一、概述可控放電避雷針是國網武漢高壓研究院經長期防雷研究和大量的高壓試驗而取得的最新研究成果。該針以變化緩慢的小電流上行雷閃放電形式釋放雷雲電荷，避免強烈的下行雷閃放電危害為設計基礎。通過數千次高壓放電試驗證實它引發的是上行雷，具有保護可靠性能高、范圍大，且不受保護物高度影響等特點。經專傢評議認為：原理正確，設計思想新穎，保護性能好，是一種有廣泛應用前景的直擊雷防護裝置。在選用和安裝前請詳細閱讀本說明書。二、富蘭克林避雷針的局限性自1749年美國人富蘭克林發明避雷針（稱傳統避雷針）以來已有250多年的歷史，截止目前最常用的避雷方法基本上還是采用避雷針（避雷線）。它的原理是：利用自身高度使雷雲下的電場發生畸變將雷擊放電引到避雷針上。這種方式盡管簡單，但存在許多缺陷。●  保護范圍不肯定，有繞擊發生大量的研究及實踐證明，一根垂直避雷針無法獲得一個肯定的安全保護區。例如，1964年7月沈陽某微波站遭到雷擊，雷擊點在距避雷針頂部下麵4m的地方；莫斯科537m高的電視塔，雷曾繞擊塔下200m的塔身，甚至打到離塔水平距離150m的地麵上。事實上，對於避雷針的保護范圍並未得到科學界的公認，現行規程中的保護范圍可

以是用來決定避雷針高度與數目的工程方法，雷繞開避雷針而直接擊在被保護物上的事件是屢見不鮮的，大量運行經驗表明，避雷針的繞擊率大約在1%左右，可見使用避雷針時被保護物遭受雷擊的危險性還是很大的。 ●有反擊發生避雷針把雷引到自身的頂部後，其強大的雷電流在入地時，如果接地電阻或引下線的阻抗過高或是避雷針對保護物之間的距離小於安全距離時，會形成高電壓，造成避雷針及引下線對保護物的反擊。我國過電壓規程規定，避雷針對被保護物的空間距離SK≥5m，避雷針對保護物的接地裝置間的地中距離Sa≥3m。實際上絕大多數現場應用是難以做到這點的。各種電力線、電話線、廣播線、天線對避雷針及引下線的距離過近易發生絕緣擊穿而損壞；另一方麵，有些裝置避雷針的接地網腐蝕嚴重，其電阻高達幾十歐（規程要求≤10Ω），這也會造成反擊。 ● 傳統避雷針會引起感應過電壓在強大的雷電流（數十千安～上百千安）以極快的速度（微秒級）沿避雷針及引下線進入地中的過程中，會在被保護物上形成感應過電壓而造成事故。當避雷針附近有一開口的金屬環（如房屋的鋼筋沒焊好或其它原因造成開口），在開口處會產生電磁感應過電壓，使開口處產生火花放電，造成易燃品起火，特別是油庫、液化氣庫、火藥庫等起火爆炸。此外，還會產生靜電感應過電壓。感應過電壓造成的事故是很多的，如南方某煉油廠1000m3的半地下式油罐，上麵覆蓋有0.5m厚的土層、設有獨立避雷針保護。1975
年5月的一次雷擊，造成整個油罐起火爆炸，1989年8月山東黃島油庫的起火據分析也是由感應雷造成的。對架空輸電線路，當50m以外落雷時，感應過電壓一般可達250～500kV，甚至更高，這也會造成部分輸電線路跳閘。 ●  有接觸電壓及跨步電壓當雷擊避雷針時，如果有人站在附近地麵上而人接觸針基或引下線時會受到很高的接觸電壓，危及人身安全。由於強大的雷電流在地中擴散時會在地麵上沿半徑點形成不同電位，所以附近的人（畜）兩腳會受到很高的跨步電壓，這對生命構成危險。例如：我國南寧郊區雷擊樓柱，二樓緊靠柱子6人皆死，樓下人距柱子2m多被擊昏。為瞭避免接觸電壓及跨步電壓的危害，人畜應該離開避雷針盡可能遠一點（5m以上）。 ●  傳統避雷針特別不適合保護弱電設備隨著微電子的發展和電子元器件的廣泛使用，例如：計算機系統、無線及微波通訊系統、廣播電視系統、電子導航系統供電控製系統、氣象雷達系統、航空航天技術……由於雷暴造成這些系統的電子元器件損壞的矛盾日益突出，人們發現，往往在經過雷暴日後，大量的電子元器件不明不白地損壞瞭或造成控製設備的誤動作，造成損失。由於傳統避雷針在防雷中有以上種種缺陷，所以傳統避雷針特別不適宜用來保護易燃、易爆品及弱電設備，也不適宜安裝在高土壤電阻率的地方。可控放電避雷針正是為克服富蘭克林避雷針的以上缺點而研製開發的新型直擊雷防護裝置。三、    放電避雷針的保護原理雷雲對地麵物體放電不外乎以下兩種方式：上行雷閃和下行雷閃。一般來說，下行雷閃時，先導自上而下發展，主放電過程發生在地麵（或地麵物體）附近，所以電荷供應充分，放電過程來得迅速，造成雷電流幅值大（平均值為30—44kA），陡度高（24—40kA/μs）；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展的先導過程產生，即使有主放電因雷雲向主放電通道供應電荷困難，所以放電電流幅值小（平均小於7kA），且陡度低（小於5kA/μs）。上行雷閃不僅雷擊電流幅值小陡度低而且不繞擊。這是因為上行雷閃先導是自下而上發展的，該先導或者直接進入雷雲電荷中心，或者攔截自雷雲向下發展的先導，這樣中和雷雲電荷的反應在上空進行，自雷雲向下的先導就不會延伸到被保護對象上。上行雷閃還有另外一個特點是上行先導對地麵物體還具有屏蔽作用，可減輕放電時在地麵物體上的感應過電壓。可控放電避雷針正是利用瞭上行雷閃的這些特點，通過巧妙的結構設計，使其能可靠地引發上行雷閃放電，從而達到中和雷雲電荷，保護各類被保護對象的目的。可控放電避雷針由針頭、接地引下線、接地裝置構成一套保護系統。它的針頭不再是單針，而是由主針、動態環、貯能裝置組成（圖1）根據尾部帶金屬線的火箭(火箭引雷試驗)比高層建築更容易引發上行雷的經驗分析得出，要成功地引發上行雷，針頭需達到以下要求：（一）在引發的上行雷發生之前，針頭附近的空間電荷應盡量少，以便於自主針針尖向上發展放電脈沖。 圖1可控放電避雷針結構示意圖   （二）當需要引發上行雷閃時，針尖處的電場強度應足夠高，以迅速產生放電脈沖。下麵通過對可控放電避雷針動作過程的研究說明它滿足瞭這兩條要求：當可控放電避雷針安裝處附近的地麵電場強度較低時（如雷雲離可控放電避雷針及被保護對象距離較遠等情況），雷雲不會對地麵物體發生放電，此時可控放電避雷針針頭的貯能裝置處於貯存雷雲電場能量工況，由於動態環的作用，針頭上部部件（動態環和主針針尖）處於電位浮動狀態，與周圍大氣電位差小，因此幾乎不發生電暈放電，即保證瞭在引發發生前針頭附近的空間電荷很少的要求。 當雷雲電場上升到預示它可能發生對可控針及周圍被保護物發生雷閃時，貯能裝置立即轉入釋能工況，這一轉變使主針針尖的電場強度不再被動態環限製，針尖電場瞬間上升數百倍，使針尖附近空氣迅速放電，形成很強的放電脈沖，因沒有空間電荷的阻礙，該放電脈沖在雷雲電場作用下快速向上發展成上行先導，去攔截雷雲底部先導或進入雷雲電荷中心。如果第一次脈沖引發不成上行先導，貯能裝置即又進入貯能狀態，同時使第一次脈沖形成的空間電荷得以消散，準備第二次脈沖產生。如此循環總能成功地引發上行雷。四、    可控放電避雷針的保護特性為瞭驗證可控放電避雷針是否達到瞭設計目的，我們用正極性操作波和直流分別進行瞭一系列試驗。圖4是在等同條件下用正極性操作波放電獲得的可控放電避雷針與富蘭克林避雷針的保護曲線。試驗時模擬雷雲電療離地麵高度為8.5 m（用正操作波進行試驗更切合雷閃機理：①操作波波頭上升緩慢，較接近於雷電先導與針之間空氣間隙上的電壓變化情況。②雷電放電是以分級先導的發展方式向前推進的，用正極性操作波是為瞭在模擬電療與針之間的間隙中使放電有幾個先導分極）。為瞭嚴格地考核可控放電避雷針的保護性能，操作波試驗時沒有附加直流電場（雷電放電發展過程是，地麵上方有很強的由雷雲產生的靜電場。該電場作用於可控放電避雷針的貯能裝置，可保證針頭能夠連續發出一系列脈沖，提高引發上行雷的成功率，以便使得到的結果更嚴格，對於應用更安全）。由圖3可知，可控放電避雷針的保護特性明顯優於富蘭克林避雷針，就主要參數繞擊概率和保護范圍而言，是令人非常滿意的：⑴可控放電避雷針有一個相當大的幾乎不遭受繞擊的保護區域。例如當繞擊概率不大於0.001%時（顯然在這樣的繞擊概率下，被保護對象遭繞擊的可能性是相當相當小的）保護角度高達55°，相比之下富蘭克林避雷針實際上幾乎沒有不受繞擊的區域。⑵當被保護對象遭受繞擊概率允許達到0.1%（目前規程規定的允許值）時，可控放電避雷針的保護角達到66 .4°，而富蘭克林避雷針的保護角遠遠低於此值（因此，在雷電活動強的地方應用富蘭克林避雷針保護是不經濟的，被保護物遭雷擊的可能性也還存在，如湖北有兩個電廠的升壓站就曾經遭受過繞擊）。   在可控放電避雷針和傳統避雷針的對比試驗中，在可控放電避雷針的針頭可以清楚地看到一段較長的直線部分，這說明在這裡有向上發展的先導，而在富蘭克林避雷針的針頭上的放電軌跡上則見不到這一明顯直線段，無數次的實驗表明，可控放電避雷針就是靠產生向上放電來減少繞擊和增大保護角的。從其它試驗數據可進一步說明可控放電避雷針的保護性是由於創造瞭產生向上放電的條件和實際上發生瞭向上放電所得到的結果。試驗結果表明:⑴可控放電避雷針的放電時間比富蘭克林避雷針平均提前13.3μs。     ⑵在模擬電場比較低時，可控放電避雷針的電暈電流比富蘭克林避雷針低得多，幾乎處於完全抑製狀態。⑶在模擬電場增加到能夠啟動可控放電避雷針時，可控放電避雷針產生的是脈沖式電暈放電電流，其電暈電流幅值比富蘭克林避雷針大好幾十倍，但電暈電流的平均值比後者小，這有利於從電暈向先導            電弧的轉化。需要指出的是可控放電避雷針特別適合高壓輸電線路的防雷，通過對比試驗發現：可控放電避雷針的引雷能力比傳統避雷針強得多，而且有較大的保護角，這樣就可以降低輸電線路的繞擊率，另一方麵由於可控放電避雷針所引發的上行雷主放電電流幅值較小、陡度較低,根據輸電線路耐雷水平的設計要求（見表1），35kV-500kV的輸電線路是完全可以耐受此雷擊放電電流而不會發生跳閘，也不會造成大的感應過電壓。不同電壓等級輸電線路的耐雷水平額定電壓，單位kv3566110154220330500線路耐雷水平Io，單位kA20-3030-6040-859080-120140150
 五、    主要電氣參數特性(1)針高h≤200m時，保護角65°，相應地麵保護半徑為2.14h，離地麵高度hx處水平麵保護半徑為2.14（h—hx）。(2)上行雷閃主放電電流的平均幅值小於7kA；陡度小於5kA/μs。(3)繞擊概率不大於十萬分之一時的保護角為55°。(4)接地電阻≤10Ω（一般地區）。         ≤30Ω（在高阻區及無人區）。(5)抗風能力不低於風速50m/s。(6)安裝方便，使用期內免維護。  六、    可控放電避雷針的型號及適用范圍               表2（適用於變電站等場所）
型  號適用范圍使用期（年）底部尺寸（D）CFG-- 1220kv及以上變電站、發電廠、微波站（塔）、證券、氣象、電視塔、軍火。油庫、炸藥庫、雷達等需要嚴格防雷的各種設施。20200CFG- 2110kv變電站、微波站（塔）、電視塔及高層民用建築。20100CFG-310kv、35kv變電站的防雷改造（取代避雷針）及較低民用建築。15100
使用說明：1、安裝應牢固可靠2、接地電阻及引下線應符合相關標準要求3、每2年檢查一次聯接及緊固件是否牢固 （適用於直流輸電線路）
型  號適用范圍使用期（年）底部尺寸（D）TD- KK1（z）±800kv直流輸電線路20200TD- KK2（z）±500kv直流輸電線路20100
 （適用於交流輸電線路）
型  號適用范圍使用期（年）底部尺寸（D）TD- KK（r）750kV及以上交流輸電線路20200TD- KK1（r）500kV交流輸電線路20200TD- KK2220kV交流輸電線路20100TD- KK3110kV交流輸電線路15100
 說明：型號中帶r字母的可控放電避雷針主要起防繞擊作用使用說明：1、安裝前應檢測桿塔接地電阻，接地電阻值符合電力行業相關標準要求  2、安裝牢固可靠，支架有足夠強度  3、宜安裝雷電計數器，觀測可控放電避雷針運行效果，積累運行經驗七、安裝說明⑴可控放電避雷針可做為獨立系統立於各類建築物上，安裝地點的選擇應滿足既要經濟又要保證安全的要求。用於保護輸電線路時，直接裝在桿塔頂部。⑵在安裝可控放電避雷針的針頭時，要求動態環保持水平，主針處在鉛垂方向。自針頭頂部至被保護物頂部的高度大於3m。禁止在結構支柱上懸掛電話線、廣播線、電視天線及電力架空線。⑶一般情況下，可控放電避雷針應設兩根專用的接地引下線（對於直接裝在鐵塔上的可控放電避雷針，不另設接地引下線，直接與鐵塔連接牢固就可以瞭）。引下線一般采用園鋼或扁鋼，其尺寸不應小於下列值：園鋼直徑10mm，扁鋼為4×25mm⑷引下線沿建築物或構築物外墻敷設，並經最短路徑接地。建築藝術要求較高者，也可以暗敷，但截麵應當D為200mm  為21.5mm當D為100mm為17.5mm圖5 底部安裝尺寸 圖5 底部安裝尺寸註：D的尺寸詳見表2⑸在易受機械磨損的地方，地麵上約1.7m至地麵下0.3m的一段接地引下線應穿鐵管保護。⑹可控放電避雷針系統的接地電阻應符合相應場所的要求，但最大值應小於30Ω。⑺一般采用復合地裝置。垂直埋設的接地體可采用角鋼、鋼管；水平埋設的接地體采用扁鋼、園鋼。它們的尺寸不應小於下列標準：角鋼4×40×40mm，鋼管壁厚3.5mmφ35mm，扁鋼4×25mm，園鋼φ12mm。⑻接地裝置處於行人過道的地下時，應考慮采取降低跨步電壓的措施。⑼針頭組裝①當針頭以整體出廠時，組裝前隻需進行外觀檢查和螺栓連接檢查，擰緊連接螺栓。如果因運輸原因造成變形，可參照下麵的針頭組裝步驟及要求進行調整。②針頭出廠是散件時，組裝前應檢查零部件是否齊全和完整；然後按以下順序組裝：·將帶主針的底座垂直放到地麵上，然後將四根斜桿固定到底座的四個螺孔上。·將動態環與四根斜桿對稱連接好。·將四根水平拉桿對稱佈置且將它們與斜桿和套在主針上的盤形法蘭連接起來，註意調整端在斜桿的一側。·調整動態環與地麵平行，四根斜桿等分佈置，盤形法蘭固定在主針標定的位置上。·擰緊全部連接螺栓。 八、    開箱檢查⑴驗收時應檢查零部件是否齊全：①主 針                           一件②動態環                           一件③斜 桿                           四件④水平拉桿                           四件⑤儲能底座                           一件⑥合格證                          一份⑦說明書                          一份⑵檢查各部件是否因運輸而損壞。 九、安裝驗收⑴是否按圖施工，各種材料的選取是否符合規定。⑵檢查可控放電避雷針針頭的安裝是否符合技術要求，各連接處    的螺栓是否緊固，絕緣有無損傷。⑶接地引下線的連接是否牢靠，有無相應的防腐處理。⑷接地電阻是否達到規定值。              附錄一  可控放電避雷針保護范圍的計算1.可控放電避雷針保護范圍的計算原則：1.1當針高度在200m及以下時，保護角恒定為65°。1.2保護半徑由65°保護角確定的直角三角形斜邊界定。1.3高度影響系數P恒為1；2.單根可控放電避雷針保護范圍（見附圖1） 2.1地麵保護半徑r（m）：r=2.14h                            (1)式中h為可控放電避雷針高度（m） 
         附圖1單根可控放電避雷針的保護        2.2在被保護物高度hx（m）水平麵上的保護半徑rx（m）：rx=2.14（h—hx）                   （2）3.兩根等高可控放電避雷針的聯合保護范圍（見附圖2）3.1兩根可控放電避雷針的外側保護范圍計算按單根可控放電避雷針的計算方法確定
      附圖2 高度為h的兩根等高可控放電避雷針的保護范圍      3.2兩可控放電避雷針內側在保護物高度hx水平上的最小保護寬度bx值，按下式計算：bx=2.14（ho－hx）           （3）式中ho為兩針中心位置上的假想避雷針OO’的高度：          ho=h－D/9                    （4）求出bx後即可畫出兩針間的保護范圍。被保護物在hx高度上的邊緣應處於兩針所給出的保護范圍之內。3.3兩可控針內側保護范圍的上邊線按通過兩針頂點1、2及中心線上的假想避雷針的頂點O’所畫的園弧確定。4.多根等高可控放電避雷針的保護范圍可參照兩根可控放電避雷針保護范圍的計算方法確定即：4.1每相鄰兩根針的內側保護范圍可參照兩根等高針的計算方法確定，但任何情況下，bx均大於零。4.2外側保護范圍按單根針的計算方法確定。