高鵬GAO Peng；金志剛JIN Zhi-gang；李小東LI Xiao-dong

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州730000）

0 引言

雷電的整個(gè)過程是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜的。在強(qiáng)對(duì)流天氣下，大流量和高能量的自然放電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械熱和電效應(yīng)，從而影響人類居住環(huán)境、工作環(huán)境和社會(huì)環(huán)境，造成嚴(yán)重?fù)p害甚至威脅生命。就人類社會(huì)而言，隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，閃電作為一種自然災(zāi)害，已引起越來越多的人的關(guān)注。人與社會(huì)整體和諧發(fā)展，這是社會(huì)進(jìn)步的前提。在此發(fā)展過程中，雷電災(zāi)害的范圍和表現(xiàn)也在發(fā)生變化。同時(shí)，防雷科學(xué)技術(shù)也在認(rèn)識(shí)自然和抵抗自然，在自然災(zāi)害過程中不斷發(fā)展。

雷電的破壞力非常大。由于過電壓的的破壞性一般發(fā)生在距離1.5-2km 的范圍內(nèi)，導(dǎo)致線路上對(duì)設(shè)備產(chǎn)生破壞，并損壞線路上的設(shè)備。

雷擊造成的事故每年呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，尤其是在大數(shù)據(jù)設(shè)備和精密儀器的使用中。當(dāng)前流行的避雷方法是使用外部避雷裝置、引下線和接地系統(tǒng)組成外部避雷系統(tǒng)，主要是防止建筑物產(chǎn)生雷擊引起的火災(zāi)事故等。但是，僅外部雷電保護(hù)不足以實(shí)現(xiàn)雷電保護(hù)。雷電波會(huì)侵入電氣通道中，雷電產(chǎn)生的高壓和電涌保護(hù)器對(duì)信息系統(tǒng)危害很大，有可能造成的損失是無法估計(jì)的。因此，必須進(jìn)行內(nèi)部防雷保護(hù)，以防止雷電和其他內(nèi)部過電壓侵入設(shè)備并造成損壞。這時(shí)外部的如果不能保證防雷系統(tǒng)，則要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部防雷，必須在進(jìn)入和離開建筑物的每個(gè)保護(hù)區(qū)域的電纜和金屬管上安裝和連接雷電保護(hù)和過壓保護(hù)器，并實(shí)施等電位連接可防止雷電產(chǎn)生的高電壓以及電涌電壓對(duì)設(shè)備造成的損壞。

為了保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是計(jì)算機(jī)房，除了常規(guī)的防雷設(shè)施和接地問題外，還應(yīng)在計(jì)算機(jī)房和UPS 機(jī)房中安裝相應(yīng)的過壓保護(hù)裝置，以消除電網(wǎng)的浪涌和雷擊。

1 直擊雷

直接雷擊包含大量能量，并且峰值電壓可以達(dá)到5000kV，這極具破壞性。如果建筑物直接被雷擊，則巨大的雷電流會(huì)沿著引下線進(jìn)入地面，這將導(dǎo)致以下三種影響：

①雷電流產(chǎn)生強(qiáng)大的LEMP，電磁波會(huì)在各種電路中感應(yīng)出極高的暫態(tài)高電壓。②雷電流流經(jīng)的通道中產(chǎn)生的強(qiáng)烈熱量會(huì)引起火災(zāi)或爆炸事故。③在雷電流流過的通道中，物體的水分被加熱和蒸發(fā)并劇烈膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊機(jī)械力，這可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)機(jī)房的結(jié)構(gòu)破裂和損壞，從而造成人員傷亡和設(shè)備損壞。如圖1 所示。

圖1

2 雷電感應(yīng)

圖2

靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)貫穿在雷云放電的整個(gè)過程中。其中，這兩種破壞是可能引起雷電感應(yīng)的重要形式。盡管雷電感應(yīng)不像直接雷電那樣猛烈，但其發(fā)生的可能性要比直接雷電高得多。

如圖2 所示。

3 雷電波侵入

遠(yuǎn)處的閃電擊中線路或由閃電感應(yīng)的極高電壓，雷電波從室外電源線和通信線傳輸?shù)浇ㄖ铮擞侩妷焊哌_(dá)數(shù)十千伏，危及人身安全和設(shè)備損壞。

因此，進(jìn)入和離開建筑物的管道的防雷保護(hù)是整體防雷的重要環(huán)節(jié)，如圖3 所示。

圖3

4 地電位反擊

當(dāng)雷擊建筑物的空氣終端裝置時(shí)，雷電流會(huì)沿著引下線向地面放電；由于雷電流的幅度較大，建筑物本身的接地網(wǎng)絡(luò)具有接地電阻值，因此雷擊電流不能在短時(shí)間內(nèi)使用所有通風(fēng)孔，然后雷電沿著設(shè)備的接地線引入設(shè)備，對(duì)設(shè)備造成損壞，如圖4 所示。

5 雷電電磁脈沖防護(hù)措施的特點(diǎn)

雷電電磁脈沖（LEMP）是由雷云和地面之間的放電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖引起的，從而在附近的導(dǎo)體上引起過電壓。它的主要通道是通過電力線，各種信號(hào)傳輸線，天線饋電線以及進(jìn)入建筑物進(jìn)入設(shè)備系統(tǒng)的管道，電纜，橋梁和其他導(dǎo)體進(jìn)入設(shè)備系統(tǒng)，從而導(dǎo)致電子設(shè)備的故障或永久性損壞。接地線根據(jù)共同接地的原理連接到系統(tǒng)的接地線，引起地電位反擊，真正達(dá)到安全保護(hù)接地的目的。只要設(shè)計(jì)合理，安裝合格，電涌保護(hù)器就能有效地防雷。

圖4

6 雷電防護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來，隨著雷電災(zāi)害的增加，人們對(duì)雷電的防護(hù)也已經(jīng)從單根避雷針和SPD 防護(hù)發(fā)展到通過限流、電壓均衡、電流分配、屏蔽和接地的系統(tǒng)雷電保護(hù)和整體雷電保護(hù)。

圖5