防雷技术综述

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摘要：从雷电的入侵途径可知，雷电会产生强大的电磁波，在周围的导体上产生感应雷电流，也会构成对电子设备的直接冲击损坏。本文主要在防雷技术方面进行综述。

    关键词：雷电表现形式雷电设备

    雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。

    雷电的表现形式主要有两种：

    一种是直击雷，是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。直击雷威力巨大，雷电压可达几万伏至几百万伏，瞬间电流可达十几万安，在雷电通路上，物体会被高温烧伤甚至融化。通常在建筑物顶部安装避雷针或避雷网等来防直击雷。

    另一种是感应雷，是指当直击雷发生以后，带电云层迅速消失，而地面上某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物因电磁感应而产生高电压以致发生闪击的现象。

    一、雷电干扰的入侵路径

    1.当建筑物本身受雷电直击时，和建筑物连接的金属导体包括建筑物钢筋与地极之间产生瞬时电位差，构成摧毁电子设备之冲击过电压。并且经下引线流过的大量电流，亦产生磁场冲击波。如上图中①所示。

    2.当远端的导线因雷电而产生感应电压会由远端经导线传导过来，如图②所示。

    3.当云层间放电时，强大的电磁冲击会在邻近的地上金属导线感应出冲击电压，并且磁场冲击会漫延到地上的建筑物，如图③所示。

    4.另外，内部操作过电压，如变压器的空载，电机的启动，开关的开启等，也能引起强大的脉冲冲击电流通过线缆引入，破坏电子设备。

    由感应雷引起的事故约占雷害事故的80%至90%。针对感应雷的破坏途径，我们可采取接地、分流、屏蔽、均压等电位等方法进行有效的防护，以保证人身和设备的安全。

    防雷器的作用就是在最短时间内将线路上因感应雷产生的大量的浪涌电流释放到地网，使建筑物内各点之间电位差大致不变，从而保护设备。

    二、接地系统

    接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷，最终都是把雷电流送入大地。因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。对于计算机场地的接地电阻要求≤4欧姆，并且采取共用接地的方法将避雷接地、电器安全接地、交流地、直流地统一为一个接地装置。如有特殊要求设置独立地，则应在两地网间用地极保护器连接，这样，两地网之间平时是独立的，防止干扰，当雷电流来到时两地网间通过地极保护器瞬间连通，形成等电位连接。

    三、防雷等电位连接

    等电位连接的目的，在于减少需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区交界的金属部件和系统，以及在一个防雷区内部的金属部件和系统，都应在防雷区交界处做等电位连接。应采用等电位连接线和螺栓紧固的线夹在等电位连接带做等电位连接，而且当需要时，应采用避雷器做暂态等电位连接。

    四、屏蔽和分区防雷保护

    从雷电的入侵途径可知，雷电会产生强大的电磁波，在周围的导体上产生感应雷电流，也会构成对电子设备的直接冲击损坏。据资料统计，2.4高斯的电磁波冲击就能造成电子设备的直接损坏，0.03高斯的电磁波冲击就能造成电子设备的误动。屏蔽是减少电磁波破坏的基本措施，包括外部屏蔽措施、适当的布线措施、线路的屏蔽措施。雷电保护区是以屏蔽层为界面来划分的。

    国际电工委员会IEC1312《雷电电磁脉冲的防护》对雷电保护区的划分问题，提出了原则性的建议。

    一个欲保护的区域，从EMC（电磁兼容）的观点来看，由外到内可分为几级保护区，最外层是0级，危险性最高；我国大多数情况下的机房，就与0区仅一墙之隔，即只有一层屏蔽，则该机房内空间定为1区；各电子设备的外壳为一层屏蔽层，可视机壳内的空间为2区等。越往内部，危险程度越低，过压主要是沿线穿过的，保护区的界面通过外部防雷系统、钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层面形成。穿过各级雷电保护区的金属构件，一般应在保护区的分界面做等电位连接。

    五、雷击保护的基本原则

    欲使设备得到很好的保护，首先应对其所处的环境、受雷电影响的程度作出客观的估计，因它与出现过电压的幅值、概率、网络结构、设备抗电压能力、保护水平和接地等有关；防雷工作应作为一项系统工程来考虑，强调全面防护（包括建筑物、传输线路、设备和接地等），综合治理，且要做到科学、可靠、实用和经济。针对感应雷瞬时能量较大的特点，根据IEC国际标准对能量逐级吸收的理论，及防护区间量级分类的原则，需要做多级防护。