗室（Underwriters Laboratories）
- 美國消防協會（NFPA）
- 電機電子工程師學會（IEEE）
- 國際電工委員會（IEC）
- 美國國家電工標準（NEC）
- 美國避雷研究所（Lightning Protection Institute）

### 電荷轉移

電荷轉移系統（Charge Transfer System）並不會吸引閃電，而是利用離子產生器去消散物體上的電荷和附近空氣的電場。這使受保護的物體與雲層沒有電位差，使建築物不會受到直接雷擊，閃電只會落在保護區以外。

消雷陣列系統（Dissipation Array System）是由美國 Lightning Eliminators and Consultants Inc. (LEC Inc.) 持有專利的一種CTS，宣稱可完全阻止雷擊落在受保護設施。

CTS/DAS支持者認為，傳統避雷針和ESE避雷針選擇了承接雷擊，新型「消雷」系統則選擇了降低雷擊機率，更加安全可靠。CTS沒有獲得任何國家或認證機構承認，只有生產商提供的履約擔保（Performance Guarantee）。生產商承諾，若系統無法防止直接雷擊，將為客戶提供賠償。

有研究指出中和雷擊先導（lightning leader）所需的電荷比CTS所產生的電荷高出數百倍，甚至過千倍，因此CTS無法起到保護作用。研究人員更揶揄ESE和電荷轉移系統是「魔法保護系統」。

## 原理

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在雷電發生時，避雷針能吸引雷電的放電通道，讓雷電電流從避雷針流入地球的土地裡，避免巨大的電流對建築、設備、樹木造成破壞或者傷害偶然在地面之上走動的人或動物。

有一種說法認為避雷針可利用尖端放電現象，讓地球大氣層中雷雲中的電荷及時地釋放，通過避雷針進入地球地面，將電荷減低及中和，避免其過分的積累而引發巨大的雷電擊中事故，並保護被雷電擊中的建築物或設備。但也有研究指出尖端放電的電量，並不足以中和所有電荷。

避雷針是廣泛地使用於全世界的建築物避雷系統中，並且效果良好，因為它們大大地減少了與閃電相關的火災和建築物結構損壞。

早期美國科學家認為避雷針向天的一端應該是一個尖端形狀，而英國科學家則認為向天的頂端應是一個球體形狀的效果比較好。事實上，實際試驗證明最佳的避雷針是棒狀，頂端略鈍。為發揮避雷針的作用，避雷針應安裝在建築物的最高點，以低電阻的電纜接地到地下的土地或水。

目前也有第三代避雷針，名為「多針型避雷針」，外型不像傳統避雷針為一根針狀的「凸針」而是由多根細針所組成的「多針」凸針的尖端處會積蓄電荷去吸引雷電，而多針則相反，其原理並非透過引雷將雷電導入大地中，而是利用尖端放電原理，將尖端中的正離子消散，從而使雷電與建築無法相互吸引，達到防雷的目的，這種避雷針常安裝於工廠、船舶或飛機上，相比傳統的富蘭克林或阿波羅避雷針更加可靠安全。

## 簡介

避雷針保護的區域為錐形，其地面範圍的半徑約為避雷針到地面的距離。避雷針不能完全避免被保護的建築或電力設備被雷電擊中，只能降低被擊中的機率。同時因為大地電阻的存在，避雷針被雷電擊中時會抬高其附近地面的電勢，所以，在雷雨天氣時不能靠近避雷針，避免發生觸電事故。

## 歷史

### 亞洲

- 中國

唐代《炙轂子》記載了這樣一件事：漢朝時柏梁殿遭到火災，一位巫師建議，將一塊魚尾形狀的銅瓦放在層頂上，就可以防止雷電所引起的天火。今天看來，屋頂上所設置的魚尾開頭的瓦飾如果真能避雷，應該是因爲避雷針的原理。

- 斯里蘭卡

某些最古老的避雷導線也可以在斯里蘭卡找到，好像追溯到一千年前的阿努拉德普勒王國的地方可發現由銅製成金屬物安裝在每個建築物的高處點。

### 美洲

- 美國

傳統避雷針是美國科學家班傑明·富蘭克林於1752年7月的一個雷雨天中所發明的。當時他是用了一個捕捉雷電的風箏實驗作試驗。此風箏實驗證實了他的推測理論，並發明了避雷針。

## 其它使用方式

### 在船舶上使用

英國人哈利士（William Snow Harris ,1-4-1791 – 22-1-1867）於1820年發明了在木帆船使用的避雷針裝置。由於海上氣候嚴峻且難以預料，過去大多船隻儘管安裝了傳統型避雷針，但船身及設備仍然時常遭受雷擊。傳統避雷針實為引雷針，會主動吸引閃電，然而，我們卻無法確保閃電總是能擊中避雷針，且傳統型避雷針本身也存在著死角。若是主動引雷，無疑是增加了雷擊的風險。因此航運公司紛紛將原本船隻上的傳統型避雷針移除，改為能消除電荷，真正可以消雷的第三代避雷針-多針型避雷針，將其安裝於船舶上的優點有三，一是他能夠將船隻上積累的電荷消除，大幅降低成為雷擊目標的機會，達到無死角的避雷；二是雖然大幅降低雷擊的機會，但若雷擊不幸的發生時，它與傳統型避雷針同樣能將電流導出，保護船身及設備；三是它的體積小，安裝在船隻上時較不會引響船上其他的設備，同時，也更好的面對海上嚴峻的風浪。

### 在飛機上的使用

由於傳統型避雷針原理是吸引閃電，將電流導入地面，因此飛機不會加裝傳統型避雷針。飛機外殼由金屬製造，即使被雷擊中，也不會對機上乘員造成傷害，飛機的機翼也會裝有，同第三代多針型避雷針能消除電荷的靜電刷，將飛機外殼因高速與空氣摩擦產生累積的電荷快速排放回到空氣，使得閃電無從與其互相吸引。由於鼻錐內裝有雷達，故鼻錐外殼不能使用金屬材質，為保護雷達，機鼻外殼嵌有幾條金屬線，雷擊時金屬線會吸收電流導到金屬的機身，降低雷達受損的機率。