【文章內(nèi)容簡介】 生時(shí)我們看到的閃電和聽到的雷聲。雷云放電又分為云中閃擊和云對地的閃擊。云閃為分云內(nèi)放電和云間放電，云閃發(fā)生的概率比地閃大的多，但因它發(fā)生在數(shù)千乃至數(shù)萬米的高空，因此對地面設(shè)備相對造成災(zāi)害性影響要小，為此我們著重考慮地閃的影響。所謂地閃就是雷云對大地的放電。地閃的發(fā)生和發(fā)展可分為四個(gè)階段，即：云中放電、對地先導(dǎo)、定向閃擊和回閃。地閃發(fā)生前，雷云中放電頻繁，云中的閃光和地面的場強(qiáng)變化顯著，云中放電造成了云中電荷的重新分布和電場的畸變，當(dāng)雷云近地端，電荷密集處電場強(qiáng)度達(dá)到一定限度時(shí)(2530KV/cm178。)，雷云就開始了對地的先導(dǎo)放電，對地先導(dǎo)放電的頂端接近地面時(shí)，就會激發(fā)起大地上的感應(yīng)電荷從地面的突出部分向上的“迎面先導(dǎo)”，一但當(dāng)雷云對大地的先導(dǎo)放電與大地的“迎面先導(dǎo)”會合時(shí)，那么它們之間的強(qiáng)烈的電離通道就已形成，放電就變成了定向閃擊，定向閃擊總是沿最短的路徑進(jìn)行的，這是因?yàn)槔自茖Φ叵葘?dǎo)放電的同時(shí)，大地的感應(yīng)電場被激發(fā)開始向上發(fā)出一道“迎面先導(dǎo)”與之銜接，當(dāng)雷云的先導(dǎo)放電距地面50～100米時(shí)，(我們一般稱先導(dǎo)放電在這個(gè)高度的最前端叫做定位高度)。雷擊點(diǎn)就選擇趨向于電場強(qiáng)度最大且升起迎面先導(dǎo)的地方完成閃擊放電。為此地面上比較突出的地方和導(dǎo)電良好之處，在這時(shí)都要比周邊各處的電場強(qiáng)度大得多，且聚集著更多的電荷，從而成為了雷擊的主要目標(biāo)，如：山頂、高塔、高大的建筑物、曠野中的孤立大樹、房屋的尖頂及屋檐，甚至一片導(dǎo)電不甚良好的地域中局部有部份導(dǎo)電良好的地點(diǎn)都容易遭受雷擊，這就是我們常說的雷擊有選擇性的道理。雷電的破壞作用的具體表現(xiàn)為：強(qiáng)大的電流、炙熱的高溫、猛烈的沖擊波、劇變的磁場和強(qiáng)烈的電磁輻射等物理現(xiàn)象，在計(jì)算雷電的能量時(shí)，一般是以雷擊入地電流的為計(jì)量單位，據(jù)有關(guān)資料介紹，在自然環(huán)境中，雷電的能量概率為：n 95%的戶外直擊雷的電流強(qiáng)度超過14KA。n 50%的戶外直擊雷的電流強(qiáng)度超過30KA。n 5%的戶外直擊雷的電流強(qiáng)度超過150KA。n 2%的戶外直擊雷的電流強(qiáng)度超過200KA。表述雷電的活動強(qiáng)度，我國常用“雷電日數(shù)”和“雷閃頻數(shù)”這二個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，我們的工作，用前一指標(biāo)就適用了。所謂“雷電日數(shù)”是指在一晝夜內(nèi)的雷擊強(qiáng)度，即一晝夜內(nèi)只要有可聞雷，不管次數(shù)多少均記為一個(gè)雷電日，我國是個(gè)多雷災(zāi)的國家，在長江中下游地區(qū)年均雷電日在30～80天，華南地區(qū)70～90天，廣東及海南地區(qū)是120天，西南地區(qū)是80～100天，東北地區(qū)是35天以上，其中大部分地區(qū)從2～3月至11～12都可聽到雷聲。前面我們已初步了解了雷云的形成和雷云的放電過程，下面我們將進(jìn)一步討論雷害究竟是以什么方式、什么途徑入侵危害設(shè)備的。在實(shí)際的雷害事故中，我們根據(jù)雷電沖擊電壓侵入設(shè)備的不同途徑，將侵入設(shè)備的雷害分為直擊雷和感應(yīng)雷。n 直擊雷我們一般將雷電直接擊中線路設(shè)備或終端設(shè)備并經(jīng)設(shè)備入地的雷擊過電壓、過電流稱為直擊雷。直擊雷具有電壓高、電流大的特點(diǎn)，其破壞性極大。在實(shí)際當(dāng)中直擊雷直接擊中計(jì)算機(jī)設(shè)備的頻度并不高。而真正對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成危害的絕大多數(shù)是感應(yīng)雷。n 感應(yīng)雷所謂感應(yīng)雷也就是在雷云形成過程中，雷云與大地之間的感應(yīng)電場和雷擊大地和地面突出物時(shí)，雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場作用于各種傳輸線路上，感應(yīng)產(chǎn)生出過電壓、過電流，經(jīng)傳輸線路進(jìn)入設(shè)備系統(tǒng)而形成的雷擊稱之。 感應(yīng)雷電壓幅值與雷云對地放電時(shí)的電流大小、雷擊點(diǎn)與線路間相對位置、雷擊點(diǎn)周圍環(huán)境(如土壤電阻率)、遭受感應(yīng)雷擊的線路的長度、線路埋設(shè)位置、設(shè)備接地裝置的電阻等諸多因素有關(guān)系。我們前面已介紹過直擊雷具有高電壓、大電流、破壞力巨大的特點(diǎn)。但其幾率卻大大小于感應(yīng)雷，這是因?yàn)橹睋衾字话l(fā)生在雷云對地閃擊時(shí)才會對面造成災(zāi)害，感應(yīng)雷則不論是雷云對地閃擊，或者雷云對雷云之間閃擊，都可能發(fā)生并造成災(zāi)害。此外直擊雷由于其放電的機(jī)理所致一次只能襲擊一至兩處小范圍的目標(biāo)，而一次雷閃擊卻可以在比較大的范圍內(nèi)的多個(gè)小局部同時(shí)激發(fā)感應(yīng)雷的過電壓現(xiàn)象，并且這種感應(yīng)高電壓可以通過電力線、電話線等金屬導(dǎo)線傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)致使雷害范圍擴(kuò)大。感應(yīng)雷的產(chǎn)生可由“靜電感應(yīng)”的效應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)的效應(yīng)產(chǎn)生，但大部分的情況是由這兩種效應(yīng)的綜合作用而成。n 靜電感應(yīng)形成的感應(yīng)雷過程靜電感應(yīng)在線路中感應(yīng)的過電壓可以由地閃引起，也可以由云閃引起。例如：在架空線路上空有一團(tuán)雷云，雷云底部帶負(fù)電荷，由于靜電感應(yīng)，雷云將在大地上感應(yīng)出正電荷，雷云與大地間形成電場，因架空線中處于該電場中而被極化，在靠雷云一側(cè)帶正電荷，靠大地一側(cè)帶負(fù)電荷，由于架空線路與大地間的絕緣不會無窮大，因此導(dǎo)線上的負(fù)電荷便向左右兩方向移動漸漸泄入大地，導(dǎo)線上僅存有受雷擊束縛的正電荷。若這片雷云對另一雷云放電或者對大地放電，則雷云與大地間的電場隨之消失，導(dǎo)線上的束縛電荷變成自由電荷，并立即向?qū)Ь€兩端移動，形成對地電壓。n 電磁感應(yīng)形成的感應(yīng)雷過程最初人們認(rèn)為感應(yīng)雷主要是由靜電感應(yīng)的效應(yīng)形成，根據(jù)這一理論，在線路上被感應(yīng)出的雷過電壓應(yīng)該和線路架設(shè)的高度成正比，那么埋地電纜的架設(shè)高度為零，自然被感應(yīng)出的雷過電壓也應(yīng)該為零，但實(shí)際當(dāng)中經(jīng)檢測在埋地電纜上的雷過電壓可高達(dá)數(shù)萬伏，這里用靜電感應(yīng)的理論顯然不能完善的解釋這種現(xiàn)象。近年來，隨著防雷科學(xué)技術(shù)研究的不斷深入，一種新的解釋理論產(chǎn)生了，這就是感應(yīng)雷的電磁感應(yīng)生成機(jī)理解釋方法，這種方法認(rèn)為：當(dāng)直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流所產(chǎn)生的強(qiáng)力變化磁場將會對周圍的導(dǎo)線或金屬物體產(chǎn)生電磁感應(yīng)，從而引發(fā)過電壓，以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象。綜上所述，由雷電引起的“靜電感應(yīng)”和“電磁感應(yīng)”都統(tǒng)稱為感應(yīng)雷。在實(shí)際當(dāng)中它的發(fā)生幾率和破壞程度都是很大的。因此也可以說計(jì)算機(jī)防雷工作的重點(diǎn)就是防止感應(yīng)雷侵入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2. **機(jī)房雷害分析**信息機(jī)房室內(nèi)由電源設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、防汛系統(tǒng)等構(gòu)成的一個(gè)綜合系統(tǒng)。**機(jī)房機(jī)電系統(tǒng)既有強(qiáng)電設(shè)備，又有大量的通信弱電設(shè)備。電力線路、傳輸和控制線路是易遭雷擊或雷電感應(yīng)的薄弱點(diǎn)。由于上述原因，**機(jī)房機(jī)電系統(tǒng)的防雷薄弱環(huán)節(jié)相對來說較多，因此易遭雷害，特別是感應(yīng)雷害和反擊雷害。**機(jī)房雷害分析表系統(tǒng)名稱雷害情況供電系統(tǒng)低壓線路雷擊；配電設(shè)備損壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)線路板雷電擊壞；部分接口擊壞；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)雷擊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)線路雷擊，通迅聯(lián)系中斷當(dāng)直擊雷對地放電時(shí)，在8μs左右達(dá)到峰值，并在40μs內(nèi)完全泄放。因此，雷電流具有幅值極高、頻率極高、沖擊力極強(qiáng)等特點(diǎn)。按我國有關(guān)部門規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)雷強(qiáng)度為100KA，經(jīng)理論計(jì)算，若直擊雷直接擊中傳統(tǒng)避雷針，雷電流沿引下線泄放過程中，在每米高度上約有60KV的壓降，并隨著高度的增加而遞增。如此高的電壓會產(chǎn)生如下二次效應(yīng)： 直擊電壓幾十甚至幾百KV的高電壓沿引下線入地的過程中，有可能直接擊穿空氣，損毀低壓設(shè)備，甚至危及人們的生命安全。在地網(wǎng)中，由于瞬態(tài)高電壓的沖擊，在接地點(diǎn)產(chǎn)生局部電位升高，在地網(wǎng)間出現(xiàn)電位差，由此，導(dǎo)致地中反擊而損壞電器設(shè)備。地網(wǎng)中的電位差還會產(chǎn)生跨步電壓，直接危及人們的生命。 感應(yīng)過電壓雷擊產(chǎn)生的沖擊電流沿引下線對地泄放過程中，在引下線上會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場，耦合到供電線路或音頻線、數(shù)據(jù)線上，產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過弱電設(shè)備耐受能力的浪涌電壓，擊毀弱電設(shè)備。 配電網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的產(chǎn)生及危害 配電網(wǎng)中暫態(tài)過電壓的產(chǎn)生 暫態(tài)過電壓是配電系統(tǒng)中最常見的干擾形式，對用電設(shè)備最具危害。配電系統(tǒng)中暫態(tài)過電壓產(chǎn)生的原因很多，而且大部份帶有隨機(jī)性，有雷電過電壓和內(nèi)部過電壓。n 雷電過電壓 雷電是一種日常發(fā)生的事件。在世界上，每天約有44000個(gè)雷暴中心形成，發(fā)生八百萬次雷閃放電，平均每秒放電100次左右，由此可見雷電活動是相當(dāng)頻繁的。當(dāng)雷擊輸電線路或雷閃放電發(fā)生在輸電線路附近時(shí)，通過直接的或電容耦合的方式，雷閃放電將會在輸電線路上形成暫態(tài)過電壓，并以流動波形式沿線路向各發(fā)配電系統(tǒng)和用電設(shè)備侵襲，危及設(shè)備的安全。為了保證發(fā)配電系統(tǒng)和用電設(shè)備免受雷電的破壞，電網(wǎng)中采用架空避雷線，加裝避雷器等防雷措施。這些措施可大大削弱暫態(tài)過電壓波的強(qiáng)度，減少雷擊的破壞程度。但是這些措施并不能完全消除電網(wǎng)中由雷擊引起的暫態(tài)過電壓，仍有一部份幅值較低的過電壓在電網(wǎng)中存在，這些過電壓對一些低壓等級的用電設(shè)備，特別是對計(jì)算機(jī)和其它裝有大規(guī)模集成電路的電子系統(tǒng)以及家用電器等存在較大威協(xié)。另外，當(dāng)雷擊中建筑物時(shí)，由于一些電源與電子系統(tǒng)或電子系統(tǒng)之間的聯(lián)結(jié)電纜與建筑物共用接地系統(tǒng)，將有一部份雷電流流進(jìn)電纜，通過電纜到達(dá)電子設(shè)備。n 內(nèi)部操作過電壓 在電力系統(tǒng)的內(nèi)部，由于斷路器的操作，負(fù)荷的投入和切除系統(tǒng)故障系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化，而使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而引起的電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化或傳輸過渡過程，將在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓，這種過電壓稱為內(nèi)部過電壓，在用電網(wǎng)絡(luò)中引起內(nèi)部過電壓的原因大至可分為： ①電力重負(fù)荷的投入和切除（電梯、大功率空調(diào)節(jié)器機(jī)、冷凍機(jī)和醫(yī)療設(shè)備以及大功率的其它設(shè)備） ②感性負(fù)荷的投入和切除（電梯或繼電器的線圈、帶負(fù)荷的變壓器）③功率因數(shù)補(bǔ)償電容器的投入和切除④斷路器或保險(xiǎn)裝置的操作⑤短路故障隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為核心組件的測量、保護(hù)、監(jiān)控、通訊和計(jì)算機(jī)等先進(jìn)的電子產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于電力、航空、宇航、國防、通訊、廣電、金融、石油、石化、醫(yī)療以及其它現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域。象電子計(jì)算機(jī)，微處理器及其它由大型CMOS集成模塊等集成元件組成的這類電子設(shè)備普遍存在著對電網(wǎng)電壓質(zhì)量要求較高，暫態(tài)過電壓耐受能力較弱等缺點(diǎn)，成為電網(wǎng)中暫態(tài)過電壓侵襲的薄弱環(huán)節(jié)。暫態(tài)過電壓不僅能造成用電設(shè)備產(chǎn)生誤操作，嚴(yán)重的甚至還造成用電設(shè)備的永久性損壞，給社會生活的各行各業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，給人民生活帶來麻煩。近幾年來，有關(guān)過電壓造成的電子設(shè)備損壞事件時(shí)有發(fā)生，已引起郵電通訊行業(yè)、電力部門、銀行金融系統(tǒng)、航空、國防部門及其它行業(yè)的普遍關(guān)注。據(jù)國外對電子設(shè)備和系統(tǒng)損壞事件的統(tǒng)計(jì)表明，約25%的電子設(shè)備和系統(tǒng)的損壞事故是電網(wǎng)中的過電壓所造成成為該類設(shè)備損壞的主要原因之一。如何防護(hù)暫態(tài)過電壓對用電設(shè)備的損壞問題已成為當(dāng)今必須解決的迫切問題。n 穩(wěn)壓電源不能消除暫態(tài)過電壓由于用電網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷的投入和切除，不但會產(chǎn)生瞬時(shí)的暫態(tài)過電壓，而且會引起電網(wǎng)的工類電壓的升高或降低，使工類電壓值在一定的范圍波動，而電子設(shè)備一般對工作電壓要求很嚴(yán)，電壓太高，輕則使電子元件逐漸老化，重則使電子元件損壞。一般的穩(wěn)壓電源的功能就是對工頻電壓起穩(wěn)壓作用，使用電設(shè)備的工作電壓穩(wěn)定，保證用電設(shè)備在工頻電壓下的安全運(yùn)行，而穩(wěn)壓電源對于快速的暫態(tài)過電壓卻來不及反應(yīng)和發(fā)揮穩(wěn)壓的作用。在暫態(tài)過電壓的作用下，穩(wěn)壓電源還可能被損壞。n UPS不能消除暫態(tài)過電壓電網(wǎng)中由于故障或其它原因會突然停電。突然停電將給醫(yī)療、銀行金融、國防以及其它部門帶來不可估量的損失。UPS的功能就是在突然停電的情況下，在很短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)將備用電源投入，保證用電設(shè)備供電的連續(xù)性，使用電設(shè)備在突然停電的情況下仍能繼續(xù)工作一段時(shí)間或長期運(yùn)行。但UPS不能消除暫態(tài)過電壓，在電網(wǎng)停電UPS動作的情況下，反而會產(chǎn)生暫態(tài)過電壓。在暫態(tài)過電壓的作用下，UPS自身有可能被損壞。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)輻射面廣，設(shè)備內(nèi)部由于大量采用大規(guī)模集成電路等微電子器件，耐壓水平極低，對于電源及信號電壓的穩(wěn)定要求極高。若某地有雷擊事件發(fā)生，由于雷擊的二次效應(yīng)，通過信號線或天饋線的耦和，將感應(yīng)過電壓引入系統(tǒng)內(nèi)，并沿線路傳播；或通過配電系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)備的電源部分。兩種形式的過電壓引入均可造成設(shè)備的損壞，致使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或通信系統(tǒng)中斷。對于調(diào)度、信息機(jī)房機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)部的各種控制系統(tǒng)，由于感應(yīng)過電壓的引入，輕者造成控制系統(tǒng)誤動作、誤報(bào)警；重者造成控制系統(tǒng)設(shè)備損壞，整個(gè)控制系統(tǒng)失效。其嚴(yán)重后果不言而喻。 **的中心機(jī)房的防雷原則**的機(jī)房及變電站的電源、通信系統(tǒng)防雷是一個(gè)很復(fù)雜的問題，不可能依靠一、二種先進(jìn)的設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷電過電壓的影響，必須采用綜合治理的方法，對癥下藥將各類可能產(chǎn)生雷擊的因素排除，才能將雷害減少到最低限度。在雷電過電壓保護(hù)上最好遵守下列原則及建議：n 根據(jù)**機(jī)房的供電設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備和通信設(shè)備所處的雷電保護(hù)區(qū)范圍，在雷電過