作者：伏名 文章來源： 網站
前言：
1.
將雷電攔截到最佳和已知的點——避雷針。
2.
以安全之方法，經由特別設計之下導體，將雷電傳送到大地。
3.
將雷電之能量，以產生最小接地電位昇之方式發散到大地。
4.
消除接地迴路，建立接地系統等電位。
5.
保護所有設備，防止來自電力線之突波造成設備之破壞和當機之損失。
6.
保護所有設備，防止來自電信和信號線路之突波造成設備之破壞和當機之損失。
上述六點保護計劃若能徹底執行，則建築物及其內部之人員、機電、通信、電腦、儀器等精密電子設備，即能得到安全之保障。
1.單一桿體，其周圍具有擴散如扇狀之端點。
2.在尖針周圍採用放射性元素之放射，以增加空氣之傳導性。
3.以太陽能或電池供電之火花產生器，以產生空氣游離。
4.一種火花產生器，其能量係來自雷暴及雷電發生前大氣中所存在之自然靜電場。
5.在桿體端點由高壓產生器產生高壓，藉以製造並維持其最大電暈放電，並由此電暈放電所產生之離子，在桿體尖端上方形成一游離空氣柱，以增加空氣之傳導性，易於將雷電攔截。
6.一種採用壓電裝置來產生電暈效應及使大氣游離之避雷針。
由上述種種避雷針之改進看來，不外乎提高尖針處之空氣游離，以增加空氣之傳導性，亦即降低造成雷擊所需之電位梯度，以便容易將雷電攔截，此乃因截至目前為止，尚沒有一種避雷方法可以有效阻止雷電之發生。也就是說，雷電之發生是無法阻止的，故必須在建築物之上方安裝避雷針，將雷電予以攔截，以防止建築物及其屋頂上之任何凸出物遭受直接雷擊。
當雷雲底部之電荷量與大地間之電場強度破壞空氣之介質達到崩潰點時，即會由雷雲底部產生向下先導，以10
~10
米/秒之速度向大地行進。
以上所導出之收集體積係基於理論上之單一點，然而實際上建築物上有角落、女兒牆、屋頂凸出物如天線、旗桿、廣告牌塔及冷氣水塔等，所有這些點亦都各有其單獨之收集體積。
除了採用有效之避雷針將雷電予以攔截外，避雷系統必須將雷電放電電流安全地傳送至大地，才不致發生側向跳火或使建築物感電之危險。傳統式避雷下導體係採用裸銅絞線或銅帶，就我國建築技術規則規定，當建築物高度在三十公尺以下時，應採用截面積為三十平方公厘以上之銅導線；當建築物高度在三十公尺以上，但未達三十五公尺時，應採用截面積為六十平方公厘以上之銅導線；當建築物高度在三十五公尺以上時，應採用截面積為一百平方公厘以上之銅導線。有關下導體之數量，除煙囪和鐵塔等面積甚小得僅設置一條外，其餘至少應設置二條以上，如建築物之外周長超過一百公尺，每超過五十公尺應增設一條，其超過部份不足五十公尺者得不計，並應使各接地導線間之距離儘量平均。至於下導體轉彎時，其彎曲半徑必須在二十公分以上。
上述六點保護計劃中之第五項是為防止雷電突波和暫態經由電力線路進入室內，而將室內之通信、電腦等精密電子設備破壞。
雷電脈衝可能經由直接雷擊或近處雷擊之電磁感應和電容耦合方式進入電力線，感應到電力線之雷擊放電電流視地區而定，平均而言大約在30-35KA，但亦可能高達100KA，其中有75%以上之雷擊會出現多重雷擊。除了高電流和能量，主要的問題是非常高的電流上升率(dI/dt
)會導致過高的電壓位準被感應到導線上，初雷擊放電電流之上升率可高達10KA/μS
( 10
A/S )，高達12KV/μS之電壓上升率已被記錄過。
往往有人發現雷電發生在距離自己所處建物三五百公尺之外，或甚至一公里以外，而自己所處之建物內之通信、電腦等精密電子設備卻遭到破壞；或在晴空無雲之晴朗天氣下，室內之通信、電腦等精密電子設備卻無緣無故地遭破壞。其實，有百分之七十以上之無法解釋的電子設備破壞，係肇因於雷擊突波和暫態。
有關電子設備之破壞大到主要設備損失，小到電子零件衰退而導致未來之故障，其他隨之而來的包括資料被竄改、運作之損失、服務之損失、對人員造成之危險和財務之損失等，這些破壞可能影響商業和工業像航空、電腦運算、財政服務、製程控制、政府和國防製造業、電信、採礦和油
/
瓦斯等。坦白講，雷電和突波所造成之損失是相當可觀的，若要確實計算雷電突波對一未受保護之設備所造成之損失，則必須把設備更換費用、無法運作(當機)之損失、失去商業機會之損失和造成顧客不滿(商譽受損)之損失全部加起來才正確。
在電力線進入建築物之入口處加裝有效的避雷設備主要是用來減少因過電壓突波和暫態所造成之設備破壞、運作損失和商業損失。並聯型突波消除器(亦名暫態電壓突波保護器TVSS)之設計是要將來自電力線之突波電流及其所含之能量予以導入大地，以保護後面負載之安全，因此，當建築物處於山區、郊外和都會區，其所承受之雷擊突波電流大小和機率均不同，故對並聯型突波消除器之耐雷突波等級應慎重選擇，才能達到經濟又安全之效果。在選用並聯型突波消除器時，應該考慮到之項目不外乎耐雷突波例如40KA、80KA或135KA，在比較此項目時必須註明其突波電流波形像8/20μS或10/350μS，因為對不同的電流波形其耐雷突波是不同的。目前在市場上銷售之並聯型突波消除器(TVSS)很多，但大部份是以黑箱作業，只告訴客戶其耐雷突波有多少KA，乍聽之下會認為其KA值很大，但實際上該避雷器是以黑箱內所有突波消除器之耐雷KA值之總和來說的，至於其實際保護模態(例如L-L,L-N,L-G或N-G)如何？每相實際耐雷為多少KA則不得而知，特別是當配電系統不同及所欲保護之負載設備係接於何處，這些條件與突波消除器(TVSS)之選用是息息相關的，若選用不當，其避雷效果是無法顯現的。其次必須考慮之項目是其殘餘電壓(Let
Through Voltage)，此值當然愈低愈好。此外，其能量排除能力、是否耐多重雷擊、是否有LED指示其耐雷壽命情況、是否有監控接點、其包裝是否為防爆材料等都是要加以考量的，至於反應時間（Response
time）和排除能量（Energy）往往有製造商用此項規格來比較，其實此項目對突波消除器是不重要的，若不注意，往往會遭到誤導。比如說，如果有一突波消除器其反應時間很短，但若其通過電壓高，則對避雷效果是無濟於事的。同樣的，有製造商強調該公司產品之排除能量很高，結果其通過電壓高，對負載又有何益處。也因為避雷器之材質不同【目前坊間之避雷器產品材質可分為三種，即火花間隙（SPARK
GAP），金屬氧化變阻器（MOV）和矽崩潰二極體【SAD（
Zener Diode）】，其耐雷突波、殘餘電壓、能量排除能力等上述規格均不同，其價格當然也不同，故選用前必須針對前述各項規格全盤考慮，不能不慎重，否則可能會發生花錢又受氣之憾事。
上述並聯型突波消除器之主要功能是將雷擊突波電流和能量予以導入大地，除了火花間隙（SPARK
GAP）外，其殘餘電壓可能由數百伏到一千伏之間，但其殘餘電壓之電壓上升率可能高達數KV/μS，這種電壓上升率對空調、燈光和動力設備等電感性負載而言是可以承受的，但對電腦、通信、監控及醫療等精密電子設備內之積體電路，特別是目前VLSI
大量被使用而言，這殘餘電壓上升率就是破壞積體電路之主因，為克服此問題，乃有所謂串聯型突波消除濾波器之開發，其構造是在並聯型突波消除器之後加一低通濾波器，將此殘餘電壓之高電壓上升率予以過濾成一6
- 9V/μS之穩定正弦波供給後面之精密電子設備使用，使其內部之VLSI不致遭破壞，有關並聯型突波消除器之殘餘電壓與經過濾波器後之電壓波形，則詳如圖五所示。然而，此串聯型突波消除濾波器因與負載串聯，故應考慮其負載電流，這與並聯型突波消除器是截然不同的。為瞭解電源突波消除器(不管是並聯型突波消除器或是串聯型突波消除濾波器)是否有效，因而有所謂的突波計數器問世，它與電源突波消除器合併使用，如此，一方面可以知道接受雷擊之次數，同時又可藉以瞭解避雷器之成效。
前述六點保護計劃之第六項是為防止雷電、電源設備開關甚或靜電放電所導致之突波和暫態經由信號(如電話、電報、傳真、遙測、電腦網路或監控、製程控制設備等
)線路進入室內，因這些突波和暫態會導致錯誤的設備運作或製程控制之誤動作，進而將室內之通信、監控和電腦等精密電子設備破壞。
感應到上述信號線之突波電流會很高，因此，要保護敏感的設備以防止破壞、運作當機和經濟損失，有效的脈衝箝制是重要的。目前市面上之產品其範圍從保護電信、電腦網路到工業控制設備像油/水位撿知器、流量控制器、火災警報、監控系統和地磅等各式各樣設備之保護，選用時，除了考慮耐雷KA等級外，可依其不同之工作電壓、電流和頻率，以及線路之接頭，選用各種不同之信號避雷器予以保護，以確保所有設備之安全。
接地系統協調：
有關六點保護計劃中之第四項——消除接地迴路，建立接地系統等電位。是目前從事避雷系統設計及施工人員最困擾，而且是最難抉擇的，就各國避雷法規或施工慣例而言，也各不盡相同，有的要求避雷接地系統必須與其他接地系統像電力系統、通信和電腦等接地系統各自分開，以防止因為避雷針攔截雷擊時，雷擊突波藉由接地系統而導致其他電力、通信和電腦等設備之破壞。但相對地，也有法規要求所有接地系統必須合而為一，以達到共同接地之效果。此兩種不同接地方法，到底何優何劣則見人見智。為此，有人開發出暫態接地箝制器
( Transient Earth Clamp )
，將此設備連接於各接地系統之間，當避雷針攔截雷擊時，則因為避雷接地系統在瞬間會造成一高的電位，此高的電位差會使暫態接地箝制器導通，致使所有接地系統全部連接在一起，造成所有接地系統等電位，同時更加速將雷電流排放至大地，當雷電放電電流排放完畢，各接地系統間之電位差消失後，所有暫態接地箝制器隨即恢復原來之開路狀態，使避雷接地系統與所有其他接地系統像電力、通信和電腦等接地系統各自分開，如此，既可適應法規規定，又可消除接地迴路，建立接地系統等電位，可說是一舉兩得。
結語：
綜上所述，完整避雷系統是由上述六點保護計劃所組成，此六點保護計劃環環相扣，缺一不可。也許有人就其中某些項目做得非常完善，但對其中某一項因為疏忽，因而造成重大的損失。此外，避雷系統之保養維護也是一重大課題，往往有人在安裝完成後，即認為永遠有效，直到某日發生雷害，才發覺係因為缺乏保養維護所造成，豈不可惜！依照國外之做法，應該每年至少保養維護乙次，嚴格說，每當避雷系統攔截雷擊時，即該實施保養維護乙次。或許有人會問，如何能知道避雷系統是否攔截雷電，或雷擊突波是否入侵我們所安裝的避雷器呢？答案是肯定的，在避雷系統內加裝雷擊計數器，或在電源突波消除器旁加裝突波計數器，因為計數器之讀數不可歸零，故可由計數器之讀數得知，遭受雷擊或突波之次數。不但可瞭解避雷系統之成效，更是做為該系統之保養維護依據。為了達到有效之避雷，如何在雷雨季來臨之前，針對自己的建物內之避雷系統做一體檢及/或保養維護，以便應付隨時可能光臨之雷電，是當今科技日新月異，室內設備日益精密之今日，工程人員及業主之一重要課題。
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