防雷產品的現狀與發展趨勢概述

劉沛雨

（天津市中力防雷技術有限公司，天津 300384）

一、前言

富蘭克林通過風箏實驗，發現了能夠躲避雷電的方法，這也是防雷設備的雛形。在富蘭克林發明避雷針后，人們防范雷電災害的效率有了很大提升。隨著社會經濟的不斷發展，電力行業與通信行業發展規模日益擴大，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備進入到電網內部或者是通過無線電波進入到網絡設備中，會對相關行業造成致命性傷害。因為防雷措施不到位引起的災難性事故頻發，嚴重威脅著人們的身體及財產安全和國家信息部門的正常運轉，由于自然雷電引起的信息傳輸受損間接導致的諸多行業無法工作，所造成的損失無法估量，因此防雷產品的性能和創新是現階段避免雷電災害的主要手段。

二、防雷產品的發展歷史與現狀

（一）接閃器

接閃器是我國古代發明的一項防雷技術，根據古書記載，最早的接閃器是將銅質器物放到房屋頂上，來實現避雷的效果。發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，外國相關文獻也有記載。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到大地，從而避免出現雷電災害。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的發展，簡單的避雷針已經無法滿足遠距離輸電設備的防雷需求，因此技術人員研發了新型接閃器，也就是避雷線來保護遠距離輸電設備不受雷電災害的干擾。

（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電設備的雷電工作也必須得到有效保障。雷電產生的災害不單單有直接雷電電壓還有感應電壓，通常的接閃器只能預防直接雷電，無法實現對感應電壓的防止。雷電能夠產生超過數十萬伏的感應電壓，并順著輸電線進入到發電設備中，造成發電企業無法正常工作。

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，當外界雷電電壓擊穿內外間隙時，雷電產生的感應電流與短路電流經管道傳導至地下，管內物質由于電流流過產生的熱量而氣化，從而會出現有氣體從管內的避雷設備中噴出，強制造成間隙熄狐。在選擇管型避雷器時要注意結合具體避雷需要，比如考慮安裝設備的電流差，如果避雷器上的斷流電流小于線路最大短路電流的話，就會造成避雷系統的爆炸，反之則會造成避雷器內部燒壞。管型避雷器是靠間隙擊穿接地放電降壓來發揮防雷效果，但是這種設備的防雷效果有著明顯的弊端即容易造成短路，因此在實際應用中僅將其用于輸電線路的防雷中，并配備其他相關設備防止出現短路現象。

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正常。閥型避雷器的工作原理是功過內置的電阻通過限流作用實現的。因此閥型避雷器內置電阻的質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致電流過大引起電阻燒壞，為了避免由于電阻產生的熱量燒壞閥型避雷器，通常在使用閥型避雷器設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，從而實現對整個電力網絡的保護作用。

（三）氧化鋅避雷器

氧化鋅是現階段國際上最為先進的避雷設備，氧化鋅避雷器主要采用多個氧化鋅閥片來實現防雷效果，氧化鋅閥片有著極其出色的物理特性，表現出極強的非線性特性，在外在電壓過高時內部電阻可以達到非常小，小電阻能夠使在極短的時間內引導大規模雷電電流，但是在正常工作時比如在電力網絡系統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生的次生災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備所需要的，因此氧化鋅作為優秀的防雷設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勢，但是在實際使用時容易爆炸、更換成本較高，無法實現永久性工作。為了解決氧化鋅避雷器無法長時間工作的缺陷，串聯間隙氧化鋅避雷器應運而生，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

根據日常生產經驗而言，隨著我國通信行業的發展，通信行業遭受雷電災害的危害逐年增加，經過認真分析發現，大部分事故都是由于雷電通過無線電波進入到通信設備內部，引起通信設備癱瘓造成的，迫于生產壓力，使得低壓交流避雷器迅速發展，尤其是以MOV為材料的避雷器更是得到了大范圍的應用。對于通信行業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雷電災害時，防止由于電源而引發的電路上的設備損壞，低壓電源避雷器能夠在極端的時間內將大量的電流傳導到地上，以此來實現保護電路的效果。

（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對雷電災害的有效防治的，通信線路由于雷電災害出現的事故也層出不窮。但是防治通信線路的避免雷電災害不同于通信終端，由于通信傳輸線路中特殊的電容電感效應，必須考慮避雷器上電容與電感的參數指標，其基本防治原理與通信終端的防治一樣?，F階段對于通信線路上的防雷技術要求比其他方面的避雷設備要高，不僅要能夠起到對雷電有效地防治，還要不影響通信傳輸的質量，通信線路上的技術參數比較嚴格，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備最好是電容小，通流大，但是現實中目前為止很難有元件能夠滿足這些要求，部分元件能夠實現電容小的要求，但是會影響通信頻率的影響。

三、防雷產品發展新進展

（一）柔性避雷裝置

經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害，分析得知竹子中有種柔性螺旋物質，技術人員用此物質作為接閃器，并研發了相應的雷電衰減設備，當出現雷電災害時，能夠通過柔性螺旋的不銹鋼裝置向空中放出雷電出現的異性電荷，從而實現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

激光避雷設備是由日本開始研發的防雷裝置，因為雷電災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發展。激光正好能夠根據雷電曲線傳播的特點來發揮防治，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脫離形成等離子狀態，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，引導雷電傳輸到地上或者是安全地帶。

四、防雷產品發展新趨勢

隨著環保理念的逐步深入，可再生資源的設備得到大范圍地推廣使用，比如太陽能設備的普及，未來太陽能設備會出現大片太陽能技術的屋頂和建筑，這對于防雷技術的研發提出了新的要求和新的挑戰。現階段我國現有的防雷技術和產品無法很好地解決太陽能設備的防雷工作，為了有效提高太陽能設備的使用性能，必須嚴格按照實際需要繼續創新現有雷電技術，因此未來防雷產品的發展應向著防雷設備與太陽能設備有機結合方向進行研究，并且還要保證外形美觀。

五、總結

防雷是長久以來困擾人類生活的問題，隨著科學技術的發展，防雷技術和產品也經歷了由防雷雛形到新型防雷產品的發展，但是防雷技術還有很大的發展空間，對于雷電的起因與雷電的傳播特點要繼續進行研究，對于新的防雷設備和技術要經過實際使用后，再大范圍使用。對于雷電的防護任何時候都不能懈怠，我們要在現有的技術基礎上不斷創新和探索，爭取盡早實現對于雷電災害的有效防治。

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