劉沛雨

（天津市中力防雷技術(shù)有限公司，天津 300384）

一、前言

富蘭克林通過(guò)風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了能夠躲避雷電的方法，這也是防雷設(shè)備的雛形。在富蘭克林發(fā)明避雷針后，人們防范雷電災(zāi)害的效率有了很大提升。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力行業(yè)與通信行業(yè)發(fā)展規(guī)模日益擴(kuò)大，人類對(duì)于雷電的防范不再只停留在雷電對(duì)于人身傷害層面上，自然雷電通過(guò)外接電源和輸電設(shè)備進(jìn)入到電網(wǎng)內(nèi)部或者是通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，會(huì)對(duì)相關(guān)行業(yè)造成致命性傷害。因?yàn)榉览状胧┎坏轿灰鸬臑?zāi)難性事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅著人們的身體及財(cái)產(chǎn)安全和國(guó)家信息部門(mén)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，由于自然雷電引起的信息傳輸受損間接導(dǎo)致的諸多行業(yè)無(wú)法工作，所造成的損失無(wú)法估量，因此防雷產(chǎn)品的性能和創(chuàng)新是現(xiàn)階段避免雷電災(zāi)害的主要手段。

二、防雷產(chǎn)品的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

（一）接閃器

接閃器是我國(guó)古代發(fā)明的一項(xiàng)防雷技術(shù)，根據(jù)古書(shū)記載，最早的接閃器是將銅質(zhì)器物放到房屋頂上，來(lái)實(shí)現(xiàn)避雷的效果。發(fā)展到后來(lái)人們專門(mén)打造一種形似于魚(yú)尾的器物，其實(shí)這是避雷針的最早形態(tài)，外國(guó)相關(guān)文獻(xiàn)也有記載。遠(yuǎn)在西方的富蘭克林率先在自己的房屋上安裝了防雷裝置，也就是早期的避雷針，并且有效地防治了雷電的危害。這樣避雷針才開(kāi)始在世界上推廣流行。從理論上講，接閃器也就是所謂的避雷針，是無(wú)法有效避免雷擊的，避雷針的作用只是將雷擊的能量通過(guò)自身傳導(dǎo)到大地，從而避免出現(xiàn)雷電災(zāi)害。避雷針只是比其周圍的事物更容易接收雷電，使周圍雷電只是擊中避雷針，而不傷害其他建筑。隨著世界各國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，簡(jiǎn)單的避雷針已經(jīng)無(wú)法滿足遠(yuǎn)距離輸電設(shè)備的防雷需求，因此技術(shù)人員研發(fā)了新型接閃器，也就是避雷線來(lái)保護(hù)遠(yuǎn)距離輸電設(shè)備不受雷電災(zāi)害的干擾。

（二）避雷器

雖然遠(yuǎn)距離輸電線的防雷工作得到了保障，但是與高壓線相連的發(fā)電設(shè)備的雷電工作也必須得到有效保障。雷電產(chǎn)生的災(zāi)害不單單有直接雷電電壓還有感應(yīng)電壓，通常的接閃器只能預(yù)防直接雷電，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電壓的防止。雷電能夠產(chǎn)生超過(guò)數(shù)十萬(wàn)伏的感應(yīng)電壓，并順著輸電線進(jìn)入到發(fā)電設(shè)備中，造成發(fā)電企業(yè)無(wú)法正常工作。

1.管型避雷器

管型避雷器是一種能夠通過(guò)自身裝置噴氣而熄滅電弧的設(shè)備，是由兩個(gè)間隙組成，其中一個(gè)間隙充當(dāng)保護(hù)間隙，能夠起到保護(hù)間隙的作用，另外一個(gè)間隙放置在避雷器內(nèi)，當(dāng)外界雷電電壓擊穿內(nèi)外間隙時(shí)，雷電產(chǎn)生的感應(yīng)電流與短路電流經(jīng)管道傳導(dǎo)至地下，管內(nèi)物質(zhì)由于電流流過(guò)產(chǎn)生的熱量而氣化，從而會(huì)出現(xiàn)有氣體從管內(nèi)的避雷設(shè)備中噴出，強(qiáng)制造成間隙熄狐。在選擇管型避雷器時(shí)要注意結(jié)合具體避雷需要，比如考慮安裝設(shè)備的電流差，如果避雷器上的斷流電流小于線路最大短路電流的話，就會(huì)造成避雷系統(tǒng)的爆炸，反之則會(huì)造成避雷器內(nèi)部燒壞。管型避雷器是靠間隙擊穿接地放電降壓來(lái)發(fā)揮防雷效果，但是這種設(shè)備的防雷效果有著明顯的弊端即容易造成短路，因此在實(shí)際應(yīng)用中僅將其用于輸電線路的防雷中，并配備其他相關(guān)設(shè)備防止出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

2.閥型避雷器

閥型避雷器顧名思義是一種能夠自動(dòng)跳閘的設(shè)備，在遭受雷電襲擊時(shí)能夠自動(dòng)的降壓泄流，一旦雷電電壓過(guò)后就能自動(dòng)閉閘回流使電壓恢復(fù)正常。閥型避雷器的工作原理是功過(guò)內(nèi)置的電阻通過(guò)限流作用實(shí)現(xiàn)的。因此閥型避雷器內(nèi)置電阻的質(zhì)量直接影響著閥型避雷器的防雷效果，部分電阻的阻流效果不太理想，在高壓下仍有微弱電流流過(guò)，這樣長(zhǎng)時(shí)間的工作就會(huì)導(dǎo)致電流過(guò)大引起電阻燒壞，為了避免由于電阻產(chǎn)生的熱量燒壞閥型避雷器，通常在使用閥型避雷器設(shè)備的地方安裝間隙隔離工頻電壓，這樣能夠有效地避免由于電阻元件的熱量使其損壞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)作用。

（三）氧化鋅避雷器

氧化鋅是現(xiàn)階段國(guó)際上最為先進(jìn)的避雷設(shè)備，氧化鋅避雷器主要采用多個(gè)氧化鋅閥片來(lái)實(shí)現(xiàn)防雷效果，氧化鋅閥片有著極其出色的物理特性，表現(xiàn)出極強(qiáng)的非線性特性，在外在電壓過(guò)高時(shí)內(nèi)部電阻可以達(dá)到非常小，小電阻能夠使在極短的時(shí)間內(nèi)引導(dǎo)大規(guī)模雷電電流，但是在正常工作時(shí)比如在電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中電阻會(huì)變的非常大，幾乎沒(méi)有電流能夠通過(guò)，這正是氧化鋅避雷器的先進(jìn)之處。并且氧化鋅避雷器對(duì)于雷電產(chǎn)生的次生災(zāi)害比如雷電幅值等也有較好的防護(hù)效果，氧化鋅先天特性正好是防雷設(shè)備所需要的，因此氧化鋅作為優(yōu)秀的防雷設(shè)備是對(duì)其自身性能的充分利用。任何事物都不可能是完美的，氧化鋅避雷器雖然有著無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際使用時(shí)容易爆炸、更換成本較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)永久性工作。為了解決氧化鋅避雷器無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作的缺陷，串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器應(yīng)運(yùn)而生，能夠有效解決氧化鋅使用壽命短的弊端。

（四）低壓電源避雷器

根據(jù)日常生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而言，隨著我國(guó)通信行業(yè)的發(fā)展，通信行業(yè)遭受雷電災(zāi)害的危害逐年增加，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn)，大部分事故都是由于雷電通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)入到通信設(shè)備內(nèi)部，引起通信設(shè)備癱瘓?jiān)斐傻模扔谏a(chǎn)壓力，使得低壓交流避雷器迅速發(fā)展，尤其是以MOV為材料的避雷器更是得到了大范圍的應(yīng)用。對(duì)于通信行業(yè)的防雷工作主要是從電源開(kāi)始做好防護(hù)工作，而對(duì)于電源的防雷工作主要是采用低壓電源防范手段。低壓電源避雷器的工作原理就是當(dāng)出現(xiàn)雷電災(zāi)害時(shí)，防止由于電源而引發(fā)的電路上的設(shè)備損壞，低壓電源避雷器能夠在極端的時(shí)間內(nèi)將大量的電流傳導(dǎo)到地上，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路的效果。

（五）通信線路避雷器

僅僅在通信終端安裝避雷器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)雷電災(zāi)害的有效防治的，通信線路由于雷電災(zāi)害出現(xiàn)的事故也層出不窮。但是防治通信線路的避免雷電災(zāi)害不同于通信終端，由于通信傳輸線路中特殊的電容電感效應(yīng)，必須考慮避雷器上電容與電感的參數(shù)指標(biāo)，其基本防治原理與通信終端的防治一樣?，F(xiàn)階段對(duì)于通信線路上的防雷技術(shù)要求比其他方面的避雷設(shè)備要高，不僅要能夠起到對(duì)雷電有效地防治，還要不影響通信傳輸?shù)馁|(zhì)量，通信線路上的技術(shù)參數(shù)比較嚴(yán)格，因此對(duì)于通信線路上的避雷器效果要求比較嚴(yán)格。理論上講，通信線路上的防雷設(shè)備最好是電容小，通流大，但是現(xiàn)實(shí)中目前為止很難有元件能夠滿足這些要求，部分元件能夠?qū)崿F(xiàn)電容小的要求，但是會(huì)影響通信頻率的影響。

三、防雷產(chǎn)品發(fā)展新進(jìn)展

（一）柔性避雷裝置

經(jīng)過(guò)研究人員長(zhǎng)時(shí)間的考察，竹子是植物中能夠有效防治雷電的災(zāi)害，分析得知竹子中有種柔性螺旋物質(zhì)，技術(shù)人員用此物質(zhì)作為接閃器，并研發(fā)了相應(yīng)的雷電衰減設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)雷電災(zāi)害時(shí)，能夠通過(guò)柔性螺旋的不銹鋼裝置向空中放出雷電出現(xiàn)的異性電荷，從而實(shí)現(xiàn)將雷電電荷引入地下，柔性雷電裝置主要是針對(duì)逐漸興起的高層建筑或者是大型建筑比如機(jī)場(chǎng)等重要部門(mén)。

（二）激光避雷

激光避雷設(shè)備是由日本開(kāi)始研發(fā)的防雷裝置，因?yàn)槔纂姙?zāi)害不是直接擊中物體，擊中軌跡是曲線，從物理角度分析在雷電時(shí)常伴有雨雪天氣，在空中雨雪顆粒分布不均衡導(dǎo)致大氣中的電荷分布也不均衡，但是雷電電流總是向著多電荷范圍內(nèi)發(fā)展。激光正好能夠根據(jù)雷電曲線傳播的特點(diǎn)來(lái)發(fā)揮防治，激光的傳播嚴(yán)格按照直線傳播并且能夠在較短的時(shí)間內(nèi)集中大量能量。激光的這種特性能夠使空氣中的帶電顆粒出現(xiàn)脫離形成等離子狀態(tài)，激光的防雷原理就是通過(guò)這種方式為雷電開(kāi)辟一條傳輸通道，引導(dǎo)雷電傳輸?shù)降厣匣蛘呤前踩貛А?/p>

四、防雷產(chǎn)品發(fā)展新趨勢(shì)

隨著環(huán)保理念的逐步深入，可再生資源的設(shè)備得到大范圍地推廣使用，比如太陽(yáng)能設(shè)備的普及，未來(lái)太陽(yáng)能設(shè)備會(huì)出現(xiàn)大片太陽(yáng)能技術(shù)的屋頂和建筑，這對(duì)于防雷技術(shù)的研發(fā)提出了新的要求和新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段我國(guó)現(xiàn)有的防雷技術(shù)和產(chǎn)品無(wú)法很好地解決太陽(yáng)能設(shè)備的防雷工作，為了有效提高太陽(yáng)能設(shè)備的使用性能，必須嚴(yán)格按照實(shí)際需要繼續(xù)創(chuàng)新現(xiàn)有雷電技術(shù)，因此未來(lái)防雷產(chǎn)品的發(fā)展應(yīng)向著防雷設(shè)備與太陽(yáng)能設(shè)備有機(jī)結(jié)合方向進(jìn)行研究，并且還要保證外形美觀。

五、總結(jié)

防雷是長(zhǎng)久以來(lái)困擾人類生活的問(wèn)題，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，防雷技術(shù)和產(chǎn)品也經(jīng)歷了由防雷雛形到新型防雷產(chǎn)品的發(fā)展，但是防雷技術(shù)還有很大的發(fā)展空間，對(duì)于雷電的起因與雷電的傳播特點(diǎn)要繼續(xù)進(jìn)行研究，對(duì)于新的防雷設(shè)備和技術(shù)要經(jīng)過(guò)實(shí)際使用后，再大范圍使用。對(duì)于雷電的防護(hù)任何時(shí)候都不能懈怠，我們要在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新和探索，爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)對(duì)于雷電災(zāi)害的有效防治。

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