[科普中国]-现代防雷技术

简介

现代防雷技术是一项系统工程，包含外部防雷和内部防雷两个方面。外部防雷既是对直击雷的防护，由接闪器(接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网)、引下线、接地体，作用是接闪、泄放雷电流，通过该措施可将绝大部分雷电能量直接导入大地。内部防雷主要由屏蔽、等电位、过电压保护和安全距离等组成，其作用是均衡系统电位，限制过电压幅值。1

发展历史当人们了解雷本身也是一种电的现象后，就开始用科学的眼光来观察这一自然现象，希望了解其规律以趋利避害。

接闪杆是早期的防雷装置，其顶端高于被保护的建筑物，引导其周围一定范围的雷云向其放电，使得接闪杆较周围的其他物体更易接受雷电闪击，从而使建筑物得到保护。

接闪带(网)是由接闪杆演化而来的，是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的金属导体，用于保护建筑物，其优点是敷设简便、造价低。而且它在接闪后由相互连通的导体分流，再由多根引下线泄散雷电流，采用多根引下线的结果是使室内、室外设备上产生的过电压降至最低。

法拉第笼型防雷方式则是利用建筑物结构钢筋网格构成，可同时解决建筑物屏蔽和等电位等问题，极大地提高了建筑物防雷的可靠性。

电力高压线通过架设架空地线获得直击雷保护后，与高压线连接的发、配电设备仍然会被过电压损坏，这都是由于雷电感应作用所致，为抑制导线中直击或感应的电涌，人们发明了线路避雷器。1

防雷设施原理早期的线路避雷器是开放的空气间隙。人们将一根导线的一端连在输电线上，另一根导线的一端接地，两根导线的另一端相隔一定距离构成空气间隙的两个电极，调节间隙距离可确定其击穿电压，击穿电压的设定应略高于输电线的工作电压，这样当电路正常工作时，空气间隙相当于开路，不会影响线路的正常工作。当雷电过电压侵入时，空气间隙被击穿，过电压被移位到很低的水平，过电流也通过空气间隙泄放入地，实现了电涌保护器对线路的保护。半导体技术的发展为我们提供了防雷所需的新材料，比如稳压管等，其伏-安特性是符合半导体线路防雷的要求，只是其通过雷电流的能力弱，使得普通的稳压管不能直接用作电涌保护器。早期的半导体电涌保护器是以碳化硅材料做成的阀式避雷器，它具有与稳压管相似的伏-安特性，但通过雷电流的能力很强。不过很快人们又发现了金属氧化锌材料，其伏-安特性更好，并具有响应时间快、通流容量大等许多优点。因此，目前普遍采用金属氧化锌等作为电涌保护器的非线性元件。

随着通信技术的发展，又产生了许多用于通信线路的电涌保护器，由于受通信线路传输参数的约束，这一类电涌保护器要考虑分布电容和电感等影响传输参数的指标，但其防雷原理基本一致。1