【正文】 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 1 移動基站防雷接地 無線院 二 00三年六月 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 2 一 、 雷電的形成 二 、 雷電的危害 三 、 移動基站雷害引入途徑 四 、 移動基站防雷措施 五 、 電源浪涌抑制器的配置 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 3 一、雷電的形成 概述 由于大氣電場的變化使空氣中的云團(tuán)形成帶電的雷云。雷云中不同部分之間聚集著不同極性的電荷，形成 100萬伏到 100000萬伏的高電位，當(dāng)電位達(dá)到一定程度時(shí)，就會在云團(tuán)的不同部分之間、不同云團(tuán)之間以及云團(tuán)與地面之間產(chǎn)生很強(qiáng)的電場。當(dāng)空中的電場強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，將引起空氣分子電離，導(dǎo)致空氣絕緣被擊穿，從而在云與云之間，或云與大地之間產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)火花放電，形成閃電。閃電可分為云內(nèi)閃電、云際閃電和云地閃電等，與人類關(guān)系最密切。 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 4 一般說來云閃發(fā)生的概率要比地閃發(fā)生的概率大得多，但它主要表現(xiàn)在對航空航天方面的影響；對地面通信臺站影響最大的是云地閃，即落地雷。 雷電形成假說 根據(jù)大量科學(xué)測試可知 ， 地球本身就是一個(gè)電容器 。 通常大地穩(wěn)定地帶負(fù)電荷 50萬 C左右 ， 而地球上空存在一個(gè)帶正電的電離層 ， 這兩者之間便形成一個(gè)已充電的電容器 ， 它們之間的電壓為 300KV左右 ， 并且場強(qiáng)為上正下負(fù) 。 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 5 當(dāng)?shù)孛婧羝目諝庑纬缮仙龤饬?，氣流上升時(shí)溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹（稱為水成物），這些水成物在地球靜電場的作用下被極化（如左圖），負(fù)電荷在上，正電荷在下，它們在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（這二者稱為云粒子）要大，因此極化水成物在下落過程中要與云粒子發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是其中一部分云粒子被水成物所捕獲，增大了水成物的體積，另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的云粒子帶走水成物前端的部 分正電荷，使水成物帶上負(fù)電荷。由于水成物下降的速度快。而云粒子下降的速度慢，因此帶正、負(fù)兩種電荷的微粒逐漸 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 6 分離（這叫重力分離作用），如果遇到上升氣流，云粒子不斷上升，分離的作用更加明顯。最后形成帶正電的云粒子在云的上部，而負(fù)電的水成物在云的下部，或者帶負(fù)電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當(dāng)上面所講的帶電云層一經(jīng)形成，就形成雷云空間電場，空間電場的方向和地面與電離層之間的電場方向足一致的，都是上正下負(fù)，因而加強(qiáng)了大氣的電場強(qiáng)度，使大氣中水成物的極化更厲害、在上升氣流存在的情況下更加劇力分離作用，使雷云發(fā)展得更快。具體見圖 1雷云形成圖。 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 7 圖 1 雷云形成圖 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 8 當(dāng)正負(fù)電荷區(qū)的電位達(dá)到 56千伏 /厘米時(shí)，便會觸發(fā)云－地間的閃擊。雷云對地面的放電，就是將負(fù)電荷移向地面的過程。由于在一般高度的物體上很少出現(xiàn)雷電閃擊，因此要獲得準(zhǔn)確的雷電流資料往往是不大可能的?，F(xiàn)有觀察到的雷電流是單向性的，而且主要是負(fù)的放電電流。迄今為止，記錄到的雷電流最大為 270KA， 但可能還有更大的電流。 雷電的統(tǒng)計(jì) 雷電的運(yùn)動是有規(guī)律的。雷電天氣的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)用雷暴日表示。一天中如果聽到了雷聲，就意味著雷電 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 9 發(fā)生在觀察現(xiàn)場 15公里以內(nèi)，便定義為一個(gè)雷暴日。 根據(jù)年平均雷暴日的多少，雷電活動區(qū)分為少雷區(qū)， 中雷區(qū)、多雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)： 少雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)不超過 25天的地區(qū)； 中雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)在 25~40天以內(nèi)的地區(qū)； 多雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)在 40~90天以內(nèi)的地區(qū)； 強(qiáng)雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)在 90天的地區(qū)。 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 10 圖 2 全國年平均雷暴日數(shù)區(qū)劃圖 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 11 浙江南部年平均雷暴日數(shù)在 50~70天以內(nèi)的地區(qū) ，浙江北部年平均雷暴日數(shù)在 30~50天以內(nèi)的地區(qū)； 山東大部份年平均雷暴日數(shù)在 10~30天以內(nèi)的地區(qū) ， 小部份年平均雷暴日數(shù)在 30~50天以內(nèi)的地區(qū)； 河北絕大部份年平均雷暴日數(shù)在 30~50天以內(nèi)的地區(qū)； 廣西南部年平均雷暴日數(shù)在 90~120天以內(nèi)的地區(qū)，廣西北部年平均雷暴日數(shù)在 70~90天以內(nèi)的地區(qū)。 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 12 二、雷電的危害 雷電的危害表現(xiàn)形式 雷擊的危害主要有四方面：直擊雷、感應(yīng)雷、地電位提高、電磁脈沖輻射。 第一是直擊雷。 雷暴活動區(qū)內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或設(shè)備等對地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象，稱之為直擊雷。此時(shí)雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位。雷電擊中人體、建筑物或設(shè)備時(shí)，強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能，瞬間可釋放約數(shù)百兆焦耳的能量。 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 13 圖 3 基站直擊雷途徑圖 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 14 直擊雷具有強(qiáng)大的破壞力 。 閃電擊中管道或?qū)Ь€時(shí) ， 雷電流可以沿線傳送到很遠(yuǎn)的地方 ， 其巨大的電熱效應(yīng)不僅對臺站設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用 ， 并可危及有關(guān)操作人員的安全 。 第二是感應(yīng)雷 。 它可以分為靜電感應(yīng) 、 電磁感應(yīng)和感應(yīng)過電壓 。 1） 、 靜電感應(yīng)： 當(dāng)雷云來臨時(shí)，在其所覆蓋的地表面和各種物體上尤其是導(dǎo)體上，將感生出大量與雷云底部電荷符號相反的電荷，形成靜電場。當(dāng)這種靜電場強(qiáng)度不足以 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 15 擊穿空氣產(chǎn)生中和效應(yīng)，而雷云對另一雷云或帶電體放電后，云中電荷消失。此時(shí)地面物體尤其是導(dǎo)體上聚集的電荷卻產(chǎn)生了很高的電勢，它必然通過一定的途徑放電。這種放電電流也是一個(gè)很大的脈沖電流（雷電波的形式），其電擊效果雖比直擊雷小，但是若串入用電設(shè)施同樣會造成對電子器件的損壞。 圖 4 靜電感應(yīng)示意圖 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 16 2） 、 電磁感應(yīng) 閃電電流在閃電通道周圍的空間產(chǎn)生磁場 ， 這種磁場將隨時(shí)間而變化 ， 并在附近的各類金屬導(dǎo)體上激發(fā)出感應(yīng)電動勢或感生電流 。 在閃電電流入地過程中 ， 變化磁場在附近金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢或感生電流 ， 也會造成電氣設(shè)備的損壞 。 3） 、 感應(yīng)過電壓 直接雷或感應(yīng)雷都可能使導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。雷電過電壓波可沿著電網(wǎng)在較大范圍內(nèi)傳播，對輸電網(wǎng)絡(luò)中的用電設(shè)備構(gòu)成威脅。所以，一些已受到避雷針保護(hù)和屏蔽的電子設(shè)備有時(shí)仍會受到雷害。 浙江省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司無線院 17 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電子設(shè)備遭受的雷擊事故中，雷電過電壓沿電源線侵入設(shè)備而造成雷擊故障的比例大約要