雷電防雷五大知識分析
閱讀：2537發布時間：2015-1-13
在我國，每年因雷擊造成的人員傷亡估計3500~4000人，財產損失估計在70~100億元左右。因此，在了解防雷產品之前，我們不妨先對雷電保護知識作一些了解，以便在選購和使用中有必要的正確認識。
一、雷擊
雷是大氣中的放電現象，雷擊主要有2種：直擊雷和感應雷。其中直擊雷只占雷擊的10%左右，危害范圍比較小，在CATV系統和網絡中，常用避雷針、避雷線和避雷網來防護；而危害zui大的感應雷，占雷擊率的90%，危害范圍廣，難以有效進行防護，絕大部分電子裝置主要是感應雷雷擊而損壞的。
1、直擊雷的產生與危害：直擊雷是帶電云層和大地之間的放電所造成，在形成雷云的程序中，部分云層顯正電荷而使電位逐漸升高；另一些云層則帶負電荷，當2種云層接近時一定程度時便發生迅速強烈的放電，放電時的溫度可高達2萬度，空氣受熱急劇膨脹，每次放電大約在幾微秒內釋放相當大的能量。當雷云很低，周圍又缺少其它異性電荷的雷云時，此時便會在建筑物或地面感應出異性電荷，致使帶電云層向地面或建筑物放電，這種雷電就是直擊雷，它對建筑物和人、畜、樹木等危害巨大，由于此時放電電流可達到幾十甚至幾百千安，放電時間極短，簡直無法防避，常用的避雷針方式是目前減少直擊雷損害的比較好的防護方式，但是使用者在實際工作中常發現直擊雷過后，許多電子裝置仍然有較大的損害，大多數是燒毀保險器件、電源變壓器、整流器件、甚至集成電路等。這是什么原因造成的呢？這就是感應雷造成的，它通過CATV系統的電源轉載入裝置造成損害。
2、感應雷的產生與危害：感應雷是由靜電抗器應和雷電流產生的電磁感應兩種原因所造成的，當帶電雷云靠近輸電線路時，線路上面會感應出異性電荷，這些異性電荷被雷云電荷束縛著，當雷云對附近字段或接閃器放電時，其電荷迅速中和，而此時輸電線路上的被束縛電荷便成為自由電荷，形成局部感應高電位，這種感應高電位發生在低壓架空線路時zui高可達100KV；在電訊線路上可達40—60KV。而且它可以順延線路進入各種電子裝置造成損壞，而損壞的主要原因是電磁感應。電磁感應是雷擊后巨大的雷電流在周圍空間產生交變磁場引起雷場附近裝置感應出高電壓損壞裝置。感應雷的雷電流的波頭（由零至幅直）一般祇有幾秒，波尾也祇有幾十微秒，但感應雷的雷電流卻包含豐富的高次諧波，它的基波頻率大約等于幾十千赫。因此，對感應雷的防護問題一直困擾著各類電子裝置的使用者，特別是在野外環境下使用的各種系統網絡的使用者，如電力線路、通訊線路、有線電視線路、監控系統線路、寬帶數據網絡系統等，因而zui易受感應雷的損害。
二、雷電的破壞原理
雷電流的機械力作用能使被擊物體遭受破壞，雷電的破壞原理主要表現在下述幾個方面：
1、雷電流熱效應破壞原理：閃電擊中地面物體，閃電電流產生焦耳-楞次熱效應，雖然電流峰值很高，但作用的時間卻很短，只能產生局部瞬時高溫，強大的雷電流通過被雷擊的物體時會產生很高的溫度而發生溶化、汽化或燃燒的現象，可以使較小體積的金屬溶化。在回擊階段，雷云對地放電的峰值可達數倍10以上，瞬間功率可達1011W以上，在這瞬間，它將在其通道上造成強加熱效應，放電通道中空氣溫度瞬間可升到30000度以上，因此在通道上遇到可燃物質時，便會產生火災。
2、雷電流沖擊波的破壞原理：由于雷電通道中空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴散，其外圍附近的冷空氣被強烈壓縮形成“激波”。被壓縮空氣的外界稱為“激波波前”。“激波波前”到達的地方，空氣密度、壓力和溫度都會突然增加。“激波波前”過后，該區域內空氣壓力下降，直到低于大氣壓力。這種“激波”在空氣中傳播，會使附近的建筑物受到破壞，人和牲畜受到傷害，如同在對附近建筑物、人和牲畜受到傷害一樣。雷云在放電后收縮的過程中，由于雷電的突然收縮，還會產生次聲波，它同樣對人、牲畜有傷害作用。
3、雷電流的電動力效應的破壞原理：由于雷電流的峰值很大，作用時間很短，其產生的電動力具有沖力特性。這種
電動力的沖力對金屬導體有較大的破壞性。
4、雷電的靜電感應和電磁感應的破壞原理：閃電在回擊通道及其貼近處產生強大的機械效應、加熱效應外，同時也產生可波及較遠處的電磁效應，這種電磁波的危害性導致了大量的電子設備的損壞和中斷工作。
（1）靜電感應：當空間有帶電的雷云出現時，雷云下的地面及建筑物等，都由于靜電感應的作用而帶上相反的電荷。在雷擊發生時，雷云上所帶的電荷，通過閃擊與地面的異種電荷迅速中和，而有些局部如架空導線上的感應電流，由于和大地間電阻比較大，不能在同樣短的時間內消失，這就形成了局部的感應高電壓。這種感應高電壓在高壓架空線路上可達300-400KV，在低壓架空線路上可達100KA，在電信線路上可達4-60KV，在有線電視線路上可達20-40KV，在建筑物上也可以產生相當高的有危險的電壓。這種由于靜電感應感應產生的過電壓，不僅對接地不良的電氣系統有破壞作用，而且對于對于金屬構架與接地不良的金屬器件之間容易發生火花，對存放易燃易爆物品的地方或生產場所，引起火災或爆炸事故。
（2）電磁感應：由于雷電流有極大峰值和陡度，在它周圍的空間有強大的變化的電磁場，處在這電磁場中的導體會感應出較大的電動勢。這種電磁感應也會引起易燃物的火災和易爆物的爆炸。
5、雷電反擊和引入高電位
(1)、雷電反擊，直擊雷擊中的金屬體（包括接閃器、接地引線和接地體）時，該金屬體在接閃瞬間與大地存在很高的電壓，這電壓對與大地連接的其他金屬物品會發生閃擊。
(2)、雷電引入高電位，當直擊雷或感應雷從輸電線、通信電纜、無線電天線等金屬的引入線引入建筑物內時，會發生閃擊而造成雷擊事故。
三、雷電入侵途徑
1、雷電閃擊到建筑物時，雷電能量通過電位反擊、各種耦合機制（電流耦合、電感耦合、電容耦合）及電磁脈沖輻射等方式沿供電線路、通信線路、網絡線路和金屬管線進入設備，造成設備的損壞。以雷擊中心1.5~3km為半徑的范圍內，雷電電磁脈沖輻射沖輻射沿各種線路進入設備。
2、在高壓輸電線路上發生雷擊時，線路上產生的過電壓也會沿線路傳送，直到變壓器的低側，造成設備的損壞。
3、雷云與雷云之間放電，同樣會產生雷電浪涌，通過各種金屬導體的線路進入設備。
4、云層帶電，使地面上某一建筑物表面或長導線感應帶異號電荷，產生電涌進入設備。
四、雷電防護分區
依據GB50343《建筑物電子信息系統防雷技術規范》，將建筑物按需要防護的空間由表及里劃分為不同的雷電防護區：直擊雷非防護區（LPZOA）、直擊雷防護區（LPZOB）、*防護區（LPZ1）、第二防護區（LPZ2）、后續防護區（LPZn）。如圖5-2。
雷電防護分區實際意義：
1、可以計算出各LPZ內空間雷堝電磁脈沖的強度，以確認是否需采取進一步的屏蔽措施。
2、可以確定等電位連接的位置（一般是各LPZ區交界處）。
3、可以確定在不同LPZ交界處選用電涌保護器的具體指標。
4、可以選定敏感電子設備的安全放置位置。
5、可以確定在不同LPZ交界處等電位連接導體的zui小芯線截面。
五、如何防雷
1、綜合防雷設計
現代防雷技術是一項綜合系統工程，系統結構愈合理，系統的各個組成部分（或要素）之間的有機結合就越合理，相互之間的作用就越協調，從而使整個系統在總體上達到*的運行狀態。
建筑物綜合防雷裝置分為兩大部分：外部防雷裝置和內部防雷裝置，在進行防雷設計時必須將外部防雷裝置和內部防雷裝置作為整體統一考慮。
2、系統防雷設計
作為一個系統，對整個系統所使用的電氣設備、電器、電子設備（包括供配電室、機房及電源，機房設備、線路設備等）的電源和信號的防雷保護，需要從系統的保護性、安全性、規范性的整體來統一考慮。
3、單體設備防雷
作為單臺的設備，可以從設備的具體的技術要求進行單一的考慮和設計。
