2014年我国雷电防护行业的发展现状及产品应用分类分析【图】

    雷电灾害被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”，并已成为仅次于暴雨洪涝、滑坡塌方的第三大气象灾害，严重威胁着人类的生命财产安全。雷电的放电电压高（可高达500kV），电流幅值大（可高达400kA），电流变化快，电流波形陡度大，放电过程时间短，有巨大的破坏性。到目前为止，雷电作为一种强大自然力的爆发，尚无法有效地加以制止，人们力所能及的工作只能是设法限制雷击所造成的破坏作用，将雷击的危害减小到尽可能低的程度。

部分雷电造成的重大灾害

资料来源：智研咨询整理

    雷电对现代社会的危害可分为直击雷和雷电感应的危害。直击雷危害是指雷电直接击中所造成的危害，其不仅会对建筑物、输配电线路、通信塔等设施造成直接损害，也可能导致火灾发生，甚至直接命中人类造成伤残或死亡。

    内容选自产业信息网发布的《2014-2019年中国防雷避雷产品市场供需格局及投资前景展望报告》

    雷电感应又称为间接雷击和雷电二次作用，其分为静电雷电感应和电磁雷电感应。静电雷电感应是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的，它将产生很高的电位；电磁雷电感应是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的，这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，其将形成瞬时的高电压和大电流，形成电涌（又称为浪涌）损坏电子元件，也可能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故。

    随着科学进步、电子信息产业的快速发展，雷电的灾害性日益明显。一是在全球气候变暖背景下，各种极端天气气候事件频繁发生，雷电活动的发生强度和频度日益增强；二是城乡日益增多的高层建筑物增加了遭受雷击的几率，形成了火灾隐患；三是进入微电子时代后，电子元件呈现小型化、集成化、高运算效率化趋势，该类电子元件极其灵敏，抗过电压、过电流能力弱，极易受雷电感应损坏。四是随着网络化、信息化建设进程的加快，各类电子设备、设施广泛应用，在三网融合、物联网等网络一体化趋势推动下，各种线路的互连互通，扩大了雷电灾害发生所影响的范围，其损失程度不仅仅为设备损坏所造成的直接损失，还可能为数据丢失造成不可估量的间接损失。

    我国地处温带和亚热带地区，属雷电高发地区，雷暴活动十分频繁。高雷暴率导致雷电灾害频发，我国每年因雷击引发森林大火、破坏高层建筑、高压输电线路、铁路电气化设备和易燃易爆物品的事故屡屡发生。随着我国现代化水平的不断提升，近年来雷击事故对电子设备、计算机网络、通信广播系统、电力电气设备、雷达导航等的危害日益频繁，危害的后果也越来越严重。中国每年因雷电灾害造成的直接财产损失约50 至100 亿元。

    雷电防护行业发展历程及现状

    1752年，富兰克林发明了最早的防雷产品——避雷针。自避雷针发明至今，人类对雷电防护技术的探索和研究经历了250年，期间雷电防护技术发生了多次重大变革，从简单的对直击雷进行防护的避雷针，发展到用于对过电压/过电流进行防护的电涌保护器，再到融入了等电位连接、合理布线等技术的综合防雷技术。雷电防护技术的发展与人类经济和科技水平的发展密切相关。

    1）高大建筑的广泛使用是雷电防护行业诞生的基础

    避雷针是通过自身引雷，运用引下线将电流送到接地体并向大地泄放，使被保护物免遭雷击。避雷针的发明主要是为了为雷电建立一个安全泄放的通道，避免建筑物及其内部设施遭到雷电的破坏，以保护居民的生命财产安全。十八世纪中期，西方出现了一大批高大的教堂和其他建筑物，雷雨发生时，这些建筑物极易遭受雷电破坏，因此高大建筑物需要采取雷电防护措施，以免除或降低雷电对建筑物的侵害。由于避雷针存在保护面积小的缺点，人们在避雷针的基础上又发明了避雷带和避雷网。

    2）电力工业的产生和发展推动了雷电防护技术的第二次飞跃

    19 世纪70-80 年代是电力工业的初期阶段，由于高压线架设高、距离长、穿越地形复杂，容易被雷击中。19 世纪80 年代末期，电网开始大量使用避雷针，但避雷针的保护范围不足以保护上千公里的输电线，因此产生了保护高压线的避雷线。由于电力设备几乎无任何过电压保护装置，在高压线获得保护后，与高压线连接的发、配电设备仍然被过电压损坏，人们发现雷电在高压线上会产生感应电涌，并沿导线传到与之相连的发、配电设备，从而损坏这些设备。

    19 世纪末期，人们发明了防雷器（SPD 的雏形），防止雷电感应损坏电力设备。电力工业的发展也推动着接地技术不断进步，传统的金属接地极面临着寿命短、高土壤电阻率、成本昂贵等问题，各种新型接地材料先后被研发出来，以解决实际电网中存在的问题。

    3）电子信息技术的发展使雷电防护步入综合化时代

    ①电子信息技术发展推动了电涌防护力度

    20 世纪50 年代后，在电子信息、微电子、雷达、航空、航天等技术的迅速发展背景下，电子设备在各行各业得到广泛运用，电涌的危害越来越显著，雷电防护逐步由强电系统转向弱电系统，防护重心从建筑物、电力设备转移到电子设备。由于电子设备呈现小型化、集成化、高运算效率化发展趋势，电子元件越来越灵敏，越易受到雷电感应危害，从而使得电子设备成为雷电灾害的重灾区。

    在国民经济生活中，电涌危害不仅仅包含雷电感应所造成危害，还包括操作过电压、暂态过电压和电磁脉冲过电压等形成内部电涌所造成的危害。其中操作过电压最为频繁，其主要有两种形成方式：一种是在用户的供电系统中产生的工作电涌，如高压变压器的投入或切除、大型电动机及水泵的启停、电焊机运行等所形成的电涌，其电流可高达100 千安数量级,峰值电压可达6 千伏以上；另一种是产生于用电系统内部末端负载间的瞬态电涌，如复印机、空调、冰箱、电视机、激光打印机等运行以及末端负载过流短路故障等，其峰值电压可达5 千伏，冲击电流可达几百安培数量级。

    尤其是随着微电子技术快速发展，大量电子设备采用智能化设计，内部嵌入了大规模或超大规模集成电路。由于集成电路上的元件间距减小，半导体厚度变薄，工作电压仅几伏，传递信息电流小至微安级，因此对外界的干扰极其敏感，比普通的设备更容易受到电涌的危害。在三网融合、物联网等网络一体化趋势推动下，各种电子设备形成了大大小小的开放式电子网络，这些网络中的任何一个节点遭受电涌破坏后，均可能引起整个网络的故障，其造成的间接损失会远远大于直接损失，甚至带来灾难性的后果。

    ②SPD（Surge Protective Device、电涌保护器）的工作原理

    电涌被称为瞬态过电，是电路中出现的一种短暂的电流、电压波动。220 V电路系统中持续瞬间的 5 kV 或10 kV 的电压波动，即为电涌或瞬态过电。电涌也指电网输出电压有效值大于额定值110%，其持续时间为一个周波（20ms）至数个周波的电压变化。电涌的来源有两类：外部电涌和内部电涌。外部电涌最主要来源于雷电，另一个来源是电网中开关操作等在电力线路上产生的过电压。内部电涌：经研究发现，低压电源线上88%的电涌产生于建筑物内部设备，如：空调、电梯、电焊机、空气压缩机和其他感应性负荷。SPD 产品的作用是把窜入电力线、信号传输线的电涌限制在设备或系统所能承受的电压范围内，并将强大的电流泄流入地，使设备或系统免受瞬时过电压的冲击而损坏。

    ③雷电防护行业的发展方向

    由于防雷产品作为配套件应用于电子设备中，在电子设备小型化、集成化趋势带动下，防雷产品亦呈现小型化、集成化的发展趋势，此外由于灵敏度提高导致电子设备抗过电压、电流能力下降，其对防雷产品的精细化防护要求也越来越高。集成化、精细化将成为防雷产品未来的发展方向。

    伴随着全球信息化进程加快，新能源的开发利用和智能电网等新兴产业的发展，各国更加重视雷电安全防范，对雷电防护技术和产品要求也越来越高，雷电防护技术进入了综合防护时代，雷电防护应从雷电防护工程方案设计、防雷产品运用、雷电防护工程施工等多方面着手，雷电防护效果得到巨大提升。我国雷电防护行业与国内其他行业一样，经历了国外先进技术引进与消化吸收、集成创新和原始创新三个阶段，目前行业内多数企业处于国外先进技术引进与消化吸收期，优势企业处于集成创新和原始创新阶段。

    防雷产品的应用分类

    根据产品具体应用，防雷产品可分为直击雷防护产品、雷电感应防护产品、接地产品及雷电监测系统四大类。

    1）直击雷防护产品

    直击雷防护产品主要有接闪器、引下线等。接闪器主要通过吸引雷电先导，使主放电都集中在它的上面来保护附近比它低的物体免受雷击，接闪器包括避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等。引下线用来连接接闪器与接地装置，将雷电流引入到大地。目前部分雷电防护优势企业，开发了一系列有别于传统的弗兰克林避雷针的新型避雷针，包括能够对雷电流幅值和陡度进行衰减、降低雷电感应和地电位反击危害的优化避雷针，以及以降低雷电接闪概率为目的的闪盾针等。

    2）接地产品

    接地产品通常埋在地下，其作用是将雷电流顺利泄放入大地，是直击雷防护、雷电感应防护的基础。

    3）雷电感应防护产品

    雷电感应防护产品包括过电压保护产品和等电位连接产品。过电压保护产品主要是将过电压限制在设备能承受的范围内，保护设备免受损坏，过电压保护产品主要为SPD 产品，按应用分为电源SPD、信号SPD、天馈SPD；等电位连接产品主要是将被保护系统内的所有金属物体进行电气连接，用来使电位连接器两端电位基本相等，消除其间的放电现象，避免由于电位差值过高而危及设备安全。

    ①电源SPD

    电源SPD 用于电源线路的防电涌过电压保护，保护用电设备，安装在用电设备的电源输入端口。当有过电压侵入电源线路时，电源SPD 迅速将雷电能量泄放到大地，并把由雷电引起的过电压限制在用电设备允许承受的耐压范围以内，以确保用电设备的安全运行。

    电源SPD 覆盖的电压等级范围宽，一般工作电压在1000V 以下的电涌保护器定义为低压SPD。常见的如用于220V 交流系统、（12V、24V、48V）直流系统以及风电、太阳能等相关1000V 及以下相关产品。1000V 以上的高压SPD 一般在电力系统中使用。

    ②信号SPD

    信号SPD 用于信号线路的防电涌过电压防护，保护各种信号传输设备，例如市话的程控交换机，安装在程控交换机的信号输入端口。当过电压沿信号线路传播时，通过信号SPD 泄放到大地，并将过电压限制在设备允许的电压范围内，从而确保了信号设备的安全。与电源SPD 相比，信号SPD 相对的工作电压较低，雷电流耐受能力要求较低。 信号SPD 种类繁多，尤其体现在接口形式的多样化。针对不同的信号线路，信号SPD 还根据传输速率不同可分为低速（2M 以内）、中速（10M 以内）、高速（100M 以内）和特高速（千兆网）产品。

    ③天馈SPD

    天馈SPD 主要用于无线接收、发射设备馈线端口的防电涌过电压保护，保护无线电收发设备，安装于天线与被保护的设备之间。当因雷击或其他原因产生的过电压流通过时，通过天馈SPD 的支路泄放到大地，从而确保了无线电收发设备的安全。天馈SPD 电流耐受能力整体上介于信号SPD 与电源SPD 之间。天馈SPD 根据设计原理的不同，可分为同轴型、微带型、宽带型三种类型。

    4）雷电监测系统

    雷电监测系统主要用来实时监测雷电的发生过程和发生地点，实现对雷电发生位置的定位，并提供处理雷电故障所需的信息及分析数据。也有部分雷电监测产品定位在进行雷电预警，主要功能是雷电发生前发出报警信息，以便提前采取措施降低雷电危害。