防雷技術綜述

　　摘要：從雷電的入侵途徑可知，雷電會產生強大的電磁波，在周圍的導體上產生感應雷電流，也會構成對電子設備的直接沖擊損壞。本文主要在防雷技術方面進行綜述。

    關鍵詞：雷電表現(xiàn)形式雷電設備

    雷電是由天空中云層間的相互高速運動、劇烈磨擦，使高端云層和低端云層帶上相反電荷。此時，低端云層在其下面的大地上也感應出大量的異種電荷，形成一個極大的電容，當其場強達到一定強度時，就會產生對地放電，這就是雷電現(xiàn)象。

    雷電的表現(xiàn)形式主要有兩種：

    一種是直擊雷，是指帶電云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。直擊雷威力巨大，雷電壓可達幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達十幾萬安，在雷電通路上，物體會被高溫燒傷甚至融化。通常在建筑物頂部安裝避雷針或避雷網等來防直擊雷。

    另一種是感應雷，是指當直擊雷發(fā)生以后，帶電云層迅速消失，而地面上某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物因電磁感應而產生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象。

    一、雷電干擾的入侵路徑

    1.當建筑物本身受雷電直擊時，和建筑物連接的金屬導體包括建筑物鋼筋與地極之間產生瞬時電位差，構成摧毀電子設備之沖擊過電壓。并且經下引線流過的大量電流，亦產生磁場沖擊波。如上圖中①所示。

    2.當遠端的導線因雷電而產生感應電壓會由遠端經導線傳導過來，如圖②所示。

    3.當云層間放電時，強大的電磁沖擊會在鄰近的地上金屬導線感應出沖擊電壓，并且磁場沖擊會漫延到地上的建筑物，如圖③所示。

    4.另外，內部操作過電壓，如變壓器的空載，電機的啟動，開關的開啟等，也能引起強大的脈沖沖擊電流通過線纜引入，破壞電子設備。

    由感應雷引起的事故約占雷害事故的80%至90%。針對感應雷的破壞途徑，我們可采取接地、分流、屏蔽、均壓等電位等方法進行有效的防護，以保證人身和設備的安全。

    防雷器的作用就是在最短時間內將線路上因感應雷產生的大量的浪涌電流釋放到地網，使建筑物內各點之間電位差大致不變，從而保護設備。

    二、接地系統(tǒng)

    接地是避雷技術最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應雷、或其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置是不能可靠地避雷的。接地電阻越小，散流就越快，被雷擊物體高電位保持時間就越短，危險性就越小。對于計算機場地的接地電阻要求≤4歐姆，并且采取共用接地的方法將避雷接地、電器安全接地、交流地、直流地統(tǒng)一為一個接地裝置。如有特殊要求設置獨立地，則應在兩地網間用地極保護器連接，這樣，兩地網之間平時是獨立的，防止干擾，當雷電流來到時兩地網間通過地極保護器瞬間連通，形成等電位連接。

    三、防雷等電位連接

    等電位連接的目的，在于減少需要防雷的空間內各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差。穿過各防雷區(qū)交界的金屬部件和系統(tǒng)，以及在一個防雷區(qū)內部的金屬部件和系統(tǒng)，都應在防雷區(qū)交界處做等電位連接。應采用等電位連接線和螺栓緊固的線夾在等電位連接帶做等電位連接，而且當需要時，應采用避雷器做暫態(tài)等電位連接。

    四、屏蔽和分區(qū)防雷保護

    從雷電的入侵途徑可知，雷電會產生強大的電磁波，在周圍的導體上產生感應雷電流，也會構成對電子設備的直接沖擊損壞。據資料統(tǒng)計，2.4高斯的電磁波沖擊就能造成電子設備的直接損壞，0.03高斯的電磁波沖擊就能造成電子設備的誤動。屏蔽是減少電磁波破壞的基本措施，包括外部屏蔽措施、適當?shù)牟季�措施、線路的屏蔽措施。雷電保護區(qū)是以屏蔽層為界面來劃分的。

    國際電工委員會IEC1312《雷電電磁脈沖的防護》對雷電保護區(qū)的劃分問題，提出了原則性的建議。

    一個欲保護的區(qū)域，從EMC（電磁兼容）的觀點來看，由外到內可分為幾級保護區(qū)，最外層是0級，危險性最高；我國大多數(shù)情況下的機房，就與0區(qū)僅一墻之隔，即只有一層屏蔽，則該機房內空間定為1區(qū)；各電子設備的外殼為一層屏蔽層，可視機殼內的空間為2區(qū)等。越往內部，危險程度越低，過壓主要是沿線穿過的，保護區(qū)的界面通過外部防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構成的屏蔽層面形成。穿過各級雷電保護區(qū)的金屬構件，一般應在保護區(qū)的分界面做等電位連接。

    五、雷擊保護的基本原則

    欲使設備得到很好的保護，首先應對其所處的環(huán)境、受雷電影響的程度作出客觀的估計，因它與出現(xiàn)過電壓的幅值、概率、網絡結構、設備抗電壓能力、保護水平和接地等有關；防雷工作應作為一項系統(tǒng)工程來考慮，強調全面防護（包括建筑物、傳輸線路、設備和接地等），綜合治理，且要做到科學、可靠、實用和經濟。針對感應雷瞬時能量較大的特點，根據IEC國際標準對能量逐級吸收的理論，及防護區(qū)間量級分類的原則，需要做多級防護。