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防雷產品的技術發展

2021-09-08

  當人們知道雷是一種電現象后,對雷電的崇拜和恐懼*逐漸消失,并開始以科學的眼光來從新觀察這一神奇的自然現象,希望能利用或控制雷電活動以造福人類。200多年前富蘭克林率先在技術上向雷電發起了挑戰,他發明的避雷針可能要算是早的防雷產品,**這一品名幾乎已被所有的人知道。其實,富蘭克林在發明避雷針時是以為金屬避雷針的**放電作用可以綜合雷云中的電荷,使雷云和大地間的電場降低到無法擊穿空氣的水平,從而避免了雷擊的發生,所以當時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生的,它之所以能防止雷擊是因為高高聳立的避雷針改變了大氣電場,使得一定范圍的雷云總是向避雷針放電,也*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,這*是避雷針的防雷原理。進一步的研究表明避雷針的接閃作用幾乎只與其高度有關,而與其外形無關,*是說避雷針不一定是尖的?,F在防雷技術領域統稱這一類防雷裝置為接閃器。

  電的普遍使用促進了防雷產品的發展,當高壓輸電網為千家萬戶提供動力和照明時,雷電也大量危害高壓輸變電設備。高壓線架設高、距離長、穿越地形復雜,容易被雷擊中。避雷針的保護范圍不足以保護上千公里的輸電線,因此避雷線作為保護高壓線的新型接閃器*應運而生。在高壓線獲得保護后,與高壓線連接的發、配電設備仍然被過電壓損壞,人們發現這是由于“感應雷”在作怪。(感應雷是因為直擊雷放電而感應到附近的金屬導體中的,感應雷可通過兩種不同的感應方式侵入導體,一是靜電感應:當雷云中的電荷積聚時,附近的導體也會感應上相反的電荷,當雷擊放電時,雷云中的電荷迅速釋放,而導體中原來被雷云電場束縛住的靜電也會沿導體流動尋找釋放通道,*會在電路中形成電脈沖。二是電磁感應:在雷云放電時,迅速變化的雷電流在其周圍產生強大的瞬變電磁場,在其附近的導體中產生很高的感生電動勢。研究表明:靜電感應方式引起的浪涌數倍于電磁感應引起的浪涌。)雷電在高壓線上感應起電涌,并沿導線傳播到與之相連的發、配電設備,當這些設備的耐壓較低時*會被感應雷損壞,為抑制導線中的電涌,人們發明了線路避雷器。

  早期的線路避雷器是開放的空氣間隙??諝獾膿舸╇妷汉芨?,約500kV/m,而當其被高電壓擊穿后*只有幾十伏的低壓了。利用空氣的這一特性人們設計出了早期的線路避雷器,將一根導線的一端連在輸電線上,另一根導線的一端接地,兩根導線的另一端相隔一定距離構成空氣間隙的兩個電極,間隙距離確定了避雷器的擊穿電壓,擊穿電壓應略高于輸電線的工作電壓,這樣當電路正常工作時,空氣間隙相當于開路,不會影響線路的正常工作。當過電壓侵入時,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,實現了避雷器對線路的保護。開放間隙有太多的缺點,如擊穿電壓受環境影響大;空氣放電會氧化電極;空氣電弧形成后,需經過多個交流周期才能熄弧,這*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,但他們仍然是建立在氣體放電的原理上。氣體放電型避雷器的固有缺點:沖擊擊穿電壓高;放電時延較長(μs級);殘壓波形陡峭(dV/dt較大)。這些缺點決定了氣體放電型避雷器對敏感電氣設備的保護能力不強。 內容來自:中電易展網

  半導體技術的發展為我們提供了防雷新材料,比如穩壓管,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,使得普通的穩壓管不能直接用作避雷器。早期的半導體避雷器是以碳化硅材料做成的閥式避雷器,它具有與穩壓管相似的伏—安特性,但通過雷電流的能力很強。不過很快人們又發現了金屬氧化物半導體變阻器(MOV),其伏—安特性更好,并具有響應時間快、通流容量大等許多優點。因此,目前普遍采用MOV線路避雷器。 內容來自:中電易展網

  隨著通信的發展,又產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的約束,這一類避雷器要考慮電容和電感等影響傳輸參數的指標。但其防雷原理與MOV基本一致。


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