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通過對當(dāng)前國內(nèi)常見的幾款非常規(guī)優(yōu)化避雷針的研究分析,歸納出了優(yōu)化避雷針?biāo)�采用的主要技術(shù),并對其先導(dǎo)放電和阻抗限流這兩種主要技術(shù)原理做了分析說明,指出了這類避雷針在具體應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。

自從1749 年富蘭克林發(fā)明避雷針以來,在人類社會長達(dá)兩個半多世紀(jì)的防雷歷史上,富蘭克林避雷針（傳統(tǒng)避雷針）無疑起到了十分積極的防直擊雷的作用。但是,隨著社會的發(fā)展,微電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用,它的局限性已越來越明顯地表現(xiàn)出來：

其一,保護(hù)的區(qū)域范圍小,側(cè)擊或繞擊的概率高。

其二,放電電流的幅度大,陡度高,容易形成高電位反擊和二次雷擊效應(yīng)。

延伸閱讀：對非常規(guī)避雷針的一點(diǎn)看法

為此,國內(nèi)外許多防雷專家,針對這兩大不足提出了各自的防雷理論,并通過大量的雷擊模擬試驗(yàn),采用多種技術(shù),研制出各種各樣的優(yōu)化避雷針,如美國的系統(tǒng)3000 避雷針、中光公司的zgu-200-3（ty）型優(yōu)化避雷針、法國杜 爾梅森公司的ese系列避雷針以及愛勞公司的ar限流避雷針等。許多學(xué)者也對當(dāng)前市場上出現(xiàn)的這些優(yōu)化避雷針進(jìn)行了一定的研究和應(yīng)用,但都不系統(tǒng)。

延伸閱讀：外部雷電防護(hù)系統(tǒng)如何部署(elps)?

由大量模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料表明,避雷針的外表形狀與其避雷效果并無明顯的關(guān)系。本文所研究的優(yōu)化避雷針是指較傳統(tǒng)避雷針有功能上的變化。如能改變雷電流的波形,提高避雷針的虛擬高度等,而不是指在形狀上改變的避雷針。

原理分析

通過對當(dāng)前國內(nèi)外生產(chǎn)的優(yōu)化避雷針的研究分析,發(fā)現(xiàn)其優(yōu)化避針針主要采用先導(dǎo)放電,阻抗限流等技術(shù)來解決其傳統(tǒng)避雷針的兩大不足,以改善其避雷效果。

1.先導(dǎo)放電原理分析

通過雷電的形成性質(zhì)可知,雷云對地面物質(zhì)放電,有以下兩種方式：上行雷閃和下行雷閃。一般來說,下行雷閃時,先導(dǎo)自上而下發(fā)展,主放電過程發(fā)生在地面附近,大地電荷供應(yīng)充分,所以放電過程來得迅速,造成雷電流幅值大（平均值為30 ～ 40ka）,陡度高（20 ～ 40ka/ms）,上行雷閃,一般沒有自上而下的主放電,它的放電電流,由不斷向上發(fā)展的先導(dǎo)過程產(chǎn)生,即使有主放電因雷云向主放電通道供應(yīng)電荷困難,所以放電電流幅值�。ㄆ骄�小于7ka）,且陡度低（小于5ka/ms）。上行雷閃不僅雷擊電流幅值小陡度低而且不發(fā)生繞擊。這是因?yàn)楫?dāng)雷閃先導(dǎo)自上而下發(fā)展時,該先導(dǎo)或者直接進(jìn)入雷云電荷中心、或者攔截自雷云向下發(fā)展的先導(dǎo),這樣中和雷云電荷的反應(yīng)在上空進(jìn)行,自雷云向下的先導(dǎo)就不會延伸到被保護(hù)對象。這種優(yōu)化避雷針正是利用了上行雷閃的這些特點(diǎn),在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加工處理,使其能可靠地引發(fā)上行雷閃放電,從而達(dá)到改善防雷效果的目的。為此,這種優(yōu)化避雷針亦可稱之為提前放電避雷針。要成功引發(fā)上行雷閃,必須具備以下兩個條件：

1）在引發(fā)發(fā)生之前,抑制針尖的電暈放電,盡量減小包圍的空間電荷。

2）在需要引發(fā)上行雷閃時,針尖處的電場強(qiáng)度應(yīng)足夠高,以迅速產(chǎn)生放電脈沖,形成向上引流。

我們以“系統(tǒng)3000”避雷針為例,分析先導(dǎo)放電的工作原理�！跋到y(tǒng)3000”避雷針的結(jié)構(gòu)示意圖：

球形外殼與中心接地桿之間由絕緣材料隔離,中間有3mm 間隙,一個高阻的電感線圈把接閃體的外殼接地,使接閃體在靜態(tài)時,表面電場相對平滑和電暈極小,當(dāng)雷電先導(dǎo)靠近接閃體時（由于頻率極高,線圈呈現(xiàn)開路狀態(tài)）,由于電容耦合作用。接閃體表面的電場迅速增加,3mm 空氣間隙被擊穿,并觸發(fā)雪崩過程,形成向上引流。

2 阻抗限流原理分析（分析內(nèi)容略）

沖擊電流發(fā)生器能產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流或操作波,能較好地模擬雷電的放電回路。為此,通過分析沖擊電流發(fā)生器的放電回路,從而了解利用阻抗限流技術(shù)的避雷針的工作原理。

結(jié)論

通過分析可知,采用先導(dǎo)放電技術(shù)的避雷針可引發(fā)上行雷閃,從而有效降低雷電流的幅度和陡度,并能有效防止側(cè)擊和繞擊現(xiàn)象,采用阻抗限流技術(shù)的避雷針利用阻抗變化來達(dá)到降低雷電流的幅度和陡度。兩者都能有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)避雷針的不足,在實(shí)際應(yīng)用中確實(shí)起到了加強(qiáng)防雷效果的目的。但是,也存在不足之處。如采用先導(dǎo)放電技術(shù)的避雷針,因其雷擊放電屬長間隙放電,其空間電荷、場強(qiáng)分布極不均勻,放電形式和過程非常復(fù)雜,而存在不能百分之百引發(fā)成功的問題。采用阻抗限流技術(shù)的避雷針,只能改變雷電流波形,而不能有效防止側(cè)擊和繞擊現(xiàn)象,且在阻流消陡的同時,在避雷針上產(chǎn)生一個很高的電壓,容易對周圍的物體產(chǎn)生反擊。因此,我們在實(shí)際應(yīng)用時,應(yīng)深入了解各種優(yōu)化避雷針的性能及原理,根據(jù)其被保護(hù)物的要求以及使用場合和環(huán)境的不同進(jìn)行合理選擇。以致能夠安 全使用,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化避雷針的最_佳_防護(hù)效果。

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