雷电防雷五大知识分析

　　在我国，每年因雷击造成的人员伤亡估计3500~4000人，财产损失估计在70~100亿元左右。因此，在了解防雷产品之前，我们不妨先对雷电保护知识作一些了解，以便在选购和使用中有必要的正确认识。
　　
　　一、雷击
　　
　　雷是大气中的放电现象，雷击主要有2种：直击雷和感应雷。其中直击雷只占雷击的10%左右，危害范围比较小，在CATV系统和网络中，常用避雷针、避雷线和避雷网来防护；而危害zui大的感应雷，占雷击率的90%，危害范围广，难以有效进行防护，绝大部分电子装置主要是感应雷雷击而损坏的。
　　
　　1、直击雷的产生与危害：直击雷是带电云层和大地之间的放电所造成，在形成雷云的程序中，部分云层显正电荷而使电位逐渐升高；另一些云层则带负电荷，当2种云层接近时一定程度时便发生迅速强烈的放电，放电时的温度可高达2万度，空气受热急剧膨胀，每次放电大约在几微秒内释放相当大的能量。当雷云很低，周围又缺少其它异性电荷的雷云时，此时便会在建筑物或地面感应出异性电荷，致使带电云层向地面或建筑物放电，这种雷电就是直击雷，它对建筑物和人、畜、树木等危害巨大，由于此时放电电流可达到几十甚至几百千安，放电时间极短，简直无法防避，常用的避雷针方式是目前减少直击雷损害的比较好的防护方式，但是使用者在实际工作中常发现直击雷过后，许多电子装置仍然有较大的损害，大多数是烧毁保险器件、电源变压器、整流器件、甚至集成电路等。这是什么原因造成的呢？这就是感应雷造成的，它通过CATV系统的电源转载入装置造成损害。
　　
　　2、感应雷的产生与危害：感应雷是由静电抗器应和雷电流产生的电磁感应两种原因所造成的，当带电雷云靠近输电线路时，线路上面会感应出异性电荷，这些异性电荷被雷云电荷束缚着，当雷云对附近字段或接闪器放电时，其电荷迅速中和，而此时输电线路上的被束缚电荷便成为自由电荷，形成局部感应高电位，这种感应高电位发生在低压架空线路时zui高可达100KV；在电讯线路上可达40—60KV。而且它可以顺延线路进入各种电子装置造成损坏，而损坏的主要原因是电磁感应。电磁感应是雷击后巨大的雷电流在周围空间产生交变磁场引起雷场附近装置感应出高电压损坏装置。感应雷的雷电流的波头（由零至幅直）一般祇有几秒，波尾也祇有几十微秒，但感应雷的雷电流却包含丰富的高次谐波，它的基波频率大约等于几十千赫。因此，对感应雷的防护问题一直困扰着各类电子装置的使用者，特别是在野外环境下使用的各种系统网络的使用者，如电力线路、通讯线路、有线电视线路、监控系统线路、宽带数据网络系统等，因而zui易受感应雷的损害。
　　
　　二、雷电的破坏原理
　　
　　雷电流的机械力作用能使被击物体遭受破坏，雷电的破坏原理主要表现在下述几个方面：
　　
　　1、雷电流热效应破坏原理：闪电击中地面物体，闪电电流产生焦耳-楞次热效应，虽然电流峰值很高，但作用的时间却很短，只能产生局部瞬时高温，强大的雷电流通过被雷击的物体时会产生很高的温度而发生溶化、汽化或燃烧的现象，可以使较小体积的金属溶化。在回击阶段，雷云对地放电的峰值可达数倍10以上，瞬间功率可达1011W以上，在这瞬间，它将在其通道上造成强加热效应，放电通道中空气温度瞬间可升到30000度以上，因此在通道上遇到可燃物质时，便会产生火灾。
　　
　　2、雷电流冲击波的破坏原理：由于雷电通道中空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩形成“激波”。被压缩空气的外界称为“激波波前”。“激波波前”到达的地方，空气密度、压力和温度都会突然增加。“激波波前”过后，该区域内空气压力下降，直到低于大气压力。这种“激波”在空气中传播，会使附近的建筑物受到破坏，人和牲畜受到伤害，如同在对附近建筑物、人和牲畜受到伤害一样。雷云在放电后收缩的过程中，由于雷电的突然收缩，还会产生次声波，它同样对人、牲畜有伤害作用。
　　
　　3、雷电流的电动力效应的破坏原理：由于雷电流的峰值很大，作用时间很短，其产生的电动力具有冲力特性。这种
　　
　　电动力的冲力对金属导体有较大的破坏性。
　　
　　4、雷电的静电感应和电磁感应的破坏原理：闪电在回击通道及其贴近处产生强大的机械效应、加热效应外，同时也产生可波及较远处的电磁效应，这种电磁波的危害性导致了大量的电子设备的损坏和中断工作。
　　
　　（1）静电感应：当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等，都由于静电感应的作用而带上相反的电荷。在雷击发生时，雷云上所带的电荷，通过闪击与地面的异种电荷迅速中和，而有些局部如架空导线上的感应电流，由于和大地间电阻比较大，不能在同样短的时间内消失，这就形成了局部的感应高电压。这种感应高电压在高压架空线路上可达300-400KV，在低压架空线路上可达100KA，在电信线路上可达4-60KV，在有线电视线路上可达20-40KV，在建筑物上也可以产生相当高的有危险的电压。这种由于静电感应感应产生的过电压，不仅对接地不良的电气系统有破坏作用，而且对于对于金属构架与接地不良的金属器件之间容易发生火花，对存放易燃易爆物品的地方或生产场所，引起火灾或爆炸事故。
　　
　　（2）电磁感应：由于雷电流有极大峰值和陡度，在它周围的空间有强大的变化的电磁场，处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。这种电磁感应也会引起易燃物的火灾和易爆物的爆炸。
　　
　　5、雷电反击和引入高电位
　　
　　(1)、雷电反击，直击雷击中的金属体（包括接闪器、接地引线和接地体）时，该金属体在接闪瞬间与大地存在很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品会发生闪击。
　　
　　(2)、雷电引入高电位，当直击雷或感应雷从输电线、通信电缆、无线电天线等金属的引入线引入建筑物内时，会发生闪击而造成雷击事故。
　　
　　三、雷电入侵途径
　　
　　1、雷电闪击到建筑物时，雷电能量通过电位反击、各种耦合机制（电流耦合、电感耦合、电容耦合）及电磁脉冲辐射等方式沿供电线路、通信线路、网络线路和金属管线进入设备，造成设备的损坏。以雷击中心1.5~3km为半径的范围内，雷电电磁脉冲辐射冲辐射沿各种线路进入设备。
　　
　　2、在高压输电线路上发生雷击时，线路上产生的过电压也会沿线路传送，直到变压器的低侧，造成设备的损坏。
　　
　　3、雷云与雷云之间放电，同样会产生雷电浪涌，通过各种金属导体的线路进入设备。
　　
　　4、云层带电，使地面上某一建筑物表面或长导线感应带异号电荷，产生电涌进入设备。
　　
　　四、雷电防护分区
　　
　　依据GB50343《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，将建筑物按需要防护的空间由表及里划分为不同的雷电防护区：直击雷非防护区（LPZOA）、直击雷防护区（LPZOB）、*防护区（LPZ1）、第二防护区（LPZ2）、后续防护区（LPZn）。如图5-2。
　　
　　雷电防护分区实际意义：
　　
　　1、可以计算出各LPZ内空间雷埚电磁脉冲的强度，以确认是否需采取进一步的屏蔽措施。
　　
　　2、可以确定等电位连接的位置（一般是各LPZ区交界处）。
　　
　　3、可以确定在不同LPZ交界处选用电涌保护器的具体指标。
　　
　　4、可以选定敏感电子设备的安全放置位置。
　　
　　5、可以确定在不同LPZ交界处等电位连接导体的zui小芯线截面。
　　
　　五、如何防雷
　　
　　1、综合防雷设计
　　
　　现代防雷技术是一项综合系统工程，系统结构愈合理，系统的各个组成部分（或要素）之间的有机结合就越合理，相互之间的作用就越协调，从而使整个系统在总体上达到*的运行状态。
　　
　　建筑物综合防雷装置分为两大部分：外部防雷装置和内部防雷装置，在进行防雷设计时必须将外部防雷装置和内部防雷装置作为整体统一考虑。
　　
　　2、系统防雷设计
　　
　　作为一个系统，对整个系统所使用的电气设备、电器、电子设备（包括供配电室、机房及电源，机房设备、线路设备等）的电源和信号的防雷保护，需要从系统的保护性、安全性、规范性的整体来统一考虑。
　　
　　3、单体设备防雷
　　
　　作为单台的设备，可以从设备的具体的技术要求进行单一的考虑和设计。