消雷器与提前放电式避雷针
最近我要写一篇论文，我想写这个题材，希望得到前辈们的指点．这俩东西的原理貌似有点相似，都是利用雷雨云的感应电场来尖端放电，可是一个的结果却是减少了雷击，另一个却因为加大了截闪面积而增加了雷击．这两个原理一样，结局却完全不一样，这是为什么？这两样东西的结构区别以及原理区别到底在哪里呢？ 这两个东西都是骗人的，建议你不要写这样的论文 非常赞同楼上兄台的观点！！！！！ 现在不能直接说是骗人的，起码说他具备普通避雷针的所有功能。目前还没有可靠的科学技术来支撑这套理论，只是国外的一些厂家和个别所谓的专家进行大肆宣扬。在没有写进标准或者规范的东西还是小心为好，除非你是科学家，具备霍金一样的超人物理知识和渊博的知识。 半导体少长针消雷装置（SLE）1．导体少长针消雷装置（SLE）简介
SLE半导体少长针消雷装置是在避雷针的基础上发展起来的，它的特点在于采用半导体电阻来抑制上行雷的发展，并有效地降低雷击主放电电流幅值和陡度，从而克服了避雷针或其它导体防直击雷设备的不足，即通过半导体材料达到以“限流”为纲的目的，同时采用少长针的形式增大中和电流，即兼有“中和”的作用。是目前世界上具有先进水平的防雷装置。其特有的技术性能使过去不可能达到的技术设想成为现实。这些技术性能在理论上经过数学计算、计算机仿真、各种模拟试验以及黄石供电局用磁钢棒测量、华中电管局用YL0-I型雷电观测站和日本的火箭引雷试验实测得以证实，并在中国已经历了一万多塔年以上的现场实际运行，其运行结果是满意的，并已通过专家鉴定。
半导体少长针消雷装置（SLE）功能：
1)
限制上行雷的发展，可以将上行雷的先导电流限制在100A以下，从而使上行先导不可能持续向上发展；
2)
以“限流”为纲的SLE在发生下行的对地雷击（下行雷）时，能有效地消减雷电主放电电流
3)
少长针独特的辐射状设计和合理的夹角，能在雷电流过大时，使多支少长针自动并联，达到联合“限流”的目的
4)
SLE内在的“限流”能力，可以延缓雷击放电时间、大幅度消减雷电流的幅值和陡度，使雷击的二次效应大大减弱，使得对雷击二次效应的防护更易实现
5)
气象条件适宜（如无横向来风）时，在雷云下地面平均电场达到40kV/m时，能产生毫安级的中和电流；天顶有强雷云时，可发出电晕火花，中和电流达安培级，即兼有“中和”作用，可大幅度降低雷击发生的概率。
6)
保护范围大，SLE安装高度h与其保护半径r之比为1：5，保护角约为80度；其地面保护范围为同高避雷针的11倍。
7)
在高土壤电阻率地区，冲击接地电阻可适当放宽，但应小于30Ω。
8)
半导体针组可抗45m/s的风速；可耐室外温度为-40℃～56℃。
SLE由多支半导体针体和基座组成。每支5m长的半导体针由金属球头、钢针（四根金属分叉尖针）构成的接闪器和半导体电阻构成的限流部组成。
2． 半导体少长针消雷装置（SLE）的技术说明
1) SLE对上行雷的抑制
观察表明，高层建筑物及高塔从下而上发展的雷电比例很高，例如Berger统计St.Salvatore山上的70m高的避雷针有70～80%的雷是由针向上发展的。世界防雷权威英国Golde认为：如能消灭向上发展的雷电则高塔落雷的总数将大大减少。因此，一个设计良好的防直击雷装置应具有消灭向上发展的雷电的能力。实测证明，只有当上行先导电流大于100A时，上行雷才可能得到发展。根据理论计算、试验室模拟试验、电子计算机仿真及运行经验，SLE的半导体电阻足以将上行先导电流抑制到百安培以下，从而控制了上行雷先导的发展，抑制了上行雷的形成，所以完全可以限制上行雷发展。
2) SLE对雷主放电电流的限制
当雷电活动发展太快，消雷装置的电晕电流的中和作用来不及抑制其发展时会产生云对地放电，此时消雷装置允许受雷。受雷击时，其消雷装置的针体能起到限流作用，这就突出体现了SLE以“限流”为纲的机理。SLE的独特结构，可使其在受雷时，在其电离通道（主放电通道）中串联以非线性电阻，从而使雷击主放电受到限制，使主放电时间从微秒级延长至毫秒级，有效地减小了主放电电流的幅值和陡度，甚至使雷击主放电过程不会出现。实测证明，当雷击于高阻区的雷云或沙漠时，雷电流只有百安培左右，是没有主放电过程的。因此选用适当非线性阻值的半导体针来抑制云对地放电的主放电电流是完全可能的。黄石供电局用磁钢棒实测以及华中电管局调度大楼用YLO-I型雷电观测站实测均表明：SLE可把数十到数百千安级的主放电电流减弱到数十到数百安培。
以日本崛井宪尔为首的科研组于1993年～1995年连续在日本的石川县奥狮子吼山进行火箭引雷试验。用火箭引雷的方法对限流针体的限流效果进行了现场试验。三年内有四次引雷成功，试验编号分别为9309、9315、9412和9511。如图3-1编号9412火箭引雷试验电流波形。即使在极不利的条件下，四次成功的引雷试验中雷电流的主放电脉冲都已得到了有效的限制，只有几百安培，而整个放电过程却被拉得很长。而后续电流由于频率较低，其危害性远小于主放电。在现场试验中，9412号的后续电流为220A，低于主放电电流；9309和9315的后续电流虽比主放电电流为高，但仍然被限制在2kA以下，因此限流是成功的。崛井宪尔为首的科研组认为限流针体有限制急剧上升雷击电流的作用；在雷电放电电荷量相同的条件下，如能将急剧上升变成缓慢上升，那么，由于感应等引起的雷害也就可以减少了，所以可以认为限流针体是有用的。
图3-1 编号9412得电流波形和部分展开电流波形
当雷击半导体少长针消雷装置时，如果半导体针不发生沿面闪络，其电阻就会起到限制雷电流的作用。为了防止半导体针发生闪络，SLE设计时将相邻两个针头间的放电电压小于半导体针的沿面闪络电压，这样在一根半导体针发生闪络之前，其相邻的另一半导体针会自动并联，从而防止前一根半导体针的沿面闪络。每根半导体针设计的耐雷水平为8kA（经限流后可将它限制到30A），在雷电流特别强大时，最终仍可导致半导体针闪络，例如当雷电流I超过8kA/根×13根=104kA（以13针型为例）时，半导体针将发生闪络。但半导体消雷针发生闪络后仍然具有限流功能。因为：
图3-2所示，雷击SLE时电流是从零上升的，此时尚未发生闪络，所以异号电荷从大地经半导体针向上进入先导通道的电流甚小，其值仅数十到数百安培，这时雷电通道中的中和作用受到限制，不可能产生强烈的中和与热游离。即中和段的长度l1中的电阻仍甚大，大约仍保持为原来先导阶段的电阻值（约500Ω/m）。这一过程将保持一到十数毫秒，直到半导体针流过的电流在半导体针上产生的压降大于其闪络电压时为止。闪络前的这一限流过程称为“第一种慢速中和过程”，其相应的放电称为“第一种温和主放电”。在这种“第一种温和主放电”的回击高度l1之内，由于回击电流已被半导体针电阻限制到数十到数百安培内，不会产生强烈的中和，所以l1内的通道电阻R1仍是很大的（约500Ω/m），因此它本身显然具有强大的限流作用。
当上述的电流I在SLE上产生的压降，达到其沿面闪络时，显然将发生沿面闪络放电，如图3-3所示。此时地面上电荷沿闪络路径上升到半导体针上面空间N点时，碰到的不是异性负电荷，而是同性正电荷；碰到的不是小电阻的通道，而是具有大电阻R1的通道，即此时并不存在“迅速而强烈的异号电荷中和作用的条件”，也不存在“通道电阻很小”的条件，因此不会出现大的电流。更有甚者，此时由于受到同性的电荷排斥使地面电荷还难以上升。所以这时只会出现由于N点电位差的突然改变而产生的对N点极短暂的充电电流。而后者的上行遇到了“第一种温和主放电通道”的大电阻R1，其值也不可能太大。因此，在半导体针第一次闪络时，对雷电流的限制作用仍然很大，使之只表现为电流为数百安培的短脉冲。图3-4、3-5所示的短脉冲分别为-230A、+500A，完全证实了上述的理论分析，即半导体针在发生第一次闪络后仍具有强大的限流作用。在对N点空间充电完成之后，经过闪络路径的回击电流受“第一种温和主放电通道”的大电阻R1（约数百kΩ，其值远比半导体针的电阻为大）的限制又恢复到闪络前大致一样的数值，并长时间缓缓上升，也可能发生低频振荡。所以，SLE闪络后仍具有限流作用。
图3-2 雷击SLE闪络前限流的示意图 图3-3 SLE闪络后限流的示意图
图3-4 雷击编号9309半导体针（25kΩ）的限流示意图
图3-5 雷击编号9315半导体针（30 kΩ）的限流示意图
SLE是为减弱直击雷及其二次效应而设置的一种可取代传统避雷针的防雷装置。SLE与传统避雷针不同的是，传统避雷针是金属导体没有限流作用。传统避雷针受雷击时，将有幅值大、陡度高的雷电流经避雷针、引下线入地，其二次效应（诸如反击、高电位引入和电磁感应等）将对微电子设备及易燃易爆设施带来极大威胁，其防护难度很大。而SLE具有限流能力，在受雷击时可以大幅值地减削雷电流的幅值和陡度，从而使雷击的二次效应大大减弱，使得对雷击的二次效应的防护更易实现。
3) SLE对雷击次数的消减作用
SLE对雷击次数的消减作用在于电晕电流的中和空间电荷的屏蔽效应。
雷云在起电前是中性的，起电后正电荷量等于负电荷量。云对地的放电中，雷电的极性是指自雷云下行到大地的电荷极性。实际的雷电观测表明，无论就放电次数来说还是就放电的电荷量来说，90%左右的对地雷是负极性的，只有约10%为正极性，这就可能使地球所带的负电荷越来越多。但长期的测量表明，地球所带的负电荷是稳定的（每平方米地面约8.86×10-10库仑），因此唯一的解释是大部分的雷云正电荷是以和平的方式传入地球的（正雷云比负雷云对大地更易以和平的方式中和，理论解释是：在同样电场强度下，空气负离子流动的速度比空气正离子流动的速度大37.5%），因此可知：由于自然界存在的各种电晕电流（树木、各种建筑物的尖端等）已将雷云电荷中和了一部分，我们所感受到的雷不过是自然中和之后的剩余部分罢了。由此可见，中和的机理是存在的。古塔的自然防雷作用也说明了这一点。对中国18个省市的160座砖石或木结构的古塔计103904塔年的调查结果说明，古塔理论雷击总数应为10033次，但据历史记载只统计到45次，而且损失轻微。
理论计算、试验室模拟试验以及现场实测均说明，在消雷装置上利用放射源或激光为动力源都不足以使其产生大的中和电流，产生足够中和电流的强大动力是雷云电场本身。SLE由于本身结构和设计充分利用了雷云电场的强大动力，从而产生强烈的中和电流。例如：一个安装高度为70m的消雷装置，在雷云下电场强度为E=40kV/m时，其产生的电晕电流相当于2800kV电压作用下的电晕电流。如果我们注意到220kV导线在雨天已经出现强烈电晕的话，那么2800kV加在SLE上会出现很长的电晕火花放电和极为强烈的电晕电流就是完全可以理解的了。
实测说明SLE在雷云下地面平均电场强度为E=40kV/m时能产生15mA中和电流。在天顶有强雷云时，可发出1～2m左右的电晕火花，中和电流达安培级以上。和这些电晕电流相应的电荷只要中和掉雷云电荷中的一小部分，使雷云电场减到放电极限以下，即能有效的防止雷击的发生。和这些电晕电流相应的空间电荷布满在SLE的上空，还可以减弱SLE及被保护物上部的电场强度，使迎面先导难以发生，从而减少了下行雷的雷击次数。
虽然“中和”作用能达到减少雷击次数，但是“中和”雷云电荷的致命弱点是“怕风”。因为中和电荷上升的速度是由雷云的平均电场强度和迁移率决定的。拿负雷云来说，由地面上升的空气正电荷的上升速度为1.36～5.44m/s。而在海洋季风到达的地区风速可达10～20m/s（相当于5～8级风），甚至可达33m/s（相当于11级风）所以中和电荷还未到达雷云就被风吹跑了。因此以“中和”为纲,使对地雷电不再发生，这是200多年来研究直击雷防护装置的重大误区。因为在大风下这是不可能发生“中和”的，不管以什么方法为加大尖端放电电流都没有用。然而这种防直击雷装置用于雷暴时，水平风速不大或有较强垂直上升气流的地区还是有一定效果的。所以，半导体少长针消雷装置SLE是以“限流”为纲兼有“中和”作用。统计数据说明，在水平风速不大的条件下，由于SLE具备的以上两种功能，可大大消减总的雷击次数。
4) SLE的保护范围
SLE的保护范围是指SLE附近不发生（或极少发生）直击雷事故的特定空间范围。
半导体少长针在雷云下向周围空间输送异性电荷的结果使消雷塔顶部形成了一空间电荷层，它有效地降低了消雷塔附近的场强，使消雷塔附近地面难以形成向上发展的“迎面先导”，大大减少了对地雷击的可能，因此，SLE的保护范围要比等高的避雷针大很多，现场实测记录到地面场强随电晕电流的增加呈减少趋势就是有力的证明。
在试验室对半导体少长针的保护范围试验结果证明，当SLE的地面保护范围r为塔高h的五倍，即保护角为79°时绕击率为0.7%；为塔高的四倍，即保护角为76°时，绕击率为零。实际运行经验保护角为83°～85°。所以在使用中SLE的地面保护范围一般可取塔高的五倍，或取保护角为80°。对重要保护设施，如油库、军火库等可适当减小其地面保护范围和保护角，以增加其安全性。采用两个消雷塔联合保护角，其外缘可分别按单个考虑，两个消雷塔的保护宽度由其间距决定。当双消雷塔间距离为10h时其地面保护范围可图3-6确定。
图3-6 双等高消雷塔间距为10h 时的保护范围
5) SLE接地系统
为了避免雷电的危害，在防雷设计中必须配以相应的接地装置以便把雷电流导入大地。由于接地电阻的存在，当强大的电流通过接地体流散时，电流在接地电阻上的压降将引起接地电极电位的升高，可能使设备受到这一过电压的反击而损坏，在地面上形成较大的电位梯度使人体遭受过大的瞬间跨步电压而伤亡。为此，对接地电阻的值必须加以限制。中国规程要求防雷接地电阻不大于10Ω。
SLE可使主放电电流幅值大为减弱，大大降低了电流在接地电阻上的压降，所以对接地电阻值的要求是比较宽松的。接地装置的冲击接地电阻应符合相应场所的要求，在高土壤电阻率地区可适当放宽，但应小于30Ω。接地装置工频接地电阻的计算应符合GBJ65-83的规定，其与冲击接地电阻的换算应符合GB50057-94的规定。
6) 注意事项
a. 自从1977年第一代导体消雷器问世以来，消雷器无论在结构上还是在质量上不断得到改良，爱劳公司近期向用户郑重推出的第六代（SLE-Ⅵ）半导体少长针消雷装置，其明显特点是：能抗150kA的强雷电流，比国家规范所规定的100kA高出50%。
b. SLE不但可有效地消减直击雷和减小感应雷，从而大大降低雷击二次效应，而且还能减少球雷出现的概率（现代科学至今对球雷的产生机理还未研究清楚，在个别情况下，无云晴天也会产生球雷）。
c. 因为SLE只能减弱直击雷及其二次效应，它不能解决由电源线、通信线和信号线传来的直击雷或感应雷过电压，也不能消灭球雷，因此采用SLE后不应忽视规程规定的其它防雷措施。
d. 为了防止沿架空线由远方传来的雷电过电压，除在变压器高低压侧装设避雷器外，还必须在低压配电系统网络中装设配电过电压保护装置（DSOP），该产品能有效地抑制出现在电力网络中的暂态过电压和吸收暂态过电压能量。SLE和DSOP的联合使用可使防雷的可靠性大幅度提高。
e. 微电子设备的耐压只有10V左右。因此，建议用户除安装SLE和DSOP外，还需配置可靠的屏蔽措施，以免300～1000m以外的雷击所造成的电磁感应。
f. 为了提高整体防雷效果，还必须对信号线路的电磁感应过电压进行防护，针对不同线路加装直流浪涌吸收装置、音频线、数据线和天馈线等保护装置。
3． 半导体少长针消雷装置（SLE）设计选型说明
总则
1) 被保护的建筑、设施和设备必须全部置于SLE保护范围之内。建筑物安装SLE一般需架设小型铁塔架构，顶部与SLE基座配合连接。
① 对于建筑、微波通讯、广播电视等保护物，SLE保护范围按h:r=1:5计算（h: SLE安装高度与被保护物高度之差；r：SLE保护半径。下同）。
② 对于油库、化工厂、原棉仓库等易燃易燃易爆保护物，保护范围按h:r=1:3.5计算。
③ 对于弹药库类保护物，保护范围按h:r=1:1.5计算。
④ 安装SLE铁架构上的其他设备，其最高点应低于SLE基座至少1.5米。
2) SLE引下线一般直接利用塔本身及建筑主钢筋引下。对于安装在建筑物之上的SLE，其SLE塔架应与建筑物主筋或女儿墙防雷带进行两处以上的连接，其连接线截面不得小于48mm2扁钢或直径8mm圆钢。
3) 一般建筑物可利用建筑主筋而不需单独敷设接地引下线，若建筑物需单独敷设接地引下线，其引下线要求应与上款相同。
4) 所有引下线防腐要求应按照国家规范。
5) 对保护物接地要求一般应小于10Ω；在高土壤电阻率地区，冲击接地电阻可适当放宽，但应小于30Ω。
不同保护物SLE选型
1) 建筑类：
序号 建筑类 高度范围 SLE选用型号
一类建筑 二类建筑 三类建筑
① 多层建筑 h＜30m SLE-V-13 SLE-V-9 SLE-V-5
② 中层建筑 30m≤h＜50m SLE-V-19 SLE-V-13 SLE-V-9
③ 高层建筑 50m≤h＜80m SLE-V-19 SLE-V-13 SLE-V-9
④ 超高层建筑 80m≤h＜200m (T)SLE-V-25 SLE-V-19
⑤ 特高层建筑 h≥200m (T)SLE-V-25 SLE-V-19
2) 广播电视及微波塔类：
序号 塔高 SLE选用型号
强雷区 多雷区 少雷区
① h＜30m SLE-V-19 SLE-V-13 SLE-V-9
② 30m≤h＜60m SLE-V-19 SLE-V-19 SLE-V-13
③ 60m≤h＜80m SLE-V-19/8 SLE-V-19/8 SLE-V-13/8
④ 80m≤h＜100m SLE-V-19/16 SLE-V-19/16 SLE-V-13/16
⑤ 100m≤h＜150m SLE-V-19/24 SLE-V-13/24
⑥ ※h≥150m (T)SLE-V-25 SLE-V-19
※ :对于高度大于150米的超高型铁塔其水平针的安装数量应根据具体情况进行特殊设计。
3) 输电线路类：
序号 线路电压等级 SLE选用型号
强雷区 多雷区 少雷区
① 10、35KV线路 SLE-V-5 SLE-V-3 SLE-V-2
② 110、220KV线路 SLE-V-8 SLE-V-7 SLE-V-5
③ 330、500KV线路 SLE-V-8 SLE-V-7 SLE-V-7
注：① (T) SLE-V-XX/XX
水平针数
消雷器基座针数
第五代产品
半导体少长针消雷器
(特制型)
②对于60米以上的独立铁塔应在30米—50米处安装一层水平针。
③对于80米至100米之处的铁塔应在45、65米处左右各安装一层水平针，每层水平针间距为20—30米。
④对于100米以上的铁塔需加装三层或三层以上的水平针，每层水平针的间距同上。
⑤对于油库、化工厂、弹药库、原棉仓库等易燃易爆危险品保护区不宜选用低于13针型消雷装置。
⑥根据国家有关规范规定：
少雷区：年平均雷暴日数少于15的地区。
多雷区：年平均雷暴日数15—30的地区。
强雷区：年平均雷暴日数多于30的地区。
半导体少长针消雷器装置保护范围计算
1) 单个消雷装置的保护范围应按下列方法确定（见图A1）
图A1单个消雷装置的保护范围
在被保护物高度hx水平面上的保护半径rx按下式确定：
rx = n (h - hx ) p = n ha p
式中：hx——消雷器的高度，m;
rx ——消雷器在hx水平面上的保护半径，m;
hx ——被保护物的高度，m;
ha ——消雷器的有效高度，m;
n ——对易燃易爆设施取n=3.5(绕击概率为0.1%以下)，对其余设施取n=5(绕击概率为1%)；
p¬——高度影响系数：当h≤64m时p=1;当64m＜h＜140m时，p= 。
2) 两个等高消雷装置的保护范围应按下列方法确定（见图A2）
图A2两个等高消雷装置的保护范围
两消雷装置外侧的保护范围应按单个消雷装置计算方法确定。
两消雷装置间的保护范围上边线按通过两消雷装置顶点与中心线上0点的圆弧确定。0点为假想消雷装置的顶点，其高度h0 应按下式计算：
h0=h-n1D/p D<10h
式中：h0——两消雷装置间保护范围上边线最低点高度，m;
D——两消雷装置间的距离，m;
n1——易燃易爆设施取n1=0.02,对其余设施取n1=0.014。
两消雷装置间hx水平面上保护范围一侧最小宽度bx按下式计算：
bx=n（ h0 – hx）p
求得bx后，可由该点向两侧消雷装置的保护园作切线求出两消雷装置在hx水平面上的保护范围。
3) 多个等高消雷装置的保护范围应按下列方法确定
三个等高消雷装置所形成的三角形外侧保护范围应分别按两个等高消雷装置的计算法确定。如三角形内被保护物高度hx的水平面上，所有的bx均大于零，即bx≥0，则被保护物全部面积受到保护（见图A3）。
图A3 三个等高消雷装置的保护范围
在确定四个或四个以上等高消雷装置所形成的四角形或多边形时，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三个等高消雷装置的方法计算，若所有的bx均大于零，即bx≥0，则在被保护物高度hx的水平面上，多角形内的全部面积即受到保护。
不等高消雷装置的保护范围应按下列方法确定：
两个不等高消雷装置外侧的保护范围，应分别按单个消雷装置的计算方法确定。
两个不等高消雷装置间的保护范围，应按单个消雷装置的计算方法，先确定较高消雷装置的保护范围，然后由较低消雷装置的顶点，作水平与较高消雷装置的保护范围相交，去交点为等效消雷装置的顶点，再按两个等高消雷装置的计算方法确定较低消雷装置和等效消雷装置间的保护范围。
多个不等高消雷装置，各相邻两消雷装置的外侧保护范围，按两个不等高消雷装置的计算方法确定；如在多边形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻消雷装置间保护范围一侧最小宽度bx≥0，则全部面积即受到保护。
能赚钱就行了,管那么多. 最近好像半导体消雷器在某个市场遭到拆除，而且早在几年前该行业就下发红头文件禁止使用此设备。只是听说，不知是真是假。小道消息而已。 谢谢胡子！！:D :D :D
页:
[1]