摘要：在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多重要領(lǐng)域（郵電、廣電、金融、電力、公路等）防雷已經(jīng)是熱門(mén)話(huà)題，這是因?yàn)镮T技術(shù)的普及導(dǎo)致了保護(hù)IT設(shè)備的防雷產(chǎn)品需求的高速增長(zhǎng)。有需求就有供給正是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的魅力所在，因此防雷產(chǎn)品市場(chǎng)興旺發(fā)達(dá)，各種新品層出不窮，防雷技術(shù)也有了很大的發(fā)展。要害詞：防雷接閃器低壓電源避雷器一.防雷產(chǎn)品的變遷當(dāng)人們知道雷是一種電現(xiàn)象后，對(duì)雷電的崇拜和懼怕就逐漸消失，并開(kāi)始以科學(xué)的眼光來(lái)從新觀察這一神奇的自然現(xiàn)象，希望能利用或控制雷電活動(dòng)以造福人類(lèi)。200多年前富蘭克林率先在技術(shù)上向雷電發(fā)起了挑戰(zhàn)，他發(fā)明的避雷針可能要算是最早的防雷產(chǎn)品，今天這一品名幾乎已被所有的人知道。其實(shí)，富蘭克林在發(fā)明避雷針時(shí)是以為金屬避雷針的尖端放電作用可以綜合雷云中的電荷，使雷云和大地間的電場(chǎng)降低到無(wú)法擊穿空氣的水平，從而避免了雷擊的發(fā)生，所以當(dāng)時(shí)的避雷針一定要求是尖的。但后來(lái)的研究表明：避雷針是無(wú)法避免雷擊的發(fā)生的，它之所以能防止雷擊是因?yàn)楦吒呗柫⒌谋芾揍樃淖兞舜髿怆妶?chǎng)，使得一定范圍的雷云總是向避雷針?lè)烹姡簿褪钦f(shuō)避雷針只是比它四周的其它物體更輕易接閃雷電，避雷針被雷擊中而其它物體受到保護(hù)，這就是避雷針的防雷原理。進(jìn)一步的研究表明避雷針的接閃作用幾乎只與其高度有關(guān)，而與其外形無(wú)關(guān)，就是說(shuō)避雷針不一定是尖的。現(xiàn)在防雷技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng)稱(chēng)這一類(lèi)防雷裝置為接閃器。電的普遍使用促進(jìn)了防雷產(chǎn)品的發(fā)展，當(dāng)高壓輸電網(wǎng)為千家萬(wàn)戶(hù)提供動(dòng)力和照明時(shí)，雷電也大量危害高壓輸變電設(shè)備。高壓線(xiàn)架設(shè)高、距離長(zhǎng)、穿越地形復(fù)雜，輕易被雷擊中。避雷針的保護(hù)范圍不足以保護(hù)上千公里的輸電線(xiàn)，因此避雷線(xiàn)作為保護(hù)高壓線(xiàn)的新型接閃器就應(yīng)運(yùn)而生。在高壓線(xiàn)獲得保護(hù)后，與高壓線(xiàn)連接的發(fā)、配電設(shè)備仍然被過(guò)電壓損壞，人們發(fā)現(xiàn)這是由于“感應(yīng)雷”在作怪。（感應(yīng)雷是因?yàn)橹睋衾追烹姸袘?yīng)到四周的金屬導(dǎo)體中的，感應(yīng)雷可通過(guò)兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體，一是靜電感應(yīng)：當(dāng)雷云中的電荷積聚時(shí)，四周的導(dǎo)體也會(huì)感應(yīng)上相反的電荷，當(dāng)雷擊放電時(shí)，雷云中的電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中原來(lái)被雷云電場(chǎng)束縛住的靜電也會(huì)沿導(dǎo)體流動(dòng)尋找釋放通道，就會(huì)在電路中形成電脈沖。二是電磁感應(yīng)：在雷云放電時(shí)，迅速變化的雷電流在其四周產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)，在其四周的導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的感生電動(dòng)勢(shì)。研究表明：靜電感應(yīng)方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應(yīng)引起的浪涌。）雷電在高壓線(xiàn)上感應(yīng)起電涌，并沿導(dǎo)線(xiàn)傳播到與之相連的發(fā)、配電設(shè)備，當(dāng)這些設(shè)備的耐壓較低時(shí)就會(huì)被感應(yīng)雷損壞，為抑制導(dǎo)線(xiàn)中的電涌，人們發(fā)明了線(xiàn)路避雷器。早期的線(xiàn)路避雷器是開(kāi)放的空氣間隙。空氣的擊穿電壓很高，約500kV/m，而當(dāng)其被高電壓擊穿后就只有幾十伏的低壓了。利用空氣的這一特性人們?cè)O(shè)計(jì)出了早期的線(xiàn)路避雷器，將一根導(dǎo)線(xiàn)的一端連在輸電線(xiàn)上，另一根導(dǎo)線(xiàn)的一端接地，兩根導(dǎo)線(xiàn)的另一端相隔一定距離構(gòu)成空氣間隙的兩個(gè)電極，間隙距離確定了避雷器的擊穿電壓，擊穿電壓應(yīng)略高于輸電線(xiàn)的工作電壓，這樣當(dāng)電路正常工作時(shí)，空氣間隙相當(dāng)于開(kāi)路，不會(huì)目前普遍采用MOV線(xiàn)路避雷器。隨著通信的發(fā)展，又產(chǎn)生了許多用于通信線(xiàn)路的避雷器，由于受通信線(xiàn)路傳輸參數(shù)的約束，這一類(lèi)避雷器要考慮電容和電感等影響傳輸參數(shù)的指標(biāo)。但其防雷原理與MOV基本一致。二.現(xiàn)代防雷產(chǎn)品介紹現(xiàn)代防雷產(chǎn)品種類(lèi)繁多，大致可分為四大類(lèi)：1.接閃器避雷針是最早的接閃器，也是目前世界上公認(rèn)的最成熟的防直擊雷裝置。避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線(xiàn)是避雷針的變形，其接閃原理是一致的。對(duì)避雷針的接閃原理的熟悉是有一個(gè)發(fā)展過(guò)程的，現(xiàn)在的滾球法理論比較全面地解釋了接閃器吸引雷電的各種現(xiàn)象，被國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)所采納。滾球法理論認(rèn)為：1）接閃器的保護(hù)范圍如圖所示：半徑為R的球與接閃器和地面相切繞接閃器滾動(dòng)一周所形成的陰影區(qū)域即為接閃器的保護(hù)范圍。R根據(jù)不同的防雷類(lèi)別分別選為30米、45米、60米。2）在保護(hù)范圍內(nèi)并不是沒(méi)有雷擊，只是雷擊能量較小，滾球半徑R越小，進(jìn)入保護(hù)范圍的雷擊能量也越小，也就是說(shuō)接閃器的防雷效果越好。3）接閃器并非越高越好，超過(guò)60米的接閃器在技術(shù)上是沒(méi)有多大意義的。理論上任何良好接地的金屬物體都可以作為接閃器，因此隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)接閃器的外形提出了要求，希望能與漂亮的現(xiàn)代建筑協(xié)調(diào)，出現(xiàn)了一些外形各異，五彩繽紛的接閃器，但其防雷原理并沒(méi)有改變。由于傳統(tǒng)接閃器并沒(méi)有消除雷擊，而只是將雷電流引向自身，這樣會(huì)帶來(lái)地電位升高、側(cè)擊、雷電流電磁干擾等方法。近年來(lái)出現(xiàn)了一些新產(chǎn)品，聲稱(chēng)在進(jìn)一步控制雷電方面取得了成果。1）消雷器消雷器是國(guó)內(nèi)近年來(lái)有非常大影響的防雷產(chǎn)品。它是希望改變接閃器的材料和外形來(lái)產(chǎn)生電流綜合雷云中的電荷，讓雷云在消雷器的保護(hù)范圍內(nèi)無(wú)法建立起接閃所需的場(chǎng)強(qiáng)，以達(dá)到消雷的目的。由于消雷器所聲稱(chēng)的效果完全滿(mǎn)足了人們所希望的防雷效果，因此一段時(shí)間內(nèi)消雷器風(fēng)靡國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。后來(lái)國(guó)內(nèi)許多專(zhuān)家提出異議，認(rèn)為消雷器的原理在技術(shù)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，并在理論上和實(shí)踐上提出了大量例證，市售消雷器并不能真正消雷。由于兩派觀點(diǎn)都有國(guó)內(nèi)知名防雷專(zhuān)家支持，所以消雷器在國(guó)內(nèi)防雷學(xué)術(shù)界引起極大的爭(zhēng)論，遺憾的是最后這些爭(zhēng)論發(fā)展到超出了學(xué)術(shù)范疇，認(rèn)為是專(zhuān)家的道德問(wèn)題，有的居然提到了偽科學(xué)問(wèn)題。結(jié)果誰(shuí)也沒(méi)被說(shuō)服，爭(zhēng)論最后以行政命令禁用消雷器而告終。在消雷器的繁榮時(shí)期，許多廠(chǎng)家也提供與消雷器相似原理的接閃器，名目繁多，有導(dǎo)體消雷器、半導(dǎo)體消雷器、大幅度降低接閃電流的非凡避雷針等。在各部發(fā)文禁用消雷器后，這些產(chǎn)品也銷(xiāo)聲匿跡，或改頭換面。2）非凡避雷針還有一些避雷針承認(rèn)自己接閃雷電，但其保護(hù)范圍非凡大，而且不會(huì)因?yàn)榧友b了避雷針而增大雷擊概率。這一類(lèi)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的份額不大，沒(méi)多少人去深究其技術(shù)原理的可行性。但在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定任何接閃器都只能按滾球法校核保護(hù)范圍。3)引下線(xiàn)一些廠(chǎng)家不在接閃器上作文章，卻在引下線(xiàn)上采取措施，他們認(rèn)為接閃器接閃時(shí)大量的雷電流通過(guò)引下線(xiàn)入地，會(huì)在四周的導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)雷，因此推出有屏蔽作用的引下線(xiàn)。必須指出：感應(yīng)雷主要是由雷云的靜電感應(yīng)引起的，只屏蔽引下線(xiàn)作用并不大，而是要加強(qiáng)所有導(dǎo)線(xiàn)的屏蔽效果，才能削弱感應(yīng)雷。其實(shí)，在國(guó)標(biāo)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057—94）中，對(duì)金屬引下線(xiàn)的規(guī)定就已采取了降低引下線(xiàn)電磁干擾的措施，如多根引下線(xiàn)的分流作用，均勻?qū)ΨQ(chēng)的布置在建筑物四面可相互抵消內(nèi)部電磁場(chǎng)，利用建筑物的鋼筋框架這個(gè)很好的屏蔽籠（法拉第籠）接閃引下雷電流等。因此，普通金屬引下線(xiàn)的方法在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都是可行的。2.低壓電源避雷器原郵電部的計(jì)算時(shí)仍然采用8×20μs電流波，在IEC1643《低壓配電系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備（SPD）——選用原理》中也采用8×20μs波來(lái)作為檢測(cè)避雷器（SPD）的主要電流波形。因此，不能說(shuō)用8×20μs波檢測(cè)避雷器的通流容量是過(guò)時(shí)的，也不能說(shuō)用8×20μs波檢測(cè)避雷器的通流容量就不符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2）保護(hù)電路MOV避雷器的失效有短路和開(kāi)路兩種形式，強(qiáng)大的雷電流可能將避雷器擊壞，形成開(kāi)路故障，這時(shí)避雷器模塊的外形往往會(huì)被破壞。避雷器也可能因時(shí)間長(zhǎng)材料老化而動(dòng)作電壓下降，當(dāng)動(dòng)作電壓下降到低于線(xiàn)路工作電壓的水平時(shí)，避雷器通過(guò)交流電流增加，避雷器發(fā)熱，最終會(huì)破壞MOV器件的非線(xiàn)性特性，導(dǎo)致避雷器部分短路燒毀。電源線(xiàn)路故障造成的工作電壓升高也可能產(chǎn)生類(lèi)似情況。避雷器的開(kāi)路故障不影響電源供電，要檢查動(dòng)作電壓才能發(fā)現(xiàn)，因此避雷器需定期檢查。避雷器的短路故障影響電源供電，發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀導(dǎo)線(xiàn)，需要保護(hù)報(bào)警電路來(lái)確保供電安全，過(guò)去主要是在避雷器模塊上串聯(lián)保險(xiǎn)絲，但保險(xiǎn)絲既要保證雷電流通過(guò)又要在短路電流出現(xiàn)時(shí)熔斷，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)較困難，非凡是避雷器模塊多是部分短路，短路時(shí)流過(guò)的電流并不大，但持續(xù)電流足以使主要用于泄放脈沖電流的避雷器嚴(yán)重發(fā)熱。后來(lái)出現(xiàn)的溫度斷開(kāi)裝置較好地解決了這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)設(shè)定裝置的斷開(kāi)溫度來(lái)檢測(cè)避雷器的部分短路，一旦避雷器發(fā)熱裝置自動(dòng)斷開(kāi)，并給出光、電、聲地報(bào)警信號(hào)。3）殘壓信息產(chǎn)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定》（YD5078－98）對(duì)各級(jí)避雷器的殘壓做出了具體要求，應(yīng)該說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)是很輕易達(dá)到的，MOV避雷器的殘壓是其動(dòng)作電壓的2.5—3.5倍。直接并聯(lián)的單級(jí)避雷器其殘壓差別并不大，降低殘壓的措施是降低動(dòng)作電壓和增大避雷器通流容量，但動(dòng)作電壓太低由于電源不穩(wěn)造成的避雷器損壞就會(huì)增加。國(guó)外一些產(chǎn)品在進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)初期，動(dòng)作電壓都很低，后來(lái)都大大提高了動(dòng)作電壓。可以通過(guò)兩級(jí)避雷器來(lái)降低殘壓，如圖所示：雷電波入侵時(shí)避雷器1放電，產(chǎn)生的殘壓為V1；流過(guò)避雷器1的電流為I1；避雷器2放電的殘壓為V2，流過(guò)的電流為I2。這樣就有：V2=V1-I2Z顯然避雷器2的殘壓低于避雷器1的殘壓。有廠(chǎng)家提供兩級(jí)防雷的避雷器，用于單相電源防雷，因單相供電的功率一般在5KW以下，線(xiàn)路電流不大，阻抗電感輕易繞制。也有廠(chǎng)家提供三相的兩級(jí)避雷器，因三相電源的功率可能很大，因此這中避雷器的體積大、價(jià)格高。在標(biāo)準(zhǔn)中要求在電源線(xiàn)上多級(jí)加裝避雷器，其實(shí)也能實(shí)現(xiàn)降低殘壓的效果，只不過(guò)是利用了導(dǎo)線(xiàn)的自感做各級(jí)避雷器間的隔離阻抗電感。避雷器的殘壓只是避雷器的技術(shù)指標(biāo)，真正加在設(shè)備上的過(guò)電壓還要在殘壓的基礎(chǔ)上加上避雷器與電源線(xiàn)、地線(xiàn)連接的兩段導(dǎo)線(xiàn)電感產(chǎn)生的附加電壓，因此正確的安裝避雷器也是降低設(shè)備過(guò)電壓的重要措施。4）其它功能避雷器還可以根據(jù)用戶(hù)需要提供雷擊計(jì)數(shù)器、監(jiān)控接口和不同的安裝方式。3.通信線(xiàn)路避雷器通信線(xiàn)路避雷器的技術(shù)要求較高，因?yàn)槌藵M(mǎn)足防雷技術(shù)要求外，還須保證傳輸指標(biāo)符合要求。加上與通信線(xiàn)路相連的設(shè)備耐壓很低，對(duì)防雷器件的殘壓要求嚴(yán)格，因此在選擇防雷器件時(shí)較困難，目前常用的防雷器件的相關(guān)性能如下表所示：參數(shù)放電管MOVTVS電容很小大較小殘壓高中低通流容量大大小響應(yīng)速度慢快很快理想的通信線(xiàn)路防雷器件應(yīng)是電容小、殘壓低、通流大、響應(yīng)快。顯然表中的器件都不理想，放電管幾乎可以用于所有的通信頻率，但其防雷能力較弱；MOV電容較大，只適用于音頻傳輸，TVS耐雷電流的能力較弱只能起輔助保護(hù)作用。不同的防雷器件在電流波的沖擊下其殘壓波形也不同，如圖所示。根據(jù)殘壓波形的特點(diǎn)，可將避雷器分為開(kāi)關(guān)型和限壓型，也可以將兩種復(fù)合在一起，揚(yáng)長(zhǎng)避短。解決的方法是采用不同器件組合成兩級(jí)避雷器，其原理圖與電源的兩級(jí)避雷器同。只是第一級(jí)用放電管，中間隔離阻抗用電阻或PTC，第二級(jí)用TVS，這樣可以發(fā)揮各器件之所長(zhǎng)。這種避雷器大約可到幾十MHZ的頻率。更高頻率的避雷器就主要是采用放電管了，如移動(dòng)和尋呼的天饋線(xiàn)避雷器，否則很難滿(mǎn)足傳輸要求。也有產(chǎn)品采用高通濾波器的原理，因雷電波的能量頻譜集中在幾千赫茲到幾百千赫茲之間，相對(duì)于天線(xiàn)的頻率很低，濾波器輕易制作。最簡(jiǎn)單的電路是在高頻芯線(xiàn)上并聯(lián)一個(gè)小磁芯電感，就可以構(gòu)成高通濾波的避雷器。對(duì)于點(diǎn)頻通信天線(xiàn)也可采用四分之一波長(zhǎng)的短路線(xiàn)構(gòu)成帶通濾波器，防雷效果更好，但這兩種方法都會(huì)將天饋線(xiàn)上傳送的直流短路，其理論中，地網(wǎng)只是一個(gè)總的電位基準(zhǔn)點(diǎn)，并不是絕對(duì)的零電位點(diǎn)。要求地網(wǎng)外形是為了等電位的需要，而要求阻值就不符合邏輯了，當(dāng)然在條件許可時(shí)，獲得低的接地電阻總沒(méi)有什么錯(cuò)。另外供電和通信對(duì)接地電阻有要求，那已超出防雷技術(shù)的范圍。接地電阻主要受土壤電阻率和地極與土壤接觸電阻有關(guān)，在構(gòu)成地網(wǎng)時(shí)與外形和地極數(shù)量也有關(guān)系，降阻劑和各種接地極無(wú)非是改善地極與土壤的接觸電阻或接觸面積。但土壤電阻率起決定作用，其它的都較易改變，假如土壤電阻率太高就只有工程浩大的換土或改良土壤的方法才能有效，其它方法都難以湊效。防雷是一個(gè)老話(huà)題，但仍在不斷發(fā)展中，應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)在尚無(wú)萬(wàn)試萬(wàn)靈的產(chǎn)品。防雷技術(shù)還有許多待探索的東西，目前雷云起電的機(jī)理還不清楚，雷電感應(yīng)的定量研究也很薄弱，因此防雷產(chǎn)品也在發(fā)展中，一些防雷產(chǎn)品所聲稱(chēng)的新效果，需以科學(xué)的態(tài)度在實(shí)踐中檢驗(yàn)，在理論上發(fā)展完善。由于雷電本身是小概率事件，需要大量長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)分析才能得到有益的結(jié)果，這需要各方的通力合作才能實(shí)現(xiàn)。