防雷產(chǎn)品的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢概述

劉沛雨

（天津市中力防雷技術(shù)有限公司，天津 300384）

一、前言

富蘭克林通過風(fēng)箏實驗，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。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力行業(yè)與通信行業(yè)發(fā)展規(guī)模日益擴大，人類對于雷電的防范不再只停留在雷電對于人身傷害層面上，自然雷電通過外接電源和輸電設(shè)備進入到電網(wǎng)內(nèi)部或者是通過無線電波進入到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，會對相關(guān)行業(yè)造成致命性傷害。因為防雷措施不到位引起的災(zāi)難性事故頻發(fā)，嚴重威脅著人們的身體及財產(chǎn)安全和國家信息部門的正常運轉(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)無法工作，所造成的損失無法估量，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

接閃器是我國古代發(fā)明的一項防雷技術(shù)，根據(jù)古書記載，最早的接閃器是將銅質(zhì)器物放到房屋頂上，來實現(xiàn)避雷的效果。發(fā)展到后來人們專門打造一種形似于魚尾的器物，其實這是避雷針的最早形態(tài)，外國相關(guān)文獻也有記載。遠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，是無法有效避免雷擊的，避雷針的作用只是將雷擊的能量通過自身傳導(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。隨著世界各國電力行業(yè)的發(fā)展，簡單的避雷針已經(jīng)無法滿足遠距離輸電設(shè)備的防雷需求，因此技術(shù)人員研發(fā)了新型接閃器，也就是避雷線來保護遠距離輸電設(shè)備不受雷電災(zāi)害的干擾。

（二）避雷器

雖然遠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，無法實現(xiàn)對感應(yīng)電壓的防止。雷電能夠產(chǎn)生超過數(shù)十萬伏的感應(yīng)電壓，并順著輸電線進入到發(fā)電設(shè)備中，造成發(fā)電企業(yè)無法正常工作。

1.管型避雷器

管型避雷器是一種能夠通過自身裝置噴氣而熄滅電弧的設(shè)備，是由兩個間隙組成，其中一個間隙充當保護間隙，能夠起到保護間隙的作用，另外一個間隙放置在避雷器內(nèi)，當外界雷電電壓擊穿內(nèi)外間隙時，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)由于電流流過產(chǎn)生的熱量而氣化，從而會出現(xiàn)有氣體從管內(nèi)的避雷設(shè)備中噴出，強制造成間隙熄狐。在選擇管型避雷器時要注意結(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，就會造成避雷系統(tǒng)的爆炸，反之則會造成避雷器內(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跳閘的設(shè)備，在遭受雷電襲擊時能夠自動的降壓泄流，一旦雷電電壓過后就能自動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內(nèi)置的電阻通過限流作用實現(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，這樣長時間的工作就會導(dǎo)致電流過大引起電阻燒壞，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，從而實現(xiàn)對整個電力網(wǎng)絡(luò)的保護作用。

（三）氧化鋅避雷器

氧化鋅是現(xiàn)階段國際上最為先進的避雷設(shè)備，氧化鋅避雷器主要采用多個氧化鋅閥片來實現(xiàn)防雷效果，氧化鋅閥片有著極其出色的物理特性，表現(xiàn)出極強的非線性特性，在外在電壓過高時內(nèi)部電阻可以達到非常小，小電阻能夠使在極短的時間內(nèi)引導(dǎo)大規(guī)模雷電電流，但是在正常工作時比如在電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中電阻會變的非常大，幾乎沒有電流能夠通過，這正是氧化鋅避雷器的先進之處。并且氧化鋅避雷器對于雷電產(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可替代的優(yōu)勢，但是在實際使用時容易爆炸、更換成本較高，無法實現(xiàn)永久性工作。為了解決氧化鋅避雷器無法長時間工作的缺陷，串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器應(yīng)運而生，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)驗而言，隨著我國通信行業(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)過認真分析發(fā)現(xiàn)，大部分事故都是由于雷電通過無線電波進入到通信設(shè)備內(nèi)部，引起通信設(shè)備癱瘓造成的，迫于生產(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。對于通信行業(yè)的防雷工作主要是從電源開始做好防護工作，而對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出現(xiàn)雷電災(zāi)害時，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間內(nèi)將大量的電流傳導(dǎo)到地上，以此來實現(xiàn)保護電路的效果。

（五）通信線路避雷器

僅僅在通信終端安裝避雷器是無法實現(xiàn)對雷電災(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，其基本防治原理與通信終端的防治一樣。現(xiàn)階段對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)比較嚴格，因此對于通信線路上的避雷器效果要求比較嚴格。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，但是會影響通信頻率的影響。

三、防雷產(chǎn)品發(fā)展新進展

（一）柔性避雷裝置

經(jīng)過研究人員長時間的考察，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，當出現(xiàn)雷電災(zāi)害時，能夠通過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，從而實現(xiàn)將雷電電荷引入地下，柔性雷電裝置主要是針對逐漸興起的高層建筑或者是大型建筑比如機場等重要部門。

（二）激光避雷

激光避雷設(shè)備是由日本開始研發(fā)的防雷裝置，因為雷電災(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來發(fā)揮防治，激光的傳播嚴格按照直線傳播并且能夠在較短的時間內(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這種方式為雷電開辟一條傳輸通道，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

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，比如太陽能設(shè)備的普及，未來太陽能設(shè)備會出現(xiàn)大片太陽能技術(shù)的屋頂和建筑，這對于防雷技術(shù)的研發(fā)提出了新的要求和新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段我國現(xiàn)有的防雷技術(shù)和產(chǎn)品無法很好地解決太陽能設(shè)備的防雷工作，為了有效提高太陽能設(shè)備的使用性能，必須嚴格按照實際需要繼續(xù)創(chuàng)新現(xiàn)有雷電技術(shù)，因此未來防雷產(chǎn)品的發(fā)展應(yīng)向著防雷設(shè)備與太陽能設(shè)備有機結(jié)合方向進行研究，并且還要保證外形美觀。

五、總結(jié)

防雷是長久以來困擾人類生活的問題，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，對于雷電的起因與雷電的傳播特點要繼續(xù)進行研究，對于新的防雷設(shè)備和技術(shù)要經(jīng)過實際使用后，再大范圍使用。對于雷電的防護任何時候都不能懈怠，我們要在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新和探索，爭取盡早實現(xiàn)對于雷電災(zāi)害的有效防治。

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