探析雷电和浪涌的产生及其防护

牛宇宁　王 炜　王 辉（启东市气象局，江苏　启东　226200）



探析雷电和浪涌的产生及其防护

牛宇宁王 炜王 辉
（启东市气象局，江苏启东226200）

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。

关键词：雷电防护；浪涌；危害；措施

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一定的成绩。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1.5km～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20000V，它的瞬间电流可达10000A。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，是一种为各种电子设备、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2.4GS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。

参考文献

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中图分类号：TM862

文献标识码：A