避雷针

避雷针（Lightning Conductor）或称引雷针、接闪器，可以称为避雷导线，是一根安装在建筑物上的金属杆，用于保护建筑物免受雷击。如果出现雷击，雷会击中建筑物上的避雷针，电流沿着避雷针以及导线导入大地，避雷针可以避免电流穿过建筑物内部，从而避免引发火灾或造成触电事故。传统避雷针由本杰明·富兰克林发明，第一代避雷针也以其命名为富兰克林针（Franklin Rod）。国际电工委员会（IEC）及美国消防协会（NFPA）只认可传统避雷针，且明确指出新型避雷针并不是有效系统。

## 新型避雷针

新型避雷针的工作原理可分为两大类：

- 扩大保护范围
- 降低建筑物受雷击的几率，甚至阻止雷击发生

### 提前放电

提前放电（Early Streamer Emission）避雷针，又称主动式避雷针，它利用雷雨云的电场，主动产生向上的闪流（Early Streamer）吸引雷击。其支持者宣称可扩大保护范围。法国承认ESE避雷针，并制定了相关的国家标准NF C 17-102。不过，ESE避雷针的效用一直备受争议。美国消防协会（NFPA）认为它是有效的科学理论，曾考虑接纳ESE技术，并委托了第三方机构（美国国家标准技术研究所）进行技术评估。NIST认为，ESE具有科学理论支持，但科学家和工程师现时（1995年）仍未完全了解ESE的运作原理，也没有足够的数据证明它可扩大保护范围，其效果存疑。NFPA最终决定不把ESE避雷针列入认可设计。电机电子工程师学会（IEEE）指出ESE缺乏有效的科学理论及实证，显示其能扩大保护范围。即使如此，ESE避雷针仍然广泛应用于法国以外的其他国家。扩大保护范围意味着，可减少相同面积下所需的避雷针数量，简化工程设计，降低安装和维修成本。在经济诱因下，不少地产发展公司都选择采用ESE技术。

2005年，美国联邦法院裁定，生产商未能提出足够的证据，证明ESE能“提升”避雷系统或扩大保护范围，下令禁止在广告宣称中作出有关陈述。生产商不可宣称产品的性能高于NFPA 780所列明的保护半径，也不可宣称产品获取以下认证机构/学会承认，或符合相关的设计标准。

- 保险商实验室（Underwriters Laboratories）
- 美国消防协会（NFPA）
- 电机电子工程师学会（IEEE）
- 国际电工委员会（IEC）
- 美国国家电工标准（NEC）
- 美国避雷研究所（Lightning Protection Institute）

### 电荷转移

电荷转移系统（Charge Transfer System）并不会吸引闪电，而是利用离子产生器去消散物体上的电荷和附近空气的电场。这使受保护的物体与云层没有电位差，使建筑物不会受到直接雷击，闪电只会落在保护区以外。

消雷阵列系统（Dissipation Array System）是由美国 Lightning Eliminators and Consultants Inc. (LEC Inc.) 持有专利的一种CTS，宣称可完全阻止雷击落在受保护设施。

CTS/DAS支持者认为，传统避雷针和ESE避雷针选择了承接雷击，新型“消雷”系统则选择了降低雷击几率，更加安全可靠。CTS没有获得任何国家或认证机构承认，只有生产商提供的履约担保（Performance Guarantee）。生产商承诺，若系统无法防止直接雷击，将为客户提供赔偿。

有研究指出中和雷击先导（lightning leader）所需的电荷比CTS所产生的电荷高出数百倍，甚至过千倍，因此CTS无法起到保护作用。研究人员更揶揄ESE和电荷转移系统是“魔法保护系统”。

## 原理

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在雷电发生时，避雷针能吸引雷电的放电通道，让雷电电流从避雷针流入地球的土地里，避免巨大的电流对建筑、设备、树木造成破坏或者伤害偶然在地面之上走动的人或动物。

有一种说法认为避雷针可利用尖端放电现象，让地球大气层中雷云中的电荷及时地释放，通过避雷针进入地球地面，将电荷减低及中和，避免其过分的积累而引发巨大的雷电击中事故，并保护被雷电击中的建筑物或设备。但也有研究指出尖端放电的电量，并不足以中和所有电荷。

避雷针是广泛地使用于全世界的建筑物避雷系统中，并且效果良好，因为它们大大地减少了与闪电相关的火灾和建筑物结构损坏。

早期美国科学家认为避雷针向天的一端应该是一个尖端形状，而英国科学家则认为向天的顶端应是一个球体形状的效果比较好。事实上，实际试验证明最佳的避雷针是棒状，顶端略钝。为发挥避雷针的作用，避雷针应安装在建筑物的最高点，以低电阻的电缆接地到地下的土地或水。

目前也有第三代避雷针，名为“多针型避雷针”，外型不像传统避雷针为一根针状的“凸针”而是由多根细针所组成的“多针”凸针的尖端处会积蓄电荷去吸引雷电，而多针则相反，其原理并非透过引雷将雷电导入大地中，而是利用尖端放电原理，将尖端中的正离子消散，从而使雷电与建筑无法相互吸引，达到防雷的目的，这种避雷针常安装于工厂、船舶或飞机上，相比传统的富兰克林或阿波罗避雷针更加可靠安全。

## 简介

避雷针保护的区域为锥形，其地面范围的半径约为避雷针到地面的距离。避雷针不能完全避免被保护的建筑或电力设备被雷电击中，只能降低被击中的几率。同时因为大地电阻的存在，避雷针被雷电击中时会抬高其附近地面的电势，所以，在雷雨天气时不能靠近避雷针，避免发生触电事故。

## 历史

### 亚洲

- 中国

唐代《炙毂子》记载了这样一件事：汉朝时柏梁殿遭到火灾，一位巫师建议，将一块鱼尾形状的铜瓦放在层顶上，就可以防止雷电所引起的天火。今天看来，屋顶上所设置的鱼尾开头的瓦饰如果真能避雷，应该是因为避雷针的原理。

- 斯里兰卡

某些最古老的避雷导线也可以在斯里兰卡找到，好像追溯到一千年前的阿努拉德普勒王国的地方可发现由铜制成金属物安装在每个建筑物的高处点。

### 美洲

- 美国

传统避雷针是美国科学家本杰明·富兰克林于1752年7月的一个雷雨天中所发明的。当时他是用了一个捕捉雷电的风筝实验作试验。此风筝实验证实了他的推测理论，并发明了避雷针。

## 其它使用方式

### 在船舶上使用

英国人哈利士（William Snow Harris ,1-4-1791 – 22-1-1867）于1820年发明了在木帆船使用的避雷针装置。由于海上气候严峻且难以预料，过去大多船只尽管安装了传统型避雷针，但船身及设备仍然时常遭受雷击。传统避雷针实为引雷针，会主动吸引闪电，然而，我们却无法确保闪电总是能击中避雷针，且传统型避雷针本身也存在着死角。若是主动引雷，无疑是增加了雷击的风险。因此航运公司纷纷将原本船只上的传统型避雷针移除，改为能消除电荷，真正可以消雷的第三代避雷针-多针型避雷针，将其安装于船舶上的优点有三，一是他能够将船只上积累的电荷消除，大幅降低成为雷击目标的机会，达到无死角的避雷；二是虽然大幅降低雷击的机会，但若雷击不幸的发生时，它与传统型避雷针同样能将电流导出，保护船身及设备；三是它的体积小，安装在船只上时较不会引响船上其他的设备，同时，也更好的面对海上严峻的风浪。

### 在飞机上的使用

由于传统型避雷针原理是吸引闪电，将电流导入地面，因此飞机不会加装传统型避雷针。飞机外壳由金属制造，即使被雷击中，也不会对机上乘员造成伤害，飞机的机翼也会装有，同第三代多针型避雷针能消除电荷的静电刷，将飞机外壳因高速与空气摩擦产生累积的电荷快速排放回到空气，使得闪电无从与其互相吸引。由于鼻锥内装有雷达，故鼻锥外壳不能使用金属材质，为保护雷达，机鼻外壳嵌有几条金属线，雷击时金属线会吸收电流导到金属的机身，降低雷达受损的几率。