探析雷电和浪涌的产生及其防护

摘要：雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲给相关工作、人民的生命财产和经济建设带来的安全隐患、事故与经济损失是不可估量的。本文从雷电和浪涌的产生及其危害进行了阐述，探析了雷电和浪涌防护的措施。

中图分类号：TM862                 文献标识码：A

目前，我国各级气象主管部门下面都成立了防雷中心，并且在防雷理论、技术、设备、检测手段等方面都取得了定的成绩。但是，仍有不少行业和单位对防雷的认识不足，防雷投资少，导致了我国的防雷工作还不均衡的局面。

1雷电和浪涌的产生及危害

1.1雷电的产生及危害

雷电是强对流气候形成的，是积雨云层之间、云层对大地之间强烈瞬间的放电现象。巨大带电云体高速地相向运动，碰撞后带电云体则会放电爆炸，进而就产生了强烈的闪光和巨大的雷声。

雷电，是伴有闪电和雷鸣的一种雄壮而又令人生畏的放电现象、是的极为严重的气象灾害。自然界的雷击可分为两种，一种是直击雷，即云层对大地的放电，直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用，强大的雷击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、瞬变的电磁场和强烈的电磁辐射等综合物理效应会给大地上的建筑物、输电线、人和建筑物内外电子设备带来极大的危害，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸，造成财产损失和人员伤亡，是人类研究的主，要对象。另一种是雷电感应高电压和雷电电磁脉冲辐射(LEMP)，也就是雷电在放电通道周围产生电磁感应、雷电电磁脉冲辐射以及雷云电场的静电感应，它的感应范围相当大，以雷击为中心15km~2km范围内，都可能产生危险的过电压，建筑物上的金属管以及由室外进入室内的电源线、信号线等线路在雷电天气中所感应的雷电高电压，都能通过这些线路引入室内放电，对人身、各种电气设备、电子和微电子设备造成不同程度的危害。

1.2浪涌的产生及危害

浪涌( Electrical surge)也叫突波，是指沿线路传送的电流、电压或功率瞬间出现超出稳定值的峰值，这种瞬态波是发生在几百万分之一秒内的一种剧烈脉冲，其特性是先快速上升后缓慢下降。它包括浪涌电压和浪涌电流。

浪涌产生的原因通常有外部原因(雷电)和内部原因(电气设备启停和故障等)。其中，雷击引起的电涌危害最大，在几微秒内可从几百伏快速升高至20000它的瞬间电流可达10004 又由于本文主要探析雷电和浪涌的防护，其中20%的电涌都是源于雷电和其它系统的冲击，所以内部原因暂不讨论，外部的雷电是主要的探讨内容。

直接雷击是最严重的，如果发生在架空输电线上，电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。另外，间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，会损坏用电设备，因此，做好电源防浪涌的关键是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。事实上，雷电电流可以在电力线上传输的距离为1km或更远，而雷击发生时，雷击点附近的峰值电流可达100kA或以上，电涌不断地冲击电机的绝缘层，导致绝缘层被击穿，这就使得用户进线口处低压线路的电流最高达到5kA到10kA，纵观全球雷电活动频繁的区域，电力设施每年都有数次雷电直击事件。浪涌的危害囊括了灾难性的危害和积累性的危害两种，其中，灾难性危害指的是当电涌电压超过设备的承受能力，则会破坏或降低该设备的寿命;积累性危害指的是多个小电涌累积效应，它会造成半导体器件性能的衰退、设备发故障和寿命的缩短，甚至会迫使停产或是生产力下降。

2雷电和浪涌的防护

雷电和浪涌防护必须按照“综合防护”的要求进行设计。各单位要切实做到坚持预防为主、安全第一、全面规划、综合治理、整体防御、重点保护、技术先导的指导方针。雷电防护工作的设计应做好地理、地质、土壤、气象、环境条件、雷电活动规律的调研，做好雷击和设备事故受损原因、系统设备工作环境的评估，并且根据所在地区雷暴等级、设备对雷电电磁脉冲的抗扰度，制定具体的防护措施。综合运用直击雷防护技术、等电位连接技术、屏蔽和隔离技术、合理布线技术、共用接地技术、分流与钳位技术等六大防护技术浪涌保护器，也叫防雷器，是种为各种电子设备、仪器仪表，以及各种通讯线路提供安全防护的电子装置。

浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，在极短的时间内导通分流，以保护连接设备，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

LEMP是雷击时产生的强大闪电流及其电磁场。电源防雷器就是对危害雷电电磁的脉冲产生干扰，它做为电子信息平台(机房)均都是各类的电子设备和精密的电力辅助设备，当今电子技术日益向高精度高灵敏度高效率和高可靠性方向发展，这些电子设备非常灵敏，但耐压很低电子设备都承受不了±5V的电压波动，这里以各种计算机为例，当雷电电磁脉冲的磁场强度超过0.07GS时就会引起计算机的误动作，电源防雷器当磁场强度超过24CS时就会造成计算机的永久性损坏。因此，目前国内外对雷电电磁脉冲采取了不少可行的防护措施。

在一个完善的建筑物电子信息系统防雷工程中，利用避雷针、避雷带、避雷网等防直击雷装置，可以将强大的雷电电流传到大地;利用金属网、箔、壳等把需要保护的对象屏蔽起来，阻断电磁脉波入侵;电子设备的接地端应以最短的距离就近与等电位连接端子板连接;同一区域的共用接地应以接入设备的最小值确定接地电阻;将容易引起干扰的线缆分开敷设，利用金属走线槽合理布线;使用浪涌保护器，将感应到电源线、天馈线以及信号线的雷电流泄放到大地进行分流。以上六个综合措施环环相扣，可以有效地防止雷电感应高电压和雷电电磁脉冲，有效地防止雷电入室而造成电子设备失灵或永久性损坏。

( 牛宇宁 王炜 王辉 启东市气象局，江苏 启东 226200)