雷電流對弱電設(shè)備的危害及入侵途徑分析

董德文　賈棟祥

[摘要]主要論述雷電流的危害，并從5個方面分析破壞原理，并從直擊雷和感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷三個方面分析雷電流入侵弱電系統(tǒng)的途徑。

[關(guān)鍵詞]雷電流弱電系統(tǒng)電磁感應(yīng)

中圖分類號：059文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597(2009)0210031－01

雷電是一種極具破壞力的自然現(xiàn)象，其電壓可高達數(shù)百萬伏，瞬間電流更可高達數(shù)十萬安培。千百年來，雷電所造成的破壞可謂不計其數(shù)。落雷后在雷擊中心1.5－2Km半徑的范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生過電壓損害線路上的設(shè)備。雷電災(zāi)害如同暴雨、颶風(fēng)一樣都屬于氣象(自然)災(zāi)害，它與水災(zāi)、干旱、刑事犯罪、交通事故統(tǒng)稱為影響社會安全和經(jīng)濟發(fā)展的六大災(zāi)害。

一、雷電流的破壞原理及其危害

1、雷電流熱效應(yīng)破壞原理

強大雷電流通過被擊物體時，由于時間很短，在被擊物體內(nèi)瞬間產(chǎn)生大量熱，如果被擊物體是樹木、建筑物等熱的不良導(dǎo)體時，產(chǎn)生的熱量來不及散發(fā)，導(dǎo)致爆炸，造成破壞；如果被擊物為金屬體時，則可使金屬體高溫而熔化。

2、雷電流沖擊波的破壞原理

雷電通道的溫度高達幾千℃至幾萬℃，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”，其在空氣中傳播時，周圍的空氣的密度、壓力和溫度都會突然增加，會使其附近的建筑物、人、畜受到破壞和傷亡。這種破壞作用與炸彈爆炸的破壞作用一樣。

同時，強大雷電流因迅速放電而突然收縮時，形成稀疏區(qū)和壓縮區(qū)，形成次聲波，對人、畜同樣有傷害作用。

3、雷電流電動力效應(yīng)的破壞原理

電流周圍產(chǎn)生磁場(用右手定則確定磁力線方向)，電流在磁場中受力(用左手定則確定其受力方向)。

4、雷電的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的破壞原理

(1)靜電感應(yīng)。當(dāng)空間有帶電的雷云下面的地面及建筑物等，都由于靜電感應(yīng)的作用而帶上相反的電荷，局部地區(qū)感應(yīng)高電壓，在高壓架空線路可達300KV～400KV，在低壓架空線路可達100KV，電信線路可達40～60KV，建筑物也可以產(chǎn)生相當(dāng)高的電壓。對接地不良的電氣系統(tǒng)有破壞作用，對于接地不良的金屬器件之間容易發(fā)生火花，這對存放易燃物品的建筑物有引超爆炸的危險。

(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大的變化的電磁聲處在這電磁場中的導(dǎo)體會感應(yīng)出較大的電動勢。其原理如圖所示：感應(yīng)電勢足以使氣隙a、b間放電，并產(chǎn)生火花。

由雷電引起的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)統(tǒng)稱為感應(yīng)雷，又叫二次雷，對人、畜都有一定的危險。根據(jù)調(diào)查顯示，以雷擊點為中心3km范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生危險過電壓。損害線路上的設(shè)備。近年來，隨著大量數(shù)據(jù)設(shè)備和精密儀器的廣泛應(yīng)用，雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。

5、雷電反擊和引入高電位

(1)雷電反擊，當(dāng)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間存在很高的電壓，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。

近年來，隨著大量的數(shù)據(jù)設(shè)備和精密儀器應(yīng)用的范圍日益廣泛，雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。由于通訊計算機網(wǎng)絡(luò)精密設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高度集中化，使設(shè)備耐受過電壓、過電流的能力下降，更易遭受雷電破壞。輕者可造成計算機終端和通信設(shè)備的接口損壞，使通信中斷，大量信息丟失或無法傳輸；嚴(yán)重者使網(wǎng)絡(luò)主機損壞，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，工作無法進行。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)易遭受雷擊損壞的設(shè)備有：MODEM(調(diào)制解調(diào)器)、ROUTER(路由器)SWITCH(交換機)、HUB、網(wǎng)卡、通信卡、UPS、計算機電源及主板。

二、雷電流的入侵途徑

1、直擊雷：雷電直接擊中建筑物，雷電的不到50％的能量將會從引下線等外部避雷設(shè)施泄放到大地，其中接近40％的能量將通過建筑物的供電系統(tǒng)分流，其中5％左右的能量通過建筑物的通信網(wǎng)絡(luò)線纜分流，其余的雷擊能量通建筑物的其他金屬管道、纜線分流。這里的能量分配比例會隨著建筑物內(nèi)的布線狀況和管線結(jié)構(gòu)而變化。直擊雷波形為10/350us。

2、傳導(dǎo)雷(雷電波侵入)：在更大的范圍內(nèi)(幾公里甚至幾十公里)，雷電擊中電力或信息通訊線路，然后沿著傳輸線路侵入設(shè)備。其中地電位反擊也是傳導(dǎo)雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、地面，導(dǎo)致地電壓升高，并在周圍形成巨大的跨步電壓。雷電可能通過接地系統(tǒng)或建筑物間的線路入侵雷電延建筑物內(nèi)部設(shè)備形成地電位反擊。

3、感應(yīng)雷(雷電波感應(yīng))：在周圍1000公尺左右范圍內(nèi)(有資料為500公尺或1500公尺，距離應(yīng)隨著雷擊大小和屏蔽措施而變化)。發(fā)生雷擊時，LEMP在上述有效范圍內(nèi)，在所有的導(dǎo)體上產(chǎn)生足夠強度的感應(yīng)浪涌。因此分布于建筑物內(nèi)外的各種電力、信息線路將會感應(yīng)雷電而對設(shè)備造成危害。

三、結(jié)束語

在進行防雷設(shè)計時，必須了解雷電流入侵途徑，才能進行正確的設(shè)計。