1.半导体少长针消雷装置

半导体少长针消雷装置（Semiconductor Lightning Eliminator，简称SLE）是在避雷针的基础上发展起来的，是一种能降低雷电流幅值和陡度的新型防直击雷装置。它由5～19根半导体针组成，向上呈辐射状布置在数个垂直交叉的扇面上，同一扇面相邻两针间的夹角为20°～25°。每根半导体针长约5m,针体电阻为35kΩ，单针闪络电压在1500kv以上。每根针端部有4根30cm长的金属针。半导体少长针可安装在高塔或建筑物的顶部。它的特点在于采用了少长针的形式增大了中和电流，采用半导体电阻抑制了上行雷的发展，并大幅度降低了雷击的主放电电流，从而克服了避雷针或其他防雷设备的不足，保护范围大，其保护角为80°（避雷针为45°～56.3°），即地面实际保护范围为传统避雷针理论值的11倍。半导体针可抗45m/s的风速。可耐室外温度-45～50℃。SLE由半导体针组，接地引下线和接地装置（接地电阻可放宽到30Ω）组成，是目前世界上最先进的防雷装置。

半导体少长针消雷装置SLE的基本原理如下所述。

1）SLE对上行雷的抑制

观察表明：建筑物和高塔从下向上发展的雷电比例很高，例如：Berger统计St.Salvatore山上的70m高处的避雷针有70％～80％的雷是由针向上发展的，世界防雷权威美国机构Golde认为：如能消减向上发展的雷电能力，则高塔落雷的总数将大大减少。因此，一个设计良好的消雷装置应具有消减向上发展的雷电能力。实测的结果说明，上行雷的形成需有100A以上的上行导电电流，理论计算、试验、电子计算机仿真及运行经验都证明，半导体针的电阻足以将上行导电电流抑制在几十安以下，从而控制了上行雷先导的发展，抑制了上行雷的形成。所以，可以做到100％的消减上行雷。

2）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及空间电荷的屏蔽效应。长期测量表明，地球所带的负电荷是稳定的（8.86*10^-10C/m²)。由于自然界存在的各种电晕电流（树木、各种建筑物的尖端放电等）已将雷云中和了很大一部分，我们所感受的雷只不过是自然消雷后剩余部分。由此，消雷的机理是存在的。古塔防雷也说明了这一点。中国18省市有160座砖石或木结构占塔，计103904塔年，调查结果表明，古塔理论雷击总数为10033次，但据史记载仅有45次，且损失甚微。

理论计算、试验和现场实测说明：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强大动力，从而产生强烈的中和电流。实测说明，SLE在70m高消雷装置，其在雷云下面平均电场E=40kV/M（相当于2800kV电压作用下的电晕电流）能产生15mA中和电流。强雷时，发出1～2MV的电晕火花，中和电流达安培级以上。同这些电晕电流相应的电荷只要中和雷云电荷的一小部分，使雷云电场减到放电电流极限以下，就能有效的防止雷击发生。

同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，从而减少下行雷的雷击次数。

以上两种功能可将雷击次数消减75％左右。现场实测，记录到地面场强随电晕电流增加呈减少趋势就是有力证明。

3）SLE对下行雷主放电电流的抑制

起电后的雷云和大地之间相当于一个充了电的电容器，雷击大地相当于把己充好电的电容器的正负极直接加以短接。在电容器的放电回路中串入电阻后，可以降低电容放电电流幅值，延长放电时间。这就是半导体消雷器限制下行雷电流的原理。

中和电荷消雷的弱点是怕风。这是因为中和电荷由地面向上升的速度v是由雷云的平均场强E和中和电荷的迁移率k决定的，可写成v=kE。以负雷云为例，此时向上升的电荷为空气的正离子，它的k=0.136(m/s)(kV/m)，以E=40kV/m计,正离子上升的速度为V=0.136X40=5.44m/s。而在海洋季风到达的地区，水平风速可达10～20m/s（相当于5～8级风），甚至可达33m/s（相当于11级风）。这样中和电荷来不及上升到雷云就会被风吹跑。因此,以中和消雷的方法的消雷器在风速不大的地区效果好，但在海洋季风到达的地区（如南方沿海地区）使用就不是很好。

一个设计良好的消雷器必须具有限制那些靠中和来不及消减的雷击电流的能力。半导体少长针消雷器的突出优点就在于它既能在雷暴时水平风速不大的情况下靠中和作用消雷，减少雷击次数，又能在水平风速大时，靠半导体电阻的限流作用消灭上行雷和大幅度降低那些来不及中和的下行雷的雷电流幅值和陡度。

当雷电活动发展太快时，消雷装置的电晕电流的中和作用来不及抑制其发展时，会先产生下行雷，此时，消雷装置允许受雷，受雷击时，在其电离通道（主入电通道）中串联非线性电阻，从而使雷击主放电受限制，使主入电时间内微秒级延长至毫秒级，有效减少主入电电流的幅值及陡度，甚至使雷击主放电过程不会出现。消雷针体能起到限流作用。这是SLE的突出优点。黄石供电局用磁钢棒实测及华中电管局调度大楼用YLD-I型雷电观测站实测均表明：SLE可把数十百千级的主放电雷电流减弱到数十数百安培。

4）SLE的保护范围

由于半导体少长针消雷器既有竖真的长针，又有水平的长针，因此对下行先导而言，它既可发出垂真方向的迎面先导，又可发出水平方向的迎面先导，增大应对下行雷的吸引能力。此外，在下行先导形成之前，半导体少长针向空间输送异性电荷的结果可使消雷塔顶部形成一和雷云异性的电荷层，有效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。因此消雷器的保护范围要比等高的避雷针大。GB/T16438一1996《半导体少长针消雷装置使用的安全要求》规定，对一般设施，半导体少长针消雷器的地面保护范围可取塔高的5倍。

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