雷電防護(hù)基本原理

雷電是門綜合多學(xué)科的邊緣科學(xué)，目前國內(nèi)外各高等院校尚無雷電專業(yè)，相關(guān)的專業(yè)書籍也是非常少。我們根據(jù)自己多年的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，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(rèn)識主要體現(xiàn)在人感覺到的“閃電”、“雷鳴”。隨著科學(xué)的發(fā)展，人類對雷電有了較為深刻的認(rèn)識，已經(jīng)明確雷電就是一種“電”。雷電帶來的災(zāi)難主要是傷害生靈、破壞建筑物、損毀財(cái)富等……隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，雷電危害主要體現(xiàn)在對弱電子設(shè)備的破壞。
200多年前富蘭克林等科學(xué)家發(fā)明了避雷針并創(chuàng)立了初步的雷電理論，這標(biāo)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(hù)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(hù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐證明這些標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行大大降低了雷電所造成的災(zāi)害。
現(xiàn)代防雷電理論對雷電現(xiàn)象的描述是：雷云（帶負(fù)電荷，也可能是同時(shí)帶有正負(fù)電荷）之間或雷云對地面上某一點(diǎn)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(yīng)雷擊兩種，直接雷擊是指雷云之間或雷云對地面上某一點(diǎn)直接放電。感應(yīng)雷擊是直接雷擊發(fā)生時(shí)由于電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)而引起的雷擊。因?yàn)樗�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(hù)當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)工程因?yàn)椤袄纂娛且环N不以人的意志而轉(zhuǎn)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(zāi)害，雷電防護(hù)的基本原理也是從直接雷擊和感應(yīng)雷擊兩方面來考慮的。
直接雷擊防護(hù)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(gè)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(dá)到了保護(hù)的目的。防直接雷擊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(yīng)雷擊防護(hù)的基本原理是：在可能引入感應(yīng)雷電的線路上安裝恰當(dāng)?shù)倪^電壓保護(hù)裝置，讓雷電在此流入大地，同時(shí)做好室內(nèi)電磁屏蔽各等電位連接，這樣雷電使所有設(shè)備成一等電位體，同時(shí)雷電流經(jīng)過電壓，保護(hù)器流入大地，iec將這種裝置稱為防浪涌保護(hù)器，我們習(xí)慣稱防雷器。
對于直接雷擊的防護(hù)，各國及國際上一些組織都有較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)，我國的標(biāo)準(zhǔn)為《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50057-94。而對感應(yīng)雷擊的防護(hù)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(biāo)準(zhǔn)，國際上的一些組織也只有一些指導(dǎo)性的標(biāo)準(zhǔn)，這主要是因?yàn)椋焊袘?yīng)雷擊電流入侵的途徑都與實(shí)地情況有很大的關(guān)系。不可能用統(tǒng)一的模式支套，只能在一基本原則指導(dǎo)下，具體情況具體分析，把雷電防護(hù)當(dāng)成一系統(tǒng)工程來做。
雷電防護(hù)

自從富蘭克林發(fā)明了比雷針以來，隨著科技的進(jìn)步，雷擊的防護(hù)理論和防護(hù)措施有很大的突破。
按照目前的雷電理論，雷電的防護(hù)主要包括防直接雷擊防護(hù)和防感應(yīng)雷擊防護(hù)兩大部分。
1、 直接雷擊的防護(hù)
防護(hù)原理：是用接閃器將雷電經(jīng)引下線泄入大地。
防護(hù)裝置：主要包括接閃器、引下導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（50057-94）》中有詳細(xì)論述。本篇就不再多說了。
2、 感應(yīng)雷擊防護(hù)
防護(hù)原理：是在有可能引入感應(yīng)雷電的地方安裝防雷器或?qū)�可能感�?yīng)到雷電的導(dǎo)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(rèn)為感應(yīng)雷電進(jìn)入建筑物內(nèi)設(shè)備的途徑主要有：
①沿高壓線經(jīng)變壓器入侵的感應(yīng)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(dǎo)，受到直接雷擊機(jī)率較大。
②通信線路在傳輸途中感應(yīng)雷擊。雷云之間或?qū)Υ蟮匕l(fā)生閃擊，對附近架空或埋地的電纜產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁感應(yīng)，比如公眾電話線路，最容易受到這種感應(yīng)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(shí)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(yīng)雷電。感應(yīng)雷電通過電纜直接擊壞設(shè)備。
④建筑物內(nèi)瞬變空間電磁對通信線路的感應(yīng)。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(qiáng)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(yīng)雷電壓。由于這一瞬態(tài)雷電壓超過設(shè)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(shí)，就可能造成通信接口設(shè)備的損壞。
防護(hù)措施：
①主要是在被保護(hù)設(shè)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(hù)措施。
③另外地反擊的影響因素由于防雷界無統(tǒng)一的認(rèn)識，所以其危害影響和防護(hù)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(huì)影響整體防雷效果。