從富蘭克林發(fā)明避雷針起到 20 世紀(jì)初這 150 年時間里,防雷技術(shù)幾乎沒有進展。這有兩個原因,一個是社會生產(chǎn)與生活變遷不大,建筑防雷已有避雷針作了有效保護,對防雷沒有提出什么迫切的新需要。另一個則是大氣電學(xué)的理論探索進展很少,不可能指導(dǎo)防雷技術(shù)的發(fā)展。

  在步入 20 世紀(jì)之初,電訊和電力事業(yè)的發(fā)展遇到了雷災(zāi),所以在這方面工程防雷技術(shù)開始出現(xiàn)進展。1876 年貝爾發(fā)明電話,社會的需求,使它迅猛發(fā)展, 1880 年僅美國就有8000 臺電話,架空長導(dǎo)線出現(xiàn)了, 它立刻變?yōu)槔^建筑物之后第二個雷電襲擊的重要對象。為了防護電話設(shè)備和人員安全, 19 世紀(jì) 80 年代末就出現(xiàn)第二種避雷裝置—— —導(dǎo)電器,它實際上是一個火花隙,當(dāng)雷襲擊架空導(dǎo)線時,高電壓循導(dǎo)線進入室內(nèi)之前在導(dǎo)電器處發(fā)生火花擊穿,雷電流短路入地。這就是當(dāng)今所廣泛采用的避雷器的最原始形式。

  1887 年倫敦籌資百萬英磅建立供電公司,從此結(jié)束了 19 世紀(jì)電力工業(yè)分散經(jīng)營的局面,把發(fā)電機從各個工廠集中到中心電站集中供電,大大降低電力成本,輸電網(wǎng)和變電站就迅速擴展,與此同時電力輸送的電壓越來越提高以減少傳輸損耗,這樣輸電網(wǎng)的過電壓防護與防雷就成為電力部門的極為重要問題。19 世紀(jì) 90 年代初 E .Tomson 制出了磁吹間隙保護直流電力設(shè)備,可以說是磁吹滅弧避雷器的前身。1901年德國制成串聯(lián)線性電阻限流的角形間隙,則是閥型避雷器的前身。此后由于電力工業(yè)對絕緣研究的需要、 對高電壓輸電研究的需要,建立起高電壓實驗裝置,這就為人工模擬雷電的研究創(chuàng)造了物質(zhì)條件,防雷保護與過電壓保護結(jié)合在一起,研究絕緣閃絡(luò)和閃電過程也結(jié)合在一起,因此20 世紀(jì)以后防雷技術(shù)就從建筑領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到電力輸送領(lǐng)域,所以防雷技術(shù)人員也就由電力系統(tǒng)來培養(yǎng)了。雷電科學(xué)發(fā)展的歷史上物理學(xué)者原本是主角,自從電力系統(tǒng)利用強大的高電壓實驗技術(shù)力量抓住防雷工程的研究之后,研究大氣電學(xué)的物理工作者就把研究的視線轉(zhuǎn)移到其它方面,為其它高科技服務(wù)。因此雷電科學(xué)的發(fā)展主要偏重在工程技術(shù)方面,從高空轉(zhuǎn)向地面。

  在富蘭克林時代,只注意直擊雷的災(zāi)禍, 20 世紀(jì)之后,電力部門注意到感應(yīng)雷或者叫雷電的二次效應(yīng)的禍害。德國 W .Peterson( 1914 年)提出用接地避雷線防雷的理論,為的是降低絕緣上的感應(yīng)過電壓。后來美國 F .W .Peek,W .W .Lewis 也認(rèn)為威脅線路絕緣的不僅是直擊雷,還有感應(yīng)雷, 架設(shè)避雷線首先是防感應(yīng)雷。而 Atherton、 Simpson 等則認(rèn)為感應(yīng)雷對高壓線路并無危險。30 年代末期大家取得比較一致的見解,認(rèn)為 100kV 以上的輸電線路避雷線是防直擊雷的基本保護裝置。

至于建筑防雷方面,富蘭克林尖端避雷針的形式也開始有了變化。1925—1926 年P(guān)eek 第一個在實驗室內(nèi)用 “人工雷” 研究避雷針的保護范圍問題、 雷云極性對保護系數(shù)的影響。1934 年美國瓦斯和電力公司(AGE )開始用避雷針和避雷線保護變電所,由于避雷線的應(yīng)用有效,又使建筑物的避雷裝置出現(xiàn)避雷帶。這種發(fā)展帶有一定的必然趨勢,因為現(xiàn)代高樓建筑普遍使用一些金屬構(gòu)件,有的是用于裝飾,因此廣泛利用建筑物的部件作為避雷裝置可以降低造價。它的進一步發(fā)展就是 50 年代以后迅速流行的籠式避雷網(wǎng),幾乎所有新建的現(xiàn)代化鋼筋混凝土樓房都采用它。早在 1877 年英國防雷協(xié)會的年會上,電磁場理論的創(chuàng)立者麥克斯韋( James Clerk Maxwell , 1831—1879 年)提倡使用 “法拉第籠” 的原理來代替普通的避雷針,并舉雷擊火藥庫為例,雷擊到金屬籠殼上可以保證不出事故。在 19 世紀(jì)實行這一方案還不太現(xiàn)實。到了 20 世紀(jì) 50 年代,現(xiàn)代的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土建筑物已十分接近法拉第籠的條件,只要施工中對鋼筋采取焊接方法就可以很輕易地實現(xiàn)籠式避雷網(wǎng)了,這可以說是到目前為止,建筑物防雷技術(shù)最完善的形式了。

  但是即使這種建筑物避雷裝置也不能不考慮到電力線和電訊線上過電壓波的入侵,因此出現(xiàn)了各種避雷器來把雷電過電壓波分流入地,阻止雷電流侵入建筑物內(nèi)部造成災(zāi)害。1907 年美國出現(xiàn)鋁電解電容避雷器, 1908 年瑞士 Mosciki 提出用高壓電容器作防雷元件, 1922 年美國西屋公司制成自動閥型避雷器, 1927 年美國開始采用非游離氣體以遮斷工頻續(xù)流的管型避雷器,50 年代初,磁吹閥型避雷器問世。1968 年日本大阪松下電氣公司研制出新一代的“無間隙避雷器” ,它實質(zhì)上是一種金屬氧化物非線性電阻,現(xiàn)在它已成為避雷器的主流了。

  70 年代后,防雷工程情況突變,迄今尚未引起人們的普遍重視。首先頻頻遭到雷害的是航天部門,它是尖端科技最集中的部門,損失嚴(yán)重。而后各行各業(yè),凡是新技術(shù)普及之處,隨即雷災(zāi)頻繁,損失驚人,一時里竟缺乏防雷良策,眾說紛紜,甚至對二百多年來,被人們公認(rèn)不疑的富蘭克林避雷針都發(fā)生了疑慮甚至予以否定。雷災(zāi)的突然變得廣泛而嚴(yán)重,不僅使素不關(guān)心也用不著了解雷電科學(xué)的人們困惑,驚慌不安,同樣也使長期從事防雷工程技術(shù)的行家里手、 一般的防雷工作人員缺乏良策。產(chǎn)生這種新情況的原因,是由于

  防雷技術(shù)已不適應(yīng)近年來科技的迅猛發(fā)展,特別是微電子技術(shù)的普遍應(yīng)用。閃電與二百多年前相同,并未發(fā)生變異,只不過它的某些物理效應(yīng)在新技術(shù)產(chǎn)品上發(fā)生作用,而在這些產(chǎn)品面世之前人們是看不到也決不會想到的。所以說雷電科學(xué)的發(fā)展必然與人類社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng),因而防雷工程技術(shù)也會在學(xué)術(shù)理論上出現(xiàn)新的研究成果。