1雷電的產生和危害

1.1雷電的產生

雷電是因強對流氣候而形成的雷雨云層之間或者云層與大地間強烈瞬間的放電現象。當雷電發生時，輻射等綜合物理效應，是一種嚴重的氣象自然災害。

1.2雷電產生的機理

盡管雷電現象自古以來就有，但由于大自然本身的復雜性和客觀條件的制約，全世界至今仍然還在繼續研究雷電產生的機理。目前大家比較認同的解釋理論有下面兩種：

（1）雨滴分裂作用理論

當潮濕水氣上升到高空，遇冷產生凝結形成小水滴。由于上升氣流的不穩定，水滴在運動過程中相互摩擦、碰撞、分裂形成大小不等的水珠，大水珠帶正電荷，小水珠帶負電荷，小水珠容易被上升氣流帶到上層云層，大水珠則留在下層或降落到地面，這樣便形成了電荷的分離過程。當帶電荷云層逐步積累到足夠的電荷量時，便相互放電產生閃電現象，形成雷電。

（2）電場極化理論

距離地面80公里以上的電離層具有一定的導電能力，而且是帶正電荷的，而大地是帶負電荷、形成比較穩定的大氣電場。使處于其中的任何導體（包括云層）上端帶負電荷，下端帶正電荷，即發生極化。另外，前面介紹的空氣中水滴分裂后形成上負下正的帶電云層，進一步被大氣電場極化，這些云層電荷量逐漸積累增多，達到了足夠的能量（電位差達到500?600KV/M）時，便產生閃電現象，形成雷電（請關注：通信電源技術/通信電源人）。

1.3雷電類型和危害

自然界的雷擊可分為直擊雷以及雷電感應高電壓和雷電電磁脈沖輻射（LEMP）兩類。

（1） 直擊雷

直擊雷是雷雨云對大地和建筑物的放電現象。它以強大的沖擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波、強烈的電磁輻射損壞放電通道上的建筑物、輸電線、室外電子設備，甚至擊死擊傷人畜，造成一定的財產損失和生命損失。

（2） 雷電感應高電壓以及雷電電磁脈沖（LEMP）

雷電感應高電壓以及雷電電磁脈沖是由于雷雨云層相互之間或者雷雨云與大地之間放電時，在放電通道周圍產生的電磁感應、雷電電磁脈沖輻射以及雷云電場的靜電感應，使建筑物上的金屬管道、鋼筋以及由室外進入室內的電源線、信號線、天饋線等感應的雷電高電壓，通過這些線路以及金屬管道等引入室內造成放電，從而損壞電子和微電子設備。

① 雷電感應高電壓及其形式

A.靜電感應

雷云底部分布著大量的負電荷，通過靜電場感應，在其所覆蓋的地表面和各種物體，尤其是導體上，將感生出大量與雷云底部電荷符號相反的電荷。

B.電磁感應

閃電電流在閃電通道周圍的空間產生磁場，這種磁場將隨時間而變化，并在附近的各類金屬導體上激發出感應電動勢或感生電流。

C.電阻耦合

其形式有：--雷電侵入波

直接雷擊或感應雷擊作用在遠處雷區或防雷保護區域之外的導線或金屬管道上，產生的過電壓沿著導線或金屬管道傳來，侵入建筑物內部或設備內部，而使建筑物結構、設備部件損壞或人員傷亡。

--地電位反擊

如果建筑物的避雷針引下線（包括接地體）與各種金屬導線、管道或用電設備的工作地線間的絕緣距離未達到安全要求，而又沒有采取相應的等電位連接和鉗位措施，從而在這些金屬導線、管道或用電設備的工作地線上引入反擊電流，造成人身和設備雷擊事故。

② 電磁脈沖輻射

閃電放電時，其脈沖電流就向外輻射脈沖狀的電磁波，當耦合到對瞬態電磁脈沖極其敏感的現代電子設備（如計算機）上，將造成設備故障或損壞。

1.4雷電防護的現狀

在富蘭克林發明避雷針時及以后270多年間，開始電子設備并不多，人們并沒有意識到雷電感應高電壓及雷電電磁脈沖的危害，只是采取了防護直擊雷的措施，并往往認為防雷就只是安裝避雷針、避雷線等。

后來隨著電子設備大量的應用，特別是當前電子計算機技術、通信技術的高速發展和日益普及，雷電感應高電壓以及雷電電磁脈沖的危害明顯顯露出來，單純使用避雷針防雷不僅不能滿足電子、微電子設備的防雷需要，反而在避雷針的引下線周圍還產生了強烈的電磁場和電磁脈沖輻射，對周圍的電子、微電子設備造成了危害。

由于雷電感應高電壓及雷電電磁脈沖的傳播途徑廣，作用范圍寬，其破壞作用往往悄然發生，不易察覺，后果遠比直擊雷嚴重得多。所以人們開始研究雷電感應高電壓以及雷電電磁脈沖的防護問題，并在反復的實踐中逐步找到了系統、有效的方法（請關注：通信電源技術/通信電源人）。

目前，世界上許多國家都非常重視雷電（特別是感應雷）的防護工作。國際上，在國際電工委員會（IEC）下面成立了5個與防雷有關的技術委員會（如TC37、TC64、TC81等）。國內，在國家和各級氣象主管部門下面都成立了防雷中心。國內外的有關組織和研究機構在防雷理論、防雷技術、防雷設備、防雷規范、防雷檢測手段等方面進行了大量卓有成效的研究，取得了可喜的成績。

2浪涌的產生和危害

2.1浪涌的含義

浪涌是指沿線路傳送的電流、電壓或功率的瞬態波。其特性是先快速上升后緩慢下降。波形持續時間一般為微妙級或毫秒級。

2.2浪涌產生的原因

浪涌產生的原因通常有：

（1）雷電襲擊

（2） 操作過電壓

當電流通過導體時在其周圍建立一個磁場，將能量儲存起來，當電流斷開或接通時（包括切合感性負載、開斷容性負載、開關動作、負載變化、線路出現短路斷路和電弧故障時），磁場的能量將急速釋放，形成浪涌。

（3）靜電放電

當不同介電常數的絕緣材料相互接觸和摩擦時，或者在不同的物體之間存在有電位差或電場時，就會因發生電荷轉移而產生靜電。氣候越干燥，電荷量越大，靜電電壓越高。人體的靜電電荷量通常有0.5~5庫侖，靜電電壓可達12~30KV。當帶有靜電的物體或人體接觸計算機等信息設備時，就會發生放電現象。放電產生的電磁干擾可能使信息系統（設備）失靈或損壞。

2.3浪涌的危害

操作過電壓和靜電放電造成的事故和損失很多。

隨著現代科技的發展和社會的進步，各行各業在不斷地引進和使用大量先進的自動化控制設備、辦公網絡以及工業電視監控系統等，而且系統越來越復雜、智能化程度越來越高。這些先進的系統對于改善工作條件、提高工作效率和生產技術水平，起到了不可或缺的作用。

但是，富含大量集成電路和精密微電子器件的系統又是一個比較脆弱的系統。目前的自動化控制設備、通信設備、辦公網絡等設備，雖然可靠性和抗低幅度雜波干擾的能力明顯提高，但由于器件集成度的提高，耐壓水平反而降低，對操作過電壓和靜電干擾非常敏感，極易被線路上出現的異常尖脈沖軟擊穿甚至硬擊穿。

經統計和研究，在實際操作中，有60%以上的電子電氣設備發生的數據丟失、誤動作、死機、失靈甚至損壞，都跟操作過電壓和靜電放電有關。由此帶來的安全隱患、事故與經濟損失也是不可估量的！

3雷電及浪涌防護的方法

3.1防護原則

（1）由于操作過電壓、靜電放電和雷電過電壓都屬于浪涌，它們的波形特征相似，破壞效應一樣，其防護的方法相互可以兼容。防止雷電感應高電壓和雷電電磁脈沖的措施，同時也完全可以防止操作過電壓和靜電放電產生的破壞。

（2）電子信息系統的雷電和浪涌防護必須按照"綜合防護"的要求進行設計。應堅持預防為主、安全第一、全面規劃、綜合治理、整體防御、多重保護、技術先進、經濟合理的指導方針。

（3）電子信息系統的雷電和浪涌防護，在設計前宜做現場雷電環境和電磁環境評估。應認真調查地理、地質、土壤、氣象、環境條件、雷電活動規律、雷擊和設備事故的受損原因、系統設備的重要性、設備的工作環境，發生雷電和浪涌災害后果的嚴重程度以及被保護物的特點等的基礎上分別采取相應的防護措施。

（4）電子信息系統的雷電防護應當按照雷電的特殊性，根據所在地區雷暴等級、設備所在不同的雷電防護區以及系統對雷電電磁脈沖的抗擾度采用不同的防護措施（請關注：通信電源技術/通信電源人）。

（5）電子信息系統的雷電以及浪涌防護根據IEC組織提出的DBSG的基本思想，應采用以下六大綜合防護技術進行設計：

①直擊雷防護技術、②等電位連接技術、③屏蔽和隔離技術、④合理布線技術、 ⑤共用接地技術、⑥分流與鉗位技術

3.2防護方法

在一個完善的建筑物電子信息系統防雷工程（特別是針對微電子設備的防雷工程）中，下述六個綜合措施缺一不可。如果某一個環節考慮不周，即使進行了防雷方面的工作也起不到防雷作用，還有可能引雷入室而造成電子設備失靈或永久性損壞。

1、直接雷防護

直接雷防護就是利用避雷針、避雷帶、避雷網等防直擊雷裝置，把閃電強大電流傳到大地去，以保護建筑物和構筑物的安全。防直擊雷裝置應嚴格按照國標GB50057-94《建筑物防雷設計規范》的要求進行設置，其中避雷針必須按滾球法計算其保護范圍和高度。

2、屏蔽和隔離措施

① 所謂屏蔽，就是用金屬網、箔、殼等把需要保護的對象包圍起來，把閃電以及強干擾的電磁脈波在空間的入侵通道全部阻斷，以保護電子電器設備安全。金屬屏蔽網（屏蔽室）應與等電位接地端子或接地帶進行可靠連接。

對比較脆弱或比較重要設備，與其相連的尤其是進出屏蔽區域的電纜應采用屏蔽電纜。屏蔽層宜在兩端及雷電防護區交界處做等電位連接。有時為了加強屏蔽作用，還需要將電纜穿入鐵管之內，并將鐵管兩端以及在防雷區交界處進行等電位連接。

② 所謂隔離，就是讓敏感的電子信息設備盡可能避開或遠離雷電和浪涌容易干擾或破壞的地方。比如把電子信息設備安放在遠離窗戶以及大功率電感性或電容性負載的地方；使用光纜進行連接（光纜的加強鋼筋應在兩端做等電位接地連接）；不用手或只用帶靜電手套（手腕）的手直接接觸電子信息設備的元器件、線路板和端口等。

3、等電位連接

配置有信息系統設備的機房內應設等電位連接端子板，端子板應可靠接地。機房內的電氣和電子設備的金屬外殼（包括機柜和機架）、屏蔽線外層以及各種SPD接地端均應以最短的距離就近與等電位連接端子板連接，以防止不同設備、不同導體之間出現電位差造成設備故障和人員傷亡，或者由于地電位的反擊而損壞電子電器設備。

4、共用接地

所謂共用接地是將在同一區域的交流工作地、直流工作地、安全保護地、防靜電接地、防雷接地等共用一組接地裝置。共用接地系統的接地電阻應以接入設備中最小值確定。信息系統的接地電阻一般不宜大于4Ω。

防靜電的散流和接地裝置應按照有關規范進行設計。

當有特殊要求時也可采用獨立接地。但是，沒有直接連通的地網及其設備之間要按規范留有足夠的距離，或者采用等電位連接體進行連接，防止不同的地網及其設備之間在雷擊時因電位不同而發生跳擊。

5、合理布線

所謂合理布線就是將容易引起干擾的線纜（比如強電和弱電線纜、架空和非架空線纜、室外進線和室內線纜等）分開敷設，并保持一定間距，并且符合國家標準GB/T50311規范的規定；或者利用金屬走線槽進行分開走線。

大樓建筑物電氣線路的主干線，應敷設在建筑物的電氣豎井內，并且應當避開作為防雷引下線的結構柱子，防止雷電感應高電壓的襲擊。

接入串聯型浪涌保護器的輸入和輸出線路不應交叉重疊；當閉合線路較長時，閉合線路所包圍的面積應盡可能小。

6、分流與鉗位

所謂分流與鉗位就是使用浪涌保護器（SPD）。在進入室內的電源線路、信號線路特別是重要設備的前面按規范逐級加裝該保護裝置，將感應到電源線、天饋線以及信號線的雷電流泄放到大地，并將雷電以及浪涌鉗位到設備能承受的范圍，從而保護電子電器設備不被雷電感應高電壓以及操作過電壓所損壞。

審核編輯 ：李倩