常規(guī)避雷裝置及其發(fā)展

1750年，富蘭克林提出以針尖放出電荷緩慢中和雷云中的電荷的避雷針用來(lái)防雷。后來(lái)的實(shí)踐證明，它不能“避雷”，而是將雷引向自身來(lái)保護(hù)其周圍的設(shè)備。隨后俄國(guó)羅蒙諾索夫在重復(fù)了富蘭克林的著名風(fēng)箏試驗(yàn)（他的朋友利赫曼和他一起試驗(yàn)，因被引下的直擊閃電擊中而犧牲）之后，于1753年發(fā)表的論文（關(guān)于因電力而產(chǎn)生的大氣現(xiàn)象的發(fā)言）中也對(duì)此作了重要論證。一個(gè)鮮為人知的重要事實(shí)是，富蘭克林發(fā)表避雷針理論之后不久，法國(guó)一位工程師即按其理論建立一個(gè)避雷針，并且很快發(fā)生一次接閃。這是人類首次主動(dòng)設(shè)法改變雷閃途徑，也是直擊雷可以防護(hù)的證明。這位法國(guó)工程師作為一個(gè)正直的科學(xué)家，當(dāng)即高興地報(bào)告了富蘭克林避雷針的引雷成功。

避雷針的實(shí)際應(yīng)用，必須解決的是它的保護(hù)范圍問(wèn)題。這是在試驗(yàn)室和實(shí)際應(yīng)用中多年逐步定量化的，而且其精確性已基本滿足了工程設(shè)計(jì)的需要。正是各國(guó)高壓輸電和電力系統(tǒng)的發(fā)展推動(dòng)了這一科研工作的前進(jìn)。

1925-1926年，Peek第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用沖擊電壓發(fā)生器造成“人工雷”對(duì)避雷針模型放電，研究保護(hù)范圍—保護(hù)系數(shù)與雷云高度對(duì)針高之比（H/h）的關(guān)系,并研究了雷云極性對(duì)保護(hù)系數(shù)的影響。1930-1934年，各國(guó)開(kāi)始廣泛利用避雷針保護(hù)發(fā)電廠和變電所。當(dāng)時(shí)230KV電網(wǎng)已經(jīng)出現(xiàn)多年，287KV超高壓電網(wǎng)正在建設(shè)中。如美國(guó)煤氣和電力公司(AGE)1934年開(kāi)始用避雷針、避雷線保護(hù)變電所,避雷線的保護(hù)范圍是這樣確定的:當(dāng)架構(gòu)強(qiáng)度足夠時(shí),每保護(hù)水平距離0.45m,避雷線懸掛高度要抬高0.3m;架構(gòu)強(qiáng)度受限制時(shí)，每保護(hù)水平距離0.6m，要抬高0.3m。這分別相當(dāng)于保護(hù)角56°和64°。這與日本60年代末的防雷規(guī)范60°相近。到60年代初（1963年Davis）、70年代初美、英等國(guó)對(duì)保護(hù)輸電線路的避雷線的保護(hù)范圍陸續(xù)提出擊距理論，即考慮雷電流輻值的大小來(lái)選定保護(hù)范圍。我國(guó)高電壓工作者（朱木美教授指導(dǎo)王小瑜同志）在職1962~1964年研究輸電線路防雷時(shí)也提出了類似方法。至于用來(lái)保護(hù)發(fā)電廠和變電所，我國(guó)50年代因擔(dān)心避雷線斷線會(huì)波及全廠和全變電所而只采用避雷針。到70年代中期，才明確避雷線可用于發(fā)電廠和變電所的保護(hù)。

避雷帶

避雷帶是在建筑物的屋脊和屋頂四周敷設(shè)的接地導(dǎo)體，是由避雷針、避雷線發(fā)展而來(lái)的。作者最早是由德國(guó)資料中了解到這項(xiàng)技術(shù)。避雷網(wǎng)是在避雷帶的中間敷設(shè)接地導(dǎo)體，以保護(hù)建筑物的中間部位。用于保護(hù)建筑物，其優(yōu)點(diǎn)是敷設(shè)簡(jiǎn)便、造價(jià)低,而且同高聳的避雷針相比,引雷的幾率大為減少。而且它接閃后一般是由多根引下線泄散電流，室內(nèi)設(shè)備上的反擊電壓相對(duì)較低。我國(guó)建筑防雷工作者提出并在全國(guó)廣泛應(yīng)用的籠型防雷方式則是利用建筑物鋼筋形成的法拉籠。同時(shí)也解決了等電位連接問(wèn)題，極大地提高了建筑防雷的可靠性。此外，它也便于籠內(nèi)（屋內(nèi)）電力、電信、電子設(shè)施統(tǒng)一接地（共地式）。我國(guó)電力部門(mén)發(fā)電廠廠房、機(jī)房、變電所及主控室，包括控制和信號(hào)電纜等不同用途不同電壓設(shè)備，并制訂1952、1956年以來(lái)各版過(guò)電壓和接地標(biāo)準(zhǔn)。這同IEC近年規(guī)定、國(guó)外公司廣泛宣傳的統(tǒng)一接地和等電位連接相比，要早40年以上。

人們?cè)髨D利用在針尖敷設(shè)上放射物質(zhì)來(lái)提高引雷作用，擴(kuò)大保護(hù)范圍，后來(lái)證明無(wú)效。60年代末、70年代初，英、德等國(guó)建筑物防雷規(guī)范已明確做出否定的結(jié)論。80年代，水利電力部電力科學(xué)院在高壓試驗(yàn)室內(nèi)所做的試驗(yàn)也證明，放射性避雷針在引雷效果上與同尺寸的普通避雷針沒(méi)有差別。我國(guó)過(guò)電壓與絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)它一直持否定態(tài)度。盡管國(guó)際上已有定論,法國(guó)及一些法語(yǔ)國(guó)家還有一些地方，繼續(xù)使用帶有放射物的避雷針。我國(guó)一些從法語(yǔ)國(guó)家引進(jìn)的工業(yè)設(shè)備,還有用這種避雷針保護(hù)的。這不僅浪費(fèi)資金,無(wú)助于防雷改進(jìn),而且由于其放射性物質(zhì)，還造成人身的環(huán)境方面的隱患。它違反我國(guó)所有有關(guān)防雷的標(biāo)準(zhǔn)。

提前放電避雷針的工作原理

提前放電避雷針的工作原理就是產(chǎn)生一個(gè)比普通避雷針更加快的上行先導(dǎo)。 此描述基于負(fù)極性下行放電的情況下，此類放電形式最具有普遍性。

單位怎樣進(jìn)行雷電災(zāi)害防護(hù)

1、 單位應(yīng)定期由專業(yè)防雷公司檢測(cè)防雷設(shè)施，評(píng)估防雷設(shè)施是否符合國(guó)家規(guī)范要求，比如：學(xué)校、公司、區(qū)級(jí)以上醫(yī)院、四星級(jí)以上賓館、城區(qū)內(nèi)高度在45米以上的高層建筑需兩年檢測(cè)一次。

2、 單位應(yīng)設(shè)立防范雷電災(zāi)害責(zé)任人，負(fù)責(zé)防雷安全工作，建立各項(xiàng)防雷安全工作，建立各項(xiàng)防雷設(shè)施的定期檢測(cè)，雷雨后的檢查和日常的維護(hù)。如雷雨過(guò)后,安裝在電話程控交換機(jī)、電腦等電器設(shè)備電源上和信號(hào)線上的過(guò)壓保護(hù)器應(yīng)檢查有無(wú)損壞，發(fā)現(xiàn)損壞時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

3、 建設(shè)單位在防雷設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境、被保護(hù)物的特點(diǎn)，雷電活動(dòng)規(guī)律等因素綜合考慮，采用安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)施工。

4、 應(yīng)采用技術(shù)和質(zhì)量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的防雷設(shè)備、器件、器材、避免使用非標(biāo)準(zhǔn)防雷產(chǎn)品和器件。

5、 新增加建設(shè)和新增加安裝設(shè)備應(yīng)同時(shí)對(duì)防雷系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和建設(shè)，如：重新鋪設(shè)電腦網(wǎng)絡(luò)線、室外天線的移位和加高等等都應(yīng)該重新設(shè)計(jì)和建設(shè)防雷設(shè)施。

6、 雷災(zāi)發(fā)生時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，采取措施，避免再次雷擊。

雷電保護(hù)的整體概念

六點(diǎn)防雷計(jì)劃

針對(duì)雷電的危害，我們認(rèn)為防雷必須是全面的。主要包括以下六方面：

A 控制雷擊點(diǎn)（采用大保護(hù)范圍的避雷針）

B 安全引導(dǎo)雷電流入地網(wǎng)

C 完善的低阻地網(wǎng)

D 消除地面回路

E 電源的浪涌沖擊防護(hù)

F 信號(hào)及數(shù)據(jù)線的瞬變保護(hù)

在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，雖然人類不可能完全控制暴烈的雷電，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索與實(shí)踐，已積累起很多有關(guān)防雷的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，形成一系列對(duì)防雷行之有效的方法和技術(shù)，這些方法和技術(shù)對(duì)各行各業(yè)進(jìn)行行之有效地預(yù)防雷電災(zāi)害具有普遍的指導(dǎo)意義。

1>接閃
接閃就是讓在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電能量按照人們?cè)O(shè)計(jì)的通道泄放到大地中去。地面通信臺(tái)站的安全在很大程度上取決于能不能利用有效的接閃裝置，把一定保護(hù)范圍的閃電放電捕獲到，納入預(yù)先設(shè)計(jì)的對(duì)地泄放的合理途徑之中。避雷針是一種主動(dòng)式接閃裝置，其英文原名是Lightning Conductor，原意是閃電引導(dǎo)器，其功能就是把閃電電流引導(dǎo)入大地。避雷線和避雷帶是在避雷針基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。采用避雷針是最首要、最基本的防雷措施。

2>均壓連接
接閃裝置在捕獲雷電時(shí)，引下線立即升至高電位，會(huì)對(duì)防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)，并使其電位升高，進(jìn)而對(duì)人員和設(shè)備構(gòu)成危害。為了減少這種閃絡(luò)危險(xiǎn)，最簡(jiǎn)單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導(dǎo)體等電位連接起來(lái)，一直到接地裝置。臺(tái)站內(nèi)的金屬設(shè)施、電氣裝置和電子設(shè)備，如果其與防雷系統(tǒng)的導(dǎo)體，特別是接閃裝置的距離達(dá)不到規(guī)定的安全要求時(shí)，則應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線把它們與防雷系統(tǒng)進(jìn)行等電位連接。這樣在閃電電流通過(guò)時(shí)，臺(tái)站內(nèi)的所有設(shè)施立即形成一個(gè)“等電位島”，保證導(dǎo)電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊。

3>接地
接地就是讓已經(jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓,避免發(fā)生反擊。過(guò)去有些規(guī)范要求電子設(shè)備單獨(dú)接地，目的是防止電網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作。90年代以前，部隊(duì)的通信導(dǎo)航裝備以電子管器件為主，采用模擬通信方式，模擬通信對(duì)干擾特別敏感，為了抗干擾，所以都采取電源與通信接地分開(kāi)的辦法?，F(xiàn)在，防雷工程領(lǐng)域不提倡單獨(dú)接地。在IEC標(biāo)準(zhǔn)和ITU相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都不提倡單獨(dú)接地，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1100-1992更尖銳地指出:不建議采用任何一種所謂分開(kāi)的、獨(dú)立的、計(jì)算機(jī)的、電子的或其它這類不正確的大地接地體作為設(shè)備接地導(dǎo)體的一個(gè)連接點(diǎn)。接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來(lái)。防雷接地是地面通信臺(tái)站安裝驗(yàn)收規(guī)范中最基本的安全要求。

4> 分流
分流就是在一切從室外來(lái)的導(dǎo)線（包括電力電源線、電話線、信號(hào)線、天線的饋線等）與接地線之間并聯(lián)一種適當(dāng)?shù)谋芾灼?。?dāng)直接雷或感應(yīng)雷在線路上產(chǎn)生的過(guò)電壓波沿著這些導(dǎo)線進(jìn)入室內(nèi)或設(shè)備時(shí)，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態(tài)，將閃電電流分流入地。

分流是現(xiàn)代防雷技術(shù)中迅猛發(fā)展的重點(diǎn)，是防護(hù)各種電氣電子設(shè)備的關(guān)鍵措施。近年來(lái)頻繁出現(xiàn)的新形式雷害幾乎都需要采用這種方式來(lái)解決。由于雷電流在分流之后，仍會(huì)有少部分沿導(dǎo)線進(jìn)入設(shè)備，這對(duì)于不耐高壓的微電子設(shè)備來(lái)說(shuō)仍是很危險(xiǎn)的，所以對(duì)于這類設(shè)備在導(dǎo)線進(jìn)入機(jī)殼前應(yīng)進(jìn)行多級(jí)分流。

現(xiàn)在避雷器的研究與發(fā)展，也超出了分流的范圍。有些避雷器可直接串聯(lián)在信號(hào)線或天線的饋線上，它們能讓有用信號(hào)順暢通過(guò)，而對(duì)雷電過(guò)壓波進(jìn)行阻隔。

采用分流這一防雷措施時(shí)，應(yīng)特別注意避雷器性能參數(shù)的選擇，因?yàn)楦郊釉O(shè)施的安裝或多或少地會(huì)影響系統(tǒng)的性能。比如信號(hào)避雷器的接入應(yīng)不影響系統(tǒng)的傳輸速率；天饋避雷器在通帶內(nèi)的損耗要盡量??；若使用在定向設(shè)備上，不能導(dǎo)致定位誤差。

5>屏蔽
屏蔽就是用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對(duì)象包圍起來(lái)，阻隔閃電的脈沖電磁場(chǎng)從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對(duì)電子設(shè)備影響的最有效方法。