雷電防護基本原理

雷電是門綜合多學科的邊緣科學，目前國內(nèi)外各高等院校尚無雷電專業(yè)，相關的專業(yè)書籍也是非常少。我們根據(jù)自己多年的實踐工作經(jīng)驗，從基本理論入手，較系統(tǒng)地介紹了各系統(tǒng)防雷基本原理。
雷電是一種宏偉狀觀的自然現(xiàn)象，最初人類對雷電的認識主要體現(xiàn)在人感覺到的“閃電”、“雷鳴”。隨著科學的發(fā)展，人類對雷電有了較為深刻的認識，已經(jīng)明確雷電就是一種“電”。雷電帶來的災難主要是傷害生靈、破壞建筑物、損毀財富等……隨著微電子技術的不斷發(fā)展和應用，雷電危害主要體現(xiàn)在對弱電子設備的破壞。
200多年前富蘭克林等科學家發(fā)明了避雷針并創(chuàng)立了初步的雷電理論，這標志著人類與雷電斗爭中取得了階段性勝利。200多年后的今天，由于廣大科技工作者不斷努力，已經(jīng)創(chuàng)立了較為完善的雷電理論。掌握了防護雷電的較為有效的方法，各國及國際上的一些組織都建立自己的雷電防護標準，實踐證明這些標準的執(zhí)行大大降低了雷電所造成的災害。
現(xiàn)代防雷電理論對雷電現(xiàn)象的描述是：雷云（帶負電荷，也可能是同時帶有正負電荷）之間或雷云對地面上某一點放電及這一放電引起的諸多現(xiàn)象。
從形式上來講，雷擊可分為直接雷擊和感應雷擊兩種，直接雷擊是指雷云之間或雷云對地面上某一點直接放電。感應雷擊是直接雷擊發(fā)生時由于電磁感應或靜電感應而引起的雷擊。因為它是伴隨著直接雷擊而發(fā)生，通常也稱為二次雷擊。
現(xiàn)代防雷理論將雷電防護當作一個系統(tǒng)工程因為“雷電是一種不以人的意志而轉移的，突發(fā)生、少概率的自然現(xiàn)象”只有全面地綜合地考慮才能大大地降低雷電災害，雷電防護的基本原理也是從直接雷擊和感應雷擊兩方面來考慮的。
直接雷擊防護的基本原理是：人為地為雷云建一條放電通路，雷云一旦形成就一定得找一個地方放電，如果我們?nèi)藶榈貫槔自平�立一條放電通路，可讓雷電沿此通路泄到大地，不讓其流經(jīng)建筑物等。從而達到了保護的目的。防直接雷擊系統(tǒng)的結構是：接閃器、引下線，地網(wǎng)，接閃器就是人們所常說的避雷針，避雷帶等。放電過程上：雷云先擊穿接閃器現(xiàn)雷云之間的空氣，由此雷云就通過這一空氣通路對接閃器放電，放電電流沿著引下線流到地網(wǎng)。再由地網(wǎng)將電荷疏散中和。
感應雷擊防護的基本原理是：在可能引入感應雷電的線路上安裝恰當?shù)倪^電壓保護裝置，讓雷電在此流入大地，同時做好室內(nèi)電磁屏蔽各等電位連接，這樣雷電使所有設備成一等電位體，同時雷電流經(jīng)過電壓，保護器流入大地，iec將這種裝置稱為防浪涌保護器，我們習慣稱防雷器。
對于直接雷擊的防護，各國及國際上一些組織都有較為成熟的標準，我國的標準為《建筑物防雷設計規(guī)范》gb50057-94。而對感應雷擊的防護大都還沒有統(tǒng)一的規(guī)范，各國的某些部委立了一些行業(yè)標準，國際上的一些組織也只有一些指導性的標準，這主要是因為：感應雷擊電流入侵的途徑都與實地情況有很大的關系。不可能用統(tǒng)一的模式支套，只能在一基本原則指導下，具體情況具體分析，把雷電防護當成一系統(tǒng)工程來做。
雷電防護

自從富蘭克林發(fā)明了比雷針以來，隨著科技的進步，雷擊的防護理論和防護措施有很大的突破。
按照目前的雷電理論，雷電的防護主要包括防直接雷擊防護和防感應雷擊防護兩大部分。
1、 直接雷擊的防護
防護原理：是用接閃器將雷電經(jīng)引下線泄入大地。
防護裝置：主要包括接閃器、引下導體、地網(wǎng)三大部分，其中接閃器通常用避雷針、避雷帶等。引下導體用一定截面積的鋼筋或鋼管。地網(wǎng)是指埋在地下用來泄放雷電的金屬件，地阻有一定的要求。
   這方面在國標《建筑物防雷設計規(guī)范（50057-94）》中有詳細論述。本篇就不再多說了。
2、 感應雷擊防護
防護原理：是在有可能引入感應雷電的地方安裝防雷器或對可能感應到雷電的導體加以屏蔽以及合理布線等措施。
途    徑：根據(jù)目前的雷電知識，我們認為感應雷電進入建筑物內(nèi)設備的途徑主要有：
①沿高壓線經(jīng)變壓器入侵的感應雷擊。高壓線路一般是經(jīng)過一些空曠地區(qū)或高地，最容易成為雷電的上行先導，受到直接雷擊機率較大。
②通信線路在傳輸途中感應雷擊。雷云之間或對大地發(fā)生閃擊，對附近架空或埋地的電纜產(chǎn)生強大的電磁感應，比如公眾電話線路，最容易受到這種感應雷擊。
③高壓地反擊作用。比如在城市建筑集中的地區(qū)或有高大樹木的地方，高層建筑避雷針或樹木首先接閃，雷電流迅速流入大地，同時由于地阻的存在，在大地產(chǎn)生了高壓區(qū)，對埋在在附近低電位的電纜產(chǎn)生感應雷電。感應雷電通過電纜直接擊壞設備。
④建筑物內(nèi)瞬變空間電磁對通信線路的感應。由于雷擊在建筑物上或者其鄰近地區(qū)放電，可以在該建筑物內(nèi)部或者在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生強大的瞬變空間電磁場，對外于建筑物內(nèi)或這一區(qū)域內(nèi)的電氣環(huán)路產(chǎn)生一定的瞬態(tài)感應雷電壓。由于這一瞬態(tài)雷電壓超過設備通信接口電路（或者其接口芯片）自身所能承受的最大沖擊電壓時，就可能造成通信接口設備的損壞。
防護措施：
①主要是在被保護設備前端安裝有效的防雷器（包括電源防雷器（三相和單相兩種）和信號防雷器）。
②電纜線路的合理布放、附加屏蔽等也是一種有效的保護措施。
③另外地反擊的影響因素由于防雷界無統(tǒng)一的認識，所以其危害影響和防護措施都沒有一致的看法。但防雷接地阻必需小于10歐，否則會影響整體防雷效果。