探析雷電和浪涌的產(chǎn)生及其防護

牛宇寧　王 煒　王 輝（啟東市氣象局，江蘇　啟東　226200）

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探析雷電和浪涌的產(chǎn)生及其防護

牛宇寧王 煒王 輝
（啟東市氣象局，江蘇啟東226200）

摘要：雷電感應高電壓以及雷電電磁脈沖給相關工作、人民的生命財產(chǎn)和經(jīng)濟建設帶來的安全隱患、事故與經(jīng)濟損失是不可估量的。本文從雷電和浪涌的產(chǎn)生及其危害進行了闡述，探析了雷電和浪涌防護的措施。

關鍵詞：雷電防護；浪涌；危害；措施

目前，我國各級氣象主管部門下面都成立了防雷中心，并且在防雷理論、技術、設備、檢測手段等方面都取得了一定的成績。但是，仍有不少行業(yè)和單位對防雷的認識不足，防雷投資少，導致了我國的防雷工作還不均衡的局面。

1 雷電和浪涌的產(chǎn)生及危害

1.1 雷電的產(chǎn)生及危害

雷電是強對流氣候形成的，是積雨云層之間、云層對大地之間強烈瞬間的放電現(xiàn)象。巨大帶電云體高速地相向運動，碰撞后帶電云體則會放電爆炸，進而就產(chǎn)生了強烈的閃光和巨大的雷聲。

雷電，是伴有閃電和雷鳴的一種雄壯而又令人生畏的放電現(xiàn)象、是的極為嚴重的氣象災害。自然界的雷擊可分為兩種，一種是直擊雷，即云層對大地的放電，直接擊在建筑物上發(fā)生熱效應作用和電動力作用，強大的雷擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波、瞬變的電磁場和強烈的電磁輻射等綜合物理效應，會給大地上的建筑物、輸電線、人和建筑物內外電子設備帶來極大的危害，可導致金屬熔化，引發(fā)火災和爆炸，造成財產(chǎn)損失和人員傷亡，是人類研究的主要對象。另一種是雷電感應高電壓和雷電電磁脈沖輻射（LEMP），也就是雷電在放電通道周圍產(chǎn)生電磁感應、雷電電磁脈沖輻射以及雷云電場的靜電感應，它的感應范圍相當大，以雷擊為中心1.5km～2km范圍內，都可能產(chǎn)生危險的過電壓，建筑物上的金屬管以及由室外進入室內的電源線、信號線等線路在雷電天氣中所感應的雷電高電壓，都能通過這些線路引入室內放電，對人身、各種電氣設備、電子和微電子設備造成不同程度的危害。

1.2 浪涌的產(chǎn)生及危害

浪涌（Electrical surge）也叫突波，是指沿線路傳送的電流、電壓或功率瞬間出現(xiàn)超出穩(wěn)定值的峰值，這種瞬態(tài)波是發(fā)生在幾百萬分之一秒內的一種劇烈脈沖，其特性是先快速上升后緩慢下降。它包括浪涌電壓和浪涌電流。

浪涌產(chǎn)生的原因通常有外部原因（雷電）和內部原因（電氣設備啟停和故障等）。其中，雷擊引起的電涌危害最大，在幾微秒內可從幾百伏快速升高至20000V，它的瞬間電流可達10000A。又由于本文主要探析雷電和浪涌的防護，其中20%的電涌都是源于雷電和其它系統(tǒng)的沖擊，所以內部原因暫不討論，外部的雷電是主要的探討內容。

直接雷擊是最嚴重的，如果發(fā)生在架空輸電線上，電壓將上升到幾十萬伏特，通常引起絕緣閃絡。另外，間接雷擊和內部浪涌發(fā)生的概率較高，會損壞用電設備，因此，做好電源防浪涌的關鍵是對這部分浪涌能量的吸收和抑制。事實上，雷電電流可以在電力線上傳輸?shù)木嚯x為1km或更遠，而雷擊發(fā)生時，雷擊點附近的峰值電流可達100kA或以上，電涌不斷地沖擊電機的絕緣層， 導致絕緣層被擊穿，這就使得用戶進線口處低壓線路的電流最高達到5kA到10kA，縱觀全球雷電活動頻繁的區(qū)域，電力設施每年都有數(shù)次雷電直擊事件。浪涌的危害囊括了災難性的危害和積累性的危害兩種，其中，災難性危害指的是當電涌電壓超過設備的承受能力，則會破壞或降低該設備的壽命；積累性危害指的是多個小電涌累積效應，它會造成半導體器件性能的衰退、設備發(fā)故障和壽命的縮短，甚至會迫使停產(chǎn)或是生產(chǎn)力下降。

2 雷電和浪涌的防護

雷電和浪涌防護必須按照“綜合防護”的要求進行設計。各單位要切實做到堅持預防為主、安全第一、全面規(guī)劃、綜合治理、整體防御、重點保護、技術先導的指導方針。雷電防護工作的設計應做好地理、地質、土壤、氣象、環(huán)境條件、雷電活動規(guī)律的調研，做好雷擊和設備事故受損原因、系統(tǒng)設備工作環(huán)境的評估，并且根據(jù)所在地區(qū)雷暴等級、設備對雷電電磁脈沖的抗擾度，制定具體的防護措施。綜合運用直擊雷防護技術、等電位連接技術、屏蔽和隔離技術、合理布線技術、共用接地技術、分流與鉗位技術等六大防護技術。

浪涌保護器，也叫防雷器，是一種為各種電子設備、儀器儀表，以及各種通訊線路提供安全防護的電子裝置。浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，在極短的時間內導通分流，以保護連接設備，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。

LEMP是雷擊時產(chǎn)生的強大閃電流及其電磁場。電源防雷器就是對危害雷電電磁的脈沖產(chǎn)生干擾，它做為電子信息平臺（機房）均都是各類的電子設備和精密的電力輔助設備，當今電子技術日益向高精度高靈敏度高效率和高可靠性方向發(fā)展，這些電子設備非常靈敏，但耐壓很低電子設備都承受不了±5V的電壓波動，這里以各種計算機為例，當雷電電磁脈沖的磁場強度超過0.07GS時就會引起計算機的誤動作，電源防雷器當磁場強度超過2.4GS時就會造成計算機的永久性損壞。因此，目前國內外對雷電電磁脈沖采取了不少可行的防護措施。

在一個完善的建筑物電子信息系統(tǒng)防雷工程中，利用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等防直擊雷裝置，可以將強大的雷電電流傳到大地；利用金屬網(wǎng)、箔、殼等把需要保護的對象屏蔽起來，阻斷電磁脈波入侵；電子設備的接地端應以最短的距離就近與等電位連接端子板連接；同一區(qū)域的共用接地應以接入設備的最小值確定接地電阻；將容易引起干擾的線纜分開敷設，利用金屬走線槽合理布線；使用浪涌保護器，將感應到電源線、天饋線以及信號線的雷電流泄放到大地進行分流。以上六個綜合措施環(huán)環(huán)相扣，可以有效地防止雷電感應高電壓和雷電電磁脈沖，有效地防止雷電入室而造成電子設備失靈或永久性損壞。

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