從富蘭克林發(fā)明避雷針起到 20 世紀(jì)初這 150 年時(shí)間里,防雷技術(shù)幾乎沒(méi)有進(jìn)展。這有兩個(gè)原因,一個(gè)是社會(huì)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(hù),對(duì)防雷沒(méi)有提出什么迫切的新需要。另一個(gè)則是大氣電學(xué)的理論探索進(jìn)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(kāi)始出現(xiàn)進(jìn)展。1876 年貝爾發(fā)明電話,社會(huì)的需求,使它迅猛發(fā)展, 1880 年僅美國(guó)就有8000 臺(tái)電話,架空長(zhǎng)導(dǎo)線出現(xiàn)了, 它立刻變?yōu)槔^建筑物之后第二個(gè)雷電襲擊的重要對(duì)象。為了防護(hù)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(shí)際上是一個(gè)火花隙,當(dāng)雷襲擊架空導(dǎo)線時(shí),高電壓循導(dǎo)線進(jìn)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(wàn)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(yíng)的局面,把發(fā)電機(jī)從各個(gè)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(kuò)展,與此同時(shí)電力輸送的電壓越來(lái)越提高以減少傳輸損耗,這樣輸電網(wǎng)的過(guò)電壓防護(hù)與防雷就成為電力部門的極為重要問(wèn)題。19 世紀(jì) 90 年代初 E .Tomson 制出了磁吹間隙保護(hù)直流電力設(shè)備,可以說(shuō)是磁吹滅弧避雷器的前身。1901年德國(guó)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(duì)絕緣研究的需要、 對(duì)高電壓輸電研究的需要,建立起高電壓實(shí)驗(yàn)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(hù)與過(guò)電壓保護(hù)結(jié)合在一起,研究絕緣閃絡(luò)和閃電過(guò)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(lái)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(qiáng)大的高電壓實(shí)驗(yàn)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(shí)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(guó) 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(guò)電壓。后來(lái)美國(guó) 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(duì)高壓線路并無(wú)危險(xiǎn)。30 年代末期大家取得比較一致的見(jiàn)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(hù)裝置。

至于建筑防雷方面,富蘭克林尖端避雷針的形式也開(kāi)始有了變化。1925—1926 年P(guān)eek 第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用 “人工雷” 研究避雷針的保護(hù)范圍問(wèn)題、 雷云極性對(duì)保護(hù)系數(shù)的影響。1934 年美國(guó)瓦斯和電力公司(AGE )開(kāi)始用避雷針和避雷線保護(hù)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(shì),因?yàn)楝F(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(jià)。它的進(jìn)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(guó)防雷協(xié)會(huì)的年會(huì)上,電磁場(chǎng)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(lái)代替普通的避雷針,并舉雷擊火藥庫(kù)為例,雷擊到金屬籠殼上可以保證不出事故。在 19 世紀(jì)實(shí)行這一方案還不太現(xiàn)實(shí)。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(duì)鋼筋采取焊接方法就可以很輕易地實(shí)現(xiàn)籠式避雷網(wǎng)了,這可以說(shuō)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(guò)電壓波的入侵,因此出現(xiàn)了各種避雷器來(lái)把雷電過(guò)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(guó)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(guó)西屋公司制成自動(dòng)閥型避雷器, 1927 年美國(guó)開(kāi)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(wèn)世。1968 年日本大阪松下電氣公司研制出新一代的“無(wú)間隙避雷器” ,它實(shí)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(shí)里竟缺乏防雷良策,眾說(shuō)紛紜,甚至對(duì)二百多年來(lái),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(zhǎng)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(lái)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(guò)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(huì)想到的。所以說(shuō)雷電科學(xué)的發(fā)展必然與人類社會(huì)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(huì)在學(xué)術(shù)理論上出現(xiàn)新的研究成果。