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(hù)

牛宇寧王 煒王 輝
（啟東市氣象局，江蘇啟東226200）

摘要：雷電感應(yīng)高電壓以及雷電電磁脈沖給相關(guān)工作、人民的生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來的安全隱患、事故與經(jīng)濟(jì)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(jìn)行了闡述，探析了雷電和浪涌防護(hù)的措施。

關(guān)鍵詞：雷電防護(hù)；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(shù)、設(shè)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(rèn)識不足，防雷投資少，導(dǎo)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(qiáng)對流氣候形成的，是積雨云層之間、云層對大地之間強(qiáng)烈瞬間的放電現(xiàn)象。巨大帶電云體高速地相向運(yùn)動(dòng)，碰撞后帶電云體則會(huì)放電爆炸，進(jìn)而就產(chǎn)生了強(qiáng)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(yán)重的氣象災(zāi)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(yīng)作用和電動(dòng)力作用，強(qiáng)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(qiáng)烈的電磁輻射等綜合物理效應(yīng)，會(huì)給大地上的建筑物、輸電線、人和建筑物內(nèi)外電子設(shè)備帶來極大的危害，可導(dǎo)致金屬熔化，引發(fā)火災(zāi)和爆炸，造成財(cái)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(yīng)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(yīng)、雷電電磁脈沖輻射以及雷云電場的靜電感應(yīng)，它的感應(yīng)范圍相當(dāng)大，以雷擊為中心1.5km～2km范圍內(nèi)，都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，建筑物上的金屬管以及由室外進(jìn)入室內(nèi)的電源線、信號線等線路在雷電天氣中所感應(yīng)的雷電高電壓，都能通過這些線路引入室內(nèi)放電，對人身、各種電氣設(shè)備、電子和微電子設(shè)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(nèi)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(nèi)部原因（電氣設(shè)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(nèi)可從幾百伏快速升高至20000V，它的瞬間電流可達(dá)10000A。又由于本文主要探析雷電和浪涌的防護(hù)，其中20%的電涌都是源于雷電和其它系統(tǒng)的沖擊，所以內(nèi)部原因暫不討論，外部的雷電是主要的探討內(nèi)容。

直接雷擊是最嚴(yán)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(luò)。另外，間接雷擊和內(nèi)部浪涌發(fā)生的概率較高，會(huì)損壞用電設(shè)備，因此，做好電源防浪涌的關(guān)鍵是對這部分浪涌能量的吸收和抑制。事實(shí)上，雷電電流可以在電力線上傳輸?shù)木嚯x為1km或更遠(yuǎn)，而雷擊發(fā)生時(shí)，雷擊點(diǎn)附近的峰值電流可達(dá)100kA或以上，電涌不斷地沖擊電機(jī)的絕緣層， 導(dǎo)致絕緣層被擊穿，這就使得用戶進(jìn)線口處低壓線路的電流最高達(dá)到5kA到10kA，縱觀全球雷電活動(dòng)頻繁的區(qū)域，電力設(shè)施每年都有數(shù)次雷電直擊事件。浪涌的危害囊括了災(zāi)難性的危害和積累性的危害兩種，其中，災(zāi)難性危害指的是當(dāng)電涌電壓超過設(shè)備的承受能力，則會(huì)破壞或降低該設(shè)備的壽命；積累性危害指的是多個(gè)小電涌累積效應(yīng)，它會(huì)造成半導(dǎo)體器件性能的衰退、設(shè)備發(fā)故障和壽命的縮短，甚至?xí)仁雇．a(chǎn)或是生產(chǎn)力下降。

2 雷電和浪涌的防護(hù)

雷電和浪涌防護(hù)必須按照“綜合防護(hù)”的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。各單位要切實(shí)做到堅(jiān)持預(yù)防為主、安全第一、全面規(guī)劃、綜合治理、整體防御、重點(diǎn)保護(hù)、技術(shù)先導(dǎo)的指導(dǎo)方針。雷電防護(hù)工作的設(shè)計(jì)應(yīng)做好地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境條件、雷電活動(dòng)規(guī)律的調(diào)研，做好雷擊和設(shè)備事故受損原因、系統(tǒng)設(shè)備工作環(huán)境的評估，并且根據(jù)所在地區(qū)雷暴等級、設(shè)備對雷電電磁脈沖的抗擾度，制定具體的防護(hù)措施。綜合運(yùn)用直擊雷防護(hù)技術(shù)、等電位連接技術(shù)、屏蔽和隔離技術(shù)、合理布線技術(shù)、共用接地技術(shù)、分流與鉗位技術(shù)等六大防護(hù)技術(shù)。

浪涌保護(hù)器，也叫防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表，以及各種通訊線路提供安全防護(hù)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(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，以保護(hù)連接設(shè)備，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。

LEMP是雷擊時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)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(jī)房）均都是各類的電子設(shè)備和精密的電力輔助設(shè)備，當(dāng)今電子技術(shù)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(shè)備非常靈敏，但耐壓很低電子設(shè)備都承受不了±5V的電壓波動(dòng)，這里以各種計(jì)算機(jī)為例，當(dāng)雷電電磁脈沖的磁場強(qiáng)度超過0.07GS時(shí)就會(huì)引起計(jì)算機(jī)的誤動(dòng)作，電源防雷器當(dāng)磁場強(qiáng)度超過2.4GS時(shí)就會(huì)造成計(jì)算機(jī)的永久性損壞。因此，目前國內(nèi)外對雷電電磁脈沖采取了不少可行的防護(hù)措施。

在一個(gè)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(qiáng)大的雷電電流傳到大地；利用金屬網(wǎng)、箔、殼等把需要保護(hù)的對象屏蔽起來，阻斷電磁脈波入侵；電子設(shè)備的接地端應(yīng)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(yīng)以接入設(shè)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(shè)，利用金屬走線槽合理布線；使用浪涌保護(hù)器，將感應(yīng)到電源線、天饋線以及信號線的雷電流泄放到大地進(jìn)行分流。以上六個(gè)綜合措施環(huán)環(huán)相扣，可以有效地防止雷電感應(yīng)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(shè)備失靈或永久性損壞。

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