落雷で避雷針が破壊されないのはなぜですか？

落雷は大量の被害を引き起こすことが知られています。稲妻の統計は次のとおりです。

時々400 kAを超える電流レベル、華氏50,000度までの温度、光速度の3分の1に近い速度

これらは膨大な数ですが、雷保護システムは、保護している建物または構造物から雷を引き離すように設計されています。避雷システムは、ケーブル（接地導体）を介して地面に接続された避雷針と簡単に考えることができます。

避雷のNOAA 仕様では、避雷針の直径が少なくとも0.5インチ（13mm）であることが必要です。ダウンコンダクターは、同じサイズの銅ケーブル（4/0 AWGまたは12mm）です。このタイプのワイヤの許容電流は、定電流で約250Aです。これは、瞬間的な電流容量の制限というよりも、熱の制限に近いことに気付きます。

雷保護に関するこのペーパー（28ページ）から：

雷保護システムの動作に関する肯定的なフィードバックはほとんど文書化されておらず、ほとんどの場合気付かれていません。いくつかのまれなケースでのみ、適切に機能し、損傷がない場合、雷保護システムが攻撃されたことを文書化できます。慎重な検査中に注意できる証拠がストライキ終了ポイントにある場合がありますが、避雷システムの所有者がそのような慎重な検査を行うために必要な専門知識を取得することはほとんど費用対効果がありません。

一見小さな0.5インチ（13mm）の金属片が、完全に破壊されることなく、目に見える損傷をほとんどまたはまったく伴わずに落雷を処理する方法を教えてください。

ワイヤの電流制限の仕様は、電流が生成する熱と、熱くなりすぎる前にワイヤが放散できる熱量によって制限されます。「暑すぎる」は状況によって異なります。シャーシ配線アプリケーションの同じタイプのワイヤの電流定格は、たとえば電気工事規定で家庭での設置が許可されているよりも高くなります。これは、ほとんどが暑すぎるためです。極端なアプリケーションの究極の制限は、導体が溶けないことです。それに近い場所の温度は、家の壁の中の木製の支柱に沿って走るのは危険です。

あなたが言うように、ワイヤの定格は連続 250 A です。雷は明らかに連続的ではありません。1ミリ秒は、メインの雷撃の時間に対して「長い」です。1つのイベントに複数のストロークがある場合がありますが、合計時間はまだ短く、他の非メインストロークの電流は大幅に少なくなります。

計算する。そう113mm²の= 113x10の断面積であり、ワイヤの直径は12mmで言う^-6 ㎡。20℃での銅の抵抗率は1.68x10ある^-8 Ωmで。したがって、このワイヤの1メートルの長さの抵抗は

（1.68x10 ^-8 Ωmで）（1 M）/（113x10 ^-6 ㎡）= 149μΩ

この抵抗を介した400 kAの電力は次のとおりです。

（400 kA）²（149 µΩ）= 23.8 MW

電流が適用される1ミリ秒の時間でエネルギーが得られます：

（23.8 MW）（1 ms）= 23.8 kJ

銅の密度は8.93グラム/ cm3であり、私たちの1メートルの長さは、113x10の体積有する^-6 113 cm3である立方メートルを、。

（113cm³）（8.93 g /cm³）=銅の総質量1010 g

銅の比熱は0.386 J / g°Cです。

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

これは、直径12 mmの銅線に400 msを1 ms挿入すると、温度が61°C上昇することを意味します。それは落雷にとってはかなり極端な値です。メインストロークは通常1ミリ秒よりも大幅に短く、他のストロークの電流は大幅に少なくなります。ただし、これらの数値を使用しても、ワイヤがしばらくの間確実に乾杯することは確かですが、ワイヤが構造的な故障なしに処理できる範囲内です。

[これは答えとして始まりました。しかし、計算は3桁短くなりました。
だから、これはもっとコメントだと思う。]

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

$10.13 \text{ kg}$
$\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}$

私はすべての稲妻のエネルギーがロッドで消費されると仮定しました。しかし、私はそれが健全な仮定であることを知りません。

¹ _{それは非常に高いピーク電力と電流を持っていますが。}
² _出典
³ _{PreeceとOnderdonkは誰ですか？ ワイヤを溶かす電流を説明する初期（1880年、1928年）の方程式に関する記事。}