雷电防护措施及发展趋势浅析

施昌龙 章蔚

摘要：雷电的危害对象主要是人、建筑物及建筑设施内的各种现代化设备。本文针对雷电灾害发生的不同对象、方式试析了雷电防护措施以及雷电防护的最新进展。

关键词：雷电灾害雷电防护发展趋势

中图分类号： S761 文献标识码： A

雷电是最普遍的现象之一。大气中的强对流伴随着电荷分布的变化，改变大气电场，从而形成雷雨云。雷雨云团之间或雷雨云团与大地之间可能由此发生剧烈的放电现象，这种强烈的放电就是闪电，又称雷电或雷击。雷击对人类的生活环境、工作条件等都造成了很大的影响，特别是现代电子信息和新能源技术的发展，雷电的危害变得更加广泛和深化。在雷鸣电闪的时候，雷电所产生的冲击波和火光以及雷电电流，常会导致建筑物倒塌、引发火灾以及造成电力通信和计算机系统的瘫痪事故，给国民经济和人民生命财产带来巨大的损失。

在全球范围内，雷电发生的频率是很高的，每秒钟就有上百次雷电；每天会有800多万次雷电；一年中平均发生30多亿次雷电；因雷击而死亡的人数达上万人。我国平均每年因雷击灾害所造成的损失为几十亿元，广东2002年据统计共发生雷害2263起，造成损失3亿多元。因此，雷电防护成为一个严峻的话题。

雷电灾害通常体现为对人的伤害以及对建筑物的破坏。

雷电对人的伤害方式通常直接雷击、接触电压、旁侧闪击和跨步电压等四种。

在雷电现象发生时，闪电直接袭击到人体，由人的头顶一直通过人体到两脚，流入到大地。或当雷电电流通过高大的物体时，强大的雷电电流，会在高大导体上产生高达几万到几十万伏的电压。人不小心触摸到这些物体时，受到这种触摸电压的袭击，会发生触电事故。如果人就在雷击中的物体附近，雷电电流就会在人头顶高度附近，将空气击穿，再经过人体泄放下来，使人遭受袭击。雷击时，人的两脚站的地点电位不同，电位差在人的两脚间会产生电压，两腿之间的距离越大，跨步电压也就越大，雷击对人的伤害也就越大。

除了对人的伤害，建筑物也常常是雷电袭击的对象。雷电对建筑物的危害主要通过两种方式发生。

一是直击雷。雷雨云对大地或建筑物产生强大的脉冲电流、炽热的高温、猛烈的电动力，损坏放电通道上的建筑物、输电线、室外电气、电子设备，击死击伤人员，同时产生的强烈的电磁感应和电磁辐射，对周围的电气、电子设备造成损坏或干扰。

二是雷击电磁脉冲。雷雨云之间和雷雨云与大地之间放电时，产生的电磁感应、电磁辐射以及雷雨云与输电线静电感应电荷在雷击放电瞬间泄放，形成雷击电磁脉冲。脉冲产生的过电压、过电流通过连接建筑物内外的各种金属管道、电源线、信号线、电视天线等进入室内设备，用电设备遭到损害。

针对上述雷电对人及建筑物的危害方式，在各种不同的情况下，我们就应采取相应的措施进行防护。针对雷击对人的伤害，我们应做好宣传，普及防雷常识。

人可以了解雷电发生的时间规律。据统计，我国雷电灾害发生也有一定的时间性。在一般情况下，每天的午后发生雷电的概率大。雷电灾害发生的集中时段在13时到19时，其中15时到17时发生雷电灾害最多。

还要关注天气预报，增强防雷意识。要认真收听、收看天气预报，还可以通过自己的感官来估计雷电来了没有。比如，仰望天空。当天空中的浓密乌云（积雨云）开始堆积变大变黑、云顶发展很快时，就有可能发生雷暴，此时要想办法尽快到安全的地方躲一躲。再如，倾听杂音。如果从小型收音机中听到刺耳的杂音，即表示附近可能有雷雨云。还有，估计距离。判断何时雷暴将到达，最简单的方法是，当看到闪电时，通过计算看见闪电与听到雷声的间隔时间长短，来判断你所处位置与落雷的距离。了解并掌握了这些基本的雷电防护常识，人就可以提前预防，减少雷电对人的伤害。

对建筑物的雷电防护，针对雷电损害的两种不同方式要采取不同的防护措施，保护建筑物、电力系统及其他一些装置和设施免遭雷电损害。

防御雷电灾害的有效措施就是安装行之有效的防雷装置。针对直击雷的防护主要采用避雷针、避雷带、引下线及接地体等传统的外部避雷装置。避雷针分独立避雷针和附设避雷针。独立避雷针不应设在人经常通行的地方。避雷针的保护范围按滚球法计算。在建筑物的易受雷击部位，遭受雷击后果比较严重的设施或堆料，如高压架空电力线路、发电厂和变电站等．应重点采取防直击雷的措施。

为了防止二次放电，不论是空气中或地下，都必须保证接闪器、引下线、接地装置与邻近导体之间有足够的安全距离。在任何情况下，第一类防雷建筑物防止二次放电的最小距离不得小于3米，第二类防雷建筑物防止二次放电的最小距离不得小于2 米，不能满足间距要求时应予跨接。

变配电装置、可能有雷电冲击波进入室内的建筑物应考虑雷电冲击波防护。对雷击电磁脉冲的防护主要采用SPD。

为了防止雷电冲击波侵入变配电装置，可在线路引入端安装阀型避雷器。阀型避雷器上端接在架空线路上，下端接地。正常时避雷器对地保持绝缘状态；当雷电冲击波到来时，避雷器被击穿，将雷电引入大地，冲击波过去后．避雷器自动恢复绝缘状态。

对于建筑物，全长直接埋地电缆供电，入户处电缆金属外皮接地；

架空线转电缆供电，架空线与电缆连接处装设阀型避雷器，避雷器、电缆金属外皮、绝缘子铁脚、金具等一起接地； 架空线供电．入户处装设阀型避雷器或保护间隙，井与绝缘子铁脚、金具一起接地。

在现代避雷体系中，仅有上述防雷措施还不够，还要考虑等电位连接措施、屏蔽措施以及规范的综合布线措施。

等电位连接是把建筑物内、附近的所有金属物统统用电气连接的方法连接起来，使整座建筑物成为一个良好的等电位体。当雷电袭击的时候，建筑物内部和附近大体上是等电位的，不会发生内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。

此外电力线、电话线、电视信号线缆、网络舆线等与外界有联系的金属设施都要接上合理的电涌保护器，并且电涌保护器的接地端要与建筑物的防雷接地装置直接进行电气连接。

屏蔽就是利用金属网、箱、壳或金属管子等导体把需要保护的对象包围起来，使雷电的电磁脉冲波从空间入侵的通道全部屏蔽，使建筑物内的通信设备、电子系统、精密仪器以及自动控制系统等灵敏性而且耐压水平低的设备免遭雷电电磁脉冲的危害。

为了保证在防雷装置接闪时照明、动力、电话、电视、网络等设备的进出管线不受干扰，首先应该将这些电线或缆线穿于金属管内，以实现可靠的屏蔽，其次应该把这些线路的主干线的垂直部分设置在建筑物的中心部位，且避免附近用作引下线的柱筋，以尽量缩小被感应的范围。除此之外，还应该注意电源线、天馈线和屋顶高处的灯及航空障碍灯等线路的引入方法，防止雷电波沿这些线路入侵。

电子信息、微电子、雷达、航空、航天等技术的迅速发展，大气电场测量技术研究的深入，使雷电防护步入综合雷电防护时代。微电子技术的大量应用和电子设备集成化程度越来越高，雷电防护的对象由强电转化向弱电系统，雷电防护从简单的避雷针、避雷线等引雷技术发展到以雷电电磁脉冲防护为核心的综合性系统性防护，防护对象也从建筑物和电力设备发展到微电子设备和电气系统的防护。人类的雷电防护技术已全面进入了综合防护阶段，形成了立体式、一体化的雷电防护体系。近年来，市场上出现了贴片式过电压保护器等各种电磁防护元器件，直接集成在各种电子产品内部，使出厂电子整机便具有雷电防护功能，使得雷电防护技术应用进一步广泛和深入。

此外，随着电子制造技术的发展，电子设备日益向着小型化和集成化的方向发展。由于电子设备在外型越来越小的情况下却集成了比原来更多的功能，因此更容易受到雷电的侵害，雷电防护向集成化、精细化发展。未来集成化、精细化的雷电防护产品将成为独立的、重要的雷电防护产品类别。

总而言之，雷电是一种经常发生的现象，加强雷电防护可以大大减少雷电灾害造成的损失。要积极开展雷电防护，分析雷电危害的类别并积极采取相应措施，力争将雷电灾害的损失降低为零。

参考文献：

[1]许颖、刘继、马宏达、邱传睿.质疑不正确的《建（构）筑物防雷（电）分类》造成巨大损失或浪费问题.防雷世界商情.2011.01

[2]余乃枞.再谈10/350μs和8/20μs冲击波.防雷技术.2012.08

[3]蒋尧.电子设备的防雷.山西建筑.2009.07.

[4]姜春.电子设备防雷击有关问题的看法.科技信息.2009.05.