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雷電防雷五大知識分析

閱讀：2540發(fā)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(chǎn)損失估計在70~100億元左右。因此，在了解防雷產(chǎn)品之前，我們不妨先對雷電保護(hù)知識作一些了解，以便在選購和使用中有必要的正確認(rèn)識。
　　
　　一、雷擊
　　
　　雷是大氣中的放電現(xiàn)象，雷擊主要有2種：直擊雷和感應(yīng)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(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中，常用避雷針、避雷線和避雷網(wǎng)來防護(hù)；而危害zui大的感應(yīng)雷，占雷擊率的90%，危害范圍廣，難以有效進(jìn)行防護(hù)，絕大部分電子裝置主要是感應(yīng)雷雷擊而損壞的。
　　
　　1、直擊雷的產(chǎn)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(fù)電荷，當(dāng)2種云層接近時一定程度時便發(fā)生迅速強(qiáng)烈的放電，放電時的溫度可高達(dá)2萬度，空氣受熱急劇膨脹，每次放電大約在幾微秒內(nèi)釋放相當(dāng)大的能量。當(dāng)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(yīng)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(dá)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(hù)方式，但是使用者在實際工作中常發(fā)現(xiàn)直擊雷過后，許多電子裝置仍然有較大的損害，大多數(shù)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(yīng)雷造成的，它通過CATV系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)載入裝置造成損害。
　　
　　2、感應(yīng)雷的產(chǎn)生與危害：感應(yīng)雷是由靜電抗器應(yīng)和雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)兩種原因所造成的，當(dāng)帶電雷云靠近輸電線路時，線路上面會感應(yīng)出異性電荷，這些異性電荷被雷云電荷束縛著，當(dāng)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(yīng)高電位，這種感應(yīng)高電位發(fā)生在低壓架空線路時zui高可達(dá)100KV；在電訊線路上可達(dá)40—60KV。而且它可以順延線路進(jìn)入各種電子裝置造成損壞，而損壞的主要原因是電磁感應(yīng)。電磁感應(yīng)是雷擊后巨大的雷電流在周圍空間產(chǎn)生交變磁場引起雷場附近裝置感應(yīng)出高電壓損壞裝置。感應(yīng)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(yīng)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(yīng)雷的防護(hù)問題一直困擾著各類電子裝置的使用者，特別是在野外環(huán)境下使用的各種系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的使用者，如電力線路、通訊線路、有線電視線路、監(jiān)控系統(tǒng)線路、寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，因而zui易受感應(yīng)雷的損害。
　　
　　二、雷電的破壞原理
　　
　　雷電流的機(jī)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(xiàn)在下述幾個方面：
　　
　　1、雷電流熱效應(yīng)破壞原理：閃電擊中地面物體，閃電電流產(chǎn)生焦耳-楞次熱效應(yīng)，雖然電流峰值很高，但作用的時間卻很短，只能產(chǎn)生局部瞬時高溫，強(qiáng)大的雷電流通過被雷擊的物體時會產(chǎn)生很高的溫度而發(fā)生溶化、汽化或燃燒的現(xiàn)象，可以使較小體積的金屬溶化。在回?fù)綦A段，雷云對地放電的峰值可達(dá)數(shù)倍10以上，瞬間功率可達(dá)1011W以上，在這瞬間，它將在其通道上造成強(qiáng)加熱效應(yīng)，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(zhì)時，便會產(chǎn)生火災(zāi)。
　　
　　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(kuò)散，其外圍附近的冷空氣被強(qiáng)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(dá)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(qū)域內(nèi)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(chǎn)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(yīng)的破壞原理：由于雷電流的峰值很大，作用時間很短，其產(chǎn)生的電動力具有沖力特性。這種
　　
　　電動力的沖力對金屬導(dǎo)體有較大的破壞性。
　　
　　4、雷電的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的破壞原理：閃電在回?fù)敉ǖ兰捌滟N近處產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械效應(yīng)、加熱效應(yīng)外，同時也產(chǎn)生可波及較遠(yuǎn)處的電磁效應(yīng)，這種電磁波的危害性導(dǎo)致了大量的電子設(shè)備的損壞和中斷工作。
　　
　?。?）靜電感應(yīng)：當(dāng)空間有帶電的雷云出現(xiàn)時，雷云下的地面及建筑物等，都由于靜電感應(yīng)的作用而帶上相反的電荷。在雷擊發(fā)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(dǎo)線上的感應(yīng)電流，由于和大地間電阻比較大，不能在同樣短的時間內(nèi)消失，這就形成了局部的感應(yīng)高電壓。這種感應(yīng)高電壓在高壓架空線路上可達(dá)300-400KV，在低壓架空線路上可達(dá)100KA，在電信線路上可達(dá)4-60KV，在有線電視線路上可達(dá)20-40KV，在建筑物上也可以產(chǎn)生相當(dāng)高的有危險的電壓。這種由于靜電感應(yīng)感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓，不僅對接地不良的電氣系統(tǒng)有破壞作用，而且對于對于金屬構(gòu)架與接地不良的金屬器件之間容易發(fā)生火花，對存放易燃易爆物品的地方或生產(chǎn)場所，引起火災(zāi)或爆炸事故。
　　
　　（2）電磁感應(yīng)：由于雷電流有極大峰值和陡度，在它周圍的空間有強(qiáng)大的變化的電磁場，處在這電磁場中的導(dǎo)體會感應(yīng)出較大的電動勢。這種電磁感應(yīng)也會引起易燃物的火災(zāi)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(fā)生閃擊。
　　
　　(2)、雷電引入高電位，當(dāng)直擊雷或感應(yīng)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(nèi)時，會發(fā)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(jī)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(wǎng)絡(luò)線路和金屬管線進(jìn)入設(shè)備，造成設(shè)備的損壞。以雷擊中心1.5~3km為半徑的范圍內(nèi)，雷電電磁脈沖輻射沖輻射沿各種線路進(jìn)入設(shè)備。
　　
　　2、在高壓輸電線路上發(fā)生雷擊時，線路上產(chǎn)生的過電壓也會沿線路傳送，直到變壓器的低側(cè)，造成設(shè)備的損壞。
　　
　　3、雷云與雷云之間放電，同樣會產(chǎn)生雷電浪涌，通過各種金屬導(dǎo)體的線路進(jìn)入設(shè)備。
　　
　　4、云層帶電，使地面上某一建筑物表面或長導(dǎo)線感應(yīng)帶異號電荷，產(chǎn)生電涌進(jìn)入設(shè)備。
　　
　　四、雷電防護(hù)分區(qū)
　　
　　依據(jù)GB50343《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，將建筑物按需要防護(hù)的空間由表及里劃分為不同的雷電防護(hù)區(qū)：直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZOA）、直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZOB）、*防護(hù)區(qū)（LPZ1）、第二防護(hù)區(qū)（LPZ2）、后續(xù)防護(hù)區(qū)（LPZn）。如圖5-2。
　　
　　雷電防護(hù)分區(qū)實際意義：
　　
　　1、可以計算出各LPZ內(nèi)空間雷堝電磁脈沖的強(qiáng)度，以確認(rèn)是否需采取進(jìn)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(qū)交界處）。
　　
　　3、可以確定在不同LPZ交界處選用電涌保護(hù)器的具體指標(biāo)。
　　
　　4、可以選定敏感電子設(shè)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(dǎo)體的zui小芯線截面。
　　
　　五、如何防雷
　　
　　1、綜合防雷設(shè)計
　　
　　現(xiàn)代防雷技術(shù)是一項綜合系統(tǒng)工程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)愈合理，系統(tǒng)的各個組成部分（或要素）之間的有機(jī)結(jié)合就越合理，相互之間的作用就越協(xié)調(diào)，從而使整個系統(tǒng)在總體上達(dá)到*的運行狀態(tài)。
　　
　　建筑物綜合防雷裝置分為兩大部分：外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置，在進(jìn)行防雷設(shè)計時必須將外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置作為整體統(tǒng)一考慮。
　　
　　2、系統(tǒng)防雷設(shè)計
　　
　　作為一個系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)所使用的電氣設(shè)備、電器、電子設(shè)備（包括供配電室、機(jī)房及電源，機(jī)房設(shè)備、線路設(shè)備等）的電源和信號的防雷保護(hù)，需要從系統(tǒng)的保護(hù)性、安全性、規(guī)范性的整體來統(tǒng)一考慮。
　　
　　3、單體設(shè)備防雷
　　
　　作為單臺的設(shè)備，可以從設(shè)備的具體的技術(shù)要求進(jìn)行單一的考慮和設(shè)計。

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