我国雷电防护行业现状及发展趋势

2013-04-18 点击:2431

一、引言

    雷击灾害作为世界十大自然灾害之一,曾给人类造成了无数经济损失和人员伤亡,特别是现代电子信息和新能源技术的发展,雷电的危害变得更加广泛和深化。雷电危害的频繁发生促进了雷电防护行业的诞生,到目前为止,世界雷电产业规模已经非常庞大,雷电防护产品应用领域也不断扩展,已从最初的建筑、电力领域拓展到了军工航天、企业信息化系统、新能源、电气化铁路等多个现代化领域。从国内来看,我国的雷电防护行业虽然起步较晚,但已初具规模,截止2009年9月,国内共有具有雷电防护设计、施工资质的雷电防护企业1524家,其中甲级资质企业44家,乙级资质企业590家,丙级资质企业891家。其中,电涌保护器制造企业已超过550家,全国雷电防护行业目前的从业公司约有2500家左右。为深入了解雷电产业及我国雷电防护行业未来几年的市场前景,本文首先介绍了雷电产业的发展历程,然后分别从建筑、电力、通信、石油石化、轨道交通等雷电防护产品主要需求领域出发,阐述我国乃至世界雷电防护产品的市场容量及市场前景。

二、雷电防护行业的发展

  1752年,富兰克林发明的避雷针是最早的雷电防护产品,揭开了人类对抗雷电的历史。自富兰克林发明避雷针至今,人类对雷电防护技术的研究和探索已经经历了250多年,期间雷电防护技术经历了多次重大变革,从最原始的避雷针发展到避雷器,然后是浪涌保护器(Surge Protective Device),再到现在最前沿的综合一体化雷电防护技术。仔细研究雷电防护技术发展史可以发现,雷电防护技术的发展与人类经济和科技水平的发展是密切相关。

1、高大建筑的广泛使用是雷电防护行业诞生的基础

  富兰克林发明了避雷针,其原理是以金属避雷针的尖端放电作用中和雷云中的电荷,使雷云和大地间的电场降低到无法击穿空气的水平,从而避免雷击的发生。最初避雷针的出现主要是为了防止直击雷对建筑物的袭击,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,西方建筑业已经较为发达,出现了一大批高大的教堂和其他建筑物,这些建筑物极易被雷电损坏。因此,建筑业需要建筑施工采取主动雷电防护措施,以免除或降低雷电对建筑物的侵害。

  当时,未安装避雷针的建筑物频繁遭受雷击,而已装上避雷针的更高建筑物在大雷雨中却安然无恙。由于避雷针初显成效,使得它立即在北美各地迅速传开,随后传入欧洲,后来又传入亚洲。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,避雷带是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设接地导体,避雷网是在避雷带的中间敷设接地导体,以保护建筑物的中间部位。同避雷针相比,避雷带和避雷网引雷的几率大为减少,而且接闪后一般由多根引下线泄散电流,室内设备上的反击电压相对较低,从而能够更好地为建筑物及室内设备提供雷电防护。

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

  电力行业的产生和发展促进人类雷电防护技术实现了第二次飞跃。19世纪70~80年代是电力网发展的初期阶段,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,电力网开始大量使用避雷针。由于避雷针的保护范围不足以保护上千公里的输电线,因此产生了作为保护高压线的避雷线这一新型接闪器。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感应产生电涌,并沿导线传播到与之相连的发、变电设备,当这些设备的耐压较低时就会损坏。19世纪末期,人们发明了基于防感应雷、保护线路上设备为目的的防雷器,最原始的防雷器是羊角形间隙(SPD的雏形),这种防雷器可用于架空输电线路,较好地防止了感应雷损坏输变电设备。进入20世纪,雷电防护产品及雷电防护技术得到了进一步进展,人们陆续发明了铝防雷器、氧化膜防雷器、丸式防雷器、管式防雷器和碳化硅防雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器以及各种SPD等。

  电力工业的快速发展也推动着接地技术的不断进步,系统中性点接地技术和各种不同形式的接地方式在实践中得到了改进与完善。但是传统的金属接地极也面临着寿命短、不稳定、效果差、高阻、超高阻土壤电阻率、成本高等昂贵等众多问题。针对这些问题,先后研发各种新型接地材料,应用了众多监测、选线、测距、自动跟踪消谐等硬、软件装置,取得了良好的实用效果,一定程度上推动了接地技术的快速发展。

3、电子信息技术等新兴产业的发展使雷电防护步入综合雷电防护时代

  20世纪50年代后,电子信息、微电子、雷达、航空、航天等技术的迅速发展,大气电场测量技术研究的深入,推动着雷电防护技术又进入了一个崭新的时期。微电子技术的大量应用和电子设备集成化程度越来越高,传统避雷针引下线引雷入地时的瞬变雷电流及雷电电磁脉冲造成电子设备经常遭受大规模破坏,雷电防护的对象由强电转化向弱电系统,雷电防护从简单的避雷针、避雷线等引雷技术发展到以雷电电磁脉冲防护为核心的综合性系统性防护,防护对象也从建筑物和电力设备发展到微电子设备和电气系统的防护。

  21世纪伴随着全球信息化进程加快,以风能、新能源的开发利用以及智能电网、特高压和轨道交通等新兴产业的发展,各国对雷电安全防范的重视程度达到了空前的高度,对雷电防护的技术和产品要求也越来越高,再一次把雷电防护技术推向了新的高度。人类的雷电防护技术已全面进入了综合防护阶段,形成了立体式、一体化的雷电防护体系。特别是近年来,市场上出现了贴片式过电压保护器等各种电磁防护元器件,直接集成在各种电子产品内部,使出厂电子整机便具有雷电防护功能,使得雷电防护技术应用进一步广泛和深入。

4、雷电防护需求的多样化促进雷电防护向集成化、精细化和“三优”化发展

  随着电子制造技术的发展,电子设备日益向着小型化和集成化的方向发展。由于电子设备在外型越来越小的情况下却集成了比原来更多的功能,因此更容易受到雷电的侵害,一方面由于电子设备内部结构高度集成化,造成设备耐压、耐过电流的水平下降,对雷电浪涌的承受能力有所下降,另一方面是由于信号来源路径增多,系统更容易遭受雷电波侵人。为解决产品的雷电防护难题,将雷电防护产品集成在电子设备内部就成了设备制造商增强电子设备抗雷电干扰的理想选择;此外,要在小型、微型电子设备狭小的空间内安装雷电防护装置,雷电防护产品也必须做到足够精细,这也将推动雷电防护产品向着精细化的方向发展。因此,未来集成化、精细化的雷电防护产品将成为独立的、重要的雷电防护产品类别。

  良好的雷电防护效果,除了需要精良的雷电防护产品外,雷电防护工程的勘测设计、施工和安装的正确无误也是非常重要的,如果在勘测设计、施工和安装任何一个环节出现问题,即使最好的雷电防护产品也实现不了理想的雷电防护效果。人们就此提出了雷电防护的“三优”理念,即“产品要优、设计方案要优、安装要优”,只有严格遵循“三优”原则,才能达到最理想的雷电防护效果。由于雷电防护涉及到各行各业,不同行业在雷电防护方面都有自身特殊的问题,需要因地制宜,采取不同的防护措施,并且雷电发生时,因时间、地域不同,雷电本身的特性也会有很大差异。因此要实现“三优” 就必须通过雷电监测获得雷电入侵不同被保护对象的时的参数,从而按保护对象的具体特点设计出最适合的雷电防护工程方案和雷电防护产品。此外,“三优”理念的提出和应用凸显了雷电监测的重要性,使得雷电监测产品更为普及,并逐渐成为雷电防护产品的一个重要门类。

5、雷电防护行业在我国的发展情况

  避雷针原理在中国建筑中的应用远远早于西方。我国最早使用避雷装置的年代在南北朝时期,到清朝康熙年间,各种建筑安装和使用避雷针类似装置已经相当普遍。就现代规范化的雷电防护技术而言,在上个世纪80年代以前,我国还没有建筑物雷电防护规范,建筑电气设计人员只能凭自己的认识设计避雷针,建国初期大多是按照日本的雷电防护标准,50年代初期,开始引进苏联技术。

  直到80年代末我国雷电防护行业才诞生,《建筑物防雷设计规范》(GBJ57-83)是我国第一部建筑物雷电防护规范,从此我国开始在吸收国外先进技术的基础上结合我国雷电防护设计经验的实际来对建筑物进行雷电防护设计。90年代中期我国雷电防护行业形成行业规模,2002年逐步发展成熟。

  进入21世纪以来,我国的电子信息产业、新能源产业、军工航天、电气化铁路等得到了史无前例的快速发展。这些产业的发展也带动我国的雷电防护行业的快速前进。截止2009年9月,我国拥有大大小小的雷电防护企业超过2500家,雷电防护产业规模超过200亿元。从技术发展水平来看,国内雷电防护行业的几个领先企业已经掌握了全球领先的雷电防护产品的设计与制造技术、雷电防护工程施工技术和综合一体化雷电防护工程技术等。我国的雷电监测技术也位居世界前列。

三、雷电防护产品的应用分类

  在专业雷电防护领域,根据产品具体应用分类,可以将其分为直击雷电防护装置、感应雷电防护装置、接地产品及雷电监测系统四大类。

  直击雷电防护装置的产品主要有接闪器、引下线等。接闪器主要是通过吸引雷电先驱,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,接闪器又包括有避雷针、避雷线、避雷带等。引下线是用来连接接闪器与接地装置,将雷电流引入到地底下。

  感应雷电防护装置包括等电位连接产品和过电压保护产品。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,消除之间的放电现象,从而避免由于电位差值过高危及设备安全;过电压保护产品主要是用来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是SPD,包括电源SPD、信号SPD、天馈SPD,它们分别安装在各种电子设备的电源线、信号线以及天馈线路中,利用SPD的保护特性,将线路上过电压限制在设备能承受的范围内,保护设备免遭损坏。

  接地产品用于使雷电流最终泄放入大地,不管是防直击雷、感应雷、或其他形式的雷,没有合理而良好的接地装置是不能可靠雷电防护的,接地产品通常埋在地底下用来使设备与大地之间实现低阻抗的电气连接。

  雷电监测系统主要是用来实时监测雷电的发生、发展及消亡过程,可以对雷电的发展趋势进行预测,起到预警的作用,同时能够提供处理雷电故障所需的信息及分析数据。

四、全球雷电防护市场稳步增长

  近年来,全球雷电防护行业保持稳定发展。全球雷电防护产品市场规模巨大,2010年全球约有384.32亿美元的总市场规模,预计到2015年将达到489.37亿美元。2008年-2015年全球雷电防护市场规模如下图所示。

     图表 1  2008年-2015年全球雷电防护市场规模

 

  全球雷电防护系统产品的需求增长主要来自以下几个因素:第一,随着全球气候变暖,强雷电等极端天气气候事件发生的频率和强度都有所增强,各国政府高度重视雷电灾害对国家安全和公共安全的危害,各国通过不同手段强化雷电防护意识,促使雷电防护行业加速发展;第二,随着全球信息化加速,高新技术设备逐步普及应用,感应雷击的危害越来越大,这使全球雷灾在量上发生跃变,雷电防护系统产品作为雷灾预防性设备市场迅猛扩大;第三,各国通信、电力、交通运输、石油石化等要害部门对雷电防护系统的配置及持续更新换代需求。

随着高科技的发展,雷电灾害日益严重,雷电防护的对象和潜在危害不断扩大,全球雷电防护行业市场需求将随着雷电防护技术及应用的推广持续稳定发展。

五、国内雷电防护市场增速快于全球平均增速

  我国雷电防护市场起步较晚,但下游应用领域较多,市场容量巨大。我国雷电防护行业正处于起步阶段,有较大的市场空间,加上国家对居民生命安全和财产安全的高度重视,人们对自然灾害防范意识的不断提高,进一步加速了我国雷电防护行业的发展。通过对近几年下游各行各业固定资产投资情况以及“十二五”规划中各行各业的固定资产投入规模预期进行统计,将雷电防护产品的投入与下游固定资产的投入相联系可以测算出未来几年雷电防护行业的市场容量,如下表所示。

图表 2  雷电防护行业市场容量

 

 

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