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防雷產(chǎn)品的技術(shù)原理及發(fā)展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):186
核心提示:

  在國民經(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)是熱門話題,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。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。

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)雷電的崇拜和恐懼就逐漸消失,并開始以科學(xué)的眼光來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。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。但后來的研究表明:避雷針是無法避免雷擊的發(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放電,也就是說避雷針只是比它周圍的其它物體更容易接閃雷電,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),而與其外形無關(guān),就是說避雷針不一定是尖的。現(xiàn)在防雷技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng)稱這一類防雷裝置為接閃器。

  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)為千家萬戶提供動(dòng)力和照明時(shí),雷電也大量危害高壓輸變電設(shè)備。高壓線架設(shè)高、距離長、穿越地形復(fù)雜,容易被雷擊中。避雷針的保護(hù)范圍不足以保護(hù)上千公里的輸電線,因此避雷線作為保護(hù)高壓線的新型接閃器就應(yīng)運(yùn)而生。在高壓線獲得保護(hù)后,與高壓線連接的發(fā)、配電設(shè)備仍然被過電壓損壞,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)到附近的金屬導(dǎo)體中的,感應(yīng)雷可通過兩種不同的感應(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),附近的導(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周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng),在其附近的導(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。)雷電在高壓線上感應(yīng)起電涌,并沿導(dǎo)線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)線中的電涌,人們發(fā)明了線路避雷器。

  早期的線路避雷器是開放的空氣間隙。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)出了早期的線路避雷器,將一根導(dǎo)線的一端連在輸電線上,另一根導(dǎo)線的一端接地,兩根導(dǎo)線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)于開路,不會(huì)影響線路的正常工作。當(dāng)過電壓侵入時(shí),空氣間隙被擊穿,過電壓被箝位到很低的水平,過電流也通過空氣間隙泄放入地,實(shí)現(xiàn)了避雷器對(duì)線路的保護(hù)。開放間隙有太多的缺點(diǎn),如擊穿電壓受環(huán)境影響大;空氣放電會(huì)氧化電極;空氣電弧形成后,需經(jīng)過多個(gè)交流周期才能熄弧,這就可能造成避雷器故障或線路故障。以后研制出的氣體放電管、管式避雷器、磁吹避雷器在很大程度上克服了這些毛病,但他們?nèi)匀皇墙⒃跉怏w放電的原理上。氣體放電型避雷器的固有缺點(diǎn):沖擊擊穿電壓高;放電時(shí)延較長(μs級(jí));殘壓波形陡峭(dV/dt較大)。這些缺點(diǎn)決定了氣體放電型避雷器對(duì)敏感電氣設(shè)備的保護(hù)能力不強(qiáng)。

  半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展為我們提供了防雷新材料,比如穩(wěn)壓管,其伏—安特性是符合線路防雷要求的,只是其通過雷電流的能力弱,使得普通的穩(wěn)壓管不能直接用作避雷器。早期的半導(dǎo)體避雷器是以碳化硅材料做成的閥式避雷器,它具有與穩(wěn)壓管相似的伏—安特性,但通過雷電流的能力很強(qiáng)。不過很快人們又發(fā)現(xiàn)了金屬氧化物半導(dǎo)體變阻器(MOV),其伏—安特性更好,并具有響應(yīng)時(shí)間快、通流容量大等許多優(yōu)點(diǎn)。因此,目前普遍采用MOV線路避雷器。

  隨著通信的發(fā)展,又產(chǎn)生了許多用于通信線路的避雷器,由于受通信線路傳輸參數(shù)的約束,這一類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)品種類繁多,大致可分為四大類:

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認(rèn)識(shí)是有一個(gè)發(fā)展過程的,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)不同的防雷類別分別選為30米、45米、60米。

2)在保護(hù)范圍內(nèi)并不是沒有雷擊,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,也就是說接閃器的防雷效果越好。

3)接閃器并非越高越好,超過60米的接閃器在技術(shù)上是沒有多大意義的。

  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)了一些形狀各異,五彩繽紛的接閃器,但其防雷原理并沒有改變。

  由于傳

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