为什么雷击不会破坏避雷针？

雷击会造成大量的破坏。闪电的统计数据是：

电流水平有时超过400 kA，温度达到50,000华氏度，速度接近光速的三分之一

这些是大量的，但防雷系统旨在将雷电从其所保护的建筑物或结构中拉走。防雷系统可以简单地认为是通过电缆（引下线）接地的避雷针。

NOAA 的防雷规范要求避雷针的直径至少为0.5英寸（13毫米）。引下线是类似尺寸的铜电缆（4/0 AWG或12mm）。对于恒定电流，此类导线的允许安培数仅为250A。我意识到这更多是热量限制，而不是瞬时电流限制。

从这个文件防雷（第28页）：

关于防雷系统运行的正面反馈很少记录在案，而且通常甚至没有注意到。只有在极少数情况下，才能证明雷电保护系统正常运行且没有损坏，并且被击中。有时在罢工终止点有证据可以在仔细检查时发现，但对于防雷系统的所有者而言，获得进行此类仔细检查所需的专业知识很少具有成本效益。

一个看似很小的0.5英寸（13毫米）的金属如何在没有被完全破坏的情况下处理几乎没有或根本没有可见损坏的雷击？

电线的电流限制规格受电流产生的热量以及电线变得太热之前能散发多少热量的限制。“太热”取决于情况。例如，在底盘布线应用中，您会看到相同类型的电线的额定电流要高于电气代码所允许的家庭安装。这主要是由于过热的原因。极端应用的最终限制是导体不会熔化。沿着房屋墙壁内的木制支撑架运行时，接近该温度的温度是不安全的。

如您所说，该电线的额定连续电流为250A 。闪电绝对不是连续的。主雷击时间1 ms为“长”时间。一个事件可能有多个笔画，但总时间仍然很短，而其他非主要笔画的电流将大大减少。

算一算。您说导线的直径为12毫米，因此截面积为113平方毫米= 113x10 ^-6平方米。铜在20℃下的电阻率是1.68x10 ^-8 Ωm的。因此，此线长1米时的电阻为

（1.68x10 ^-8 Ωm的）（1 M）/（113x10 ^-6平方米）= 149μΩ

通过该电阻的400 kA功率为：

（400 kA）²（149 µΩ）= 23.8 MW

施加电流的1 ms时间乘以能量：

（23.8兆瓦）（1毫秒）= 23.8 kJ

铜的密度为8.93克/立方厘米，和我们的1m长具有113x10的体积^-6立方米，这是113立方厘米。

（113cm³）（8.93 g /cm³）= 1010 g铜的总质量

铜的比热为0.386 J / g°C。

（23.8 kJ）/（0.386 J / g°C）（1010 g）= 61°C

这意味着将400 kA穿过直径为12 mm的铜线1 ms将导致温度升高61°C。对于雷击来说，这是一个相当极端的价值。主冲程通常基本上短于1毫秒，其他冲程则电流要小得多。但是，即使有这些数字，它也表明虽然电线肯定会烤一会儿，但在处理任何结构故障的能力范围内，它仍在电线的能力之内。

[这开始是一个答案。但是，计算结果最终减少了3个数量级。
所以，我想这更多是评论。]

$5 \cdot 10^9 \text{J}$

$10.13 \text{ kg}$
$\text{0.385} \frac{\text{kJ}}{\text{kg °C}}$$1083 \text{°C}$$4.05 \cdot 10^5 \text{J}$
$\text{213} \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$2.13 \cdot 10^6 \text{J}$

我已经做出了一个假设，那就是所有的雷电能量都会在杆中消散。但是，我不知道这是一个理智的假设。

¹ _{即使它具有很高的峰值功率和电流。}
² _资料来源
³ _{谁是Preece和Onderdonk？ 关于早期方程（1880年，1928年）的文章描述了导致导线熔化的电流。}