1、院、系 行健文理學院 專業 電氣工程及其自動化 姓名 楊忠行 學號 0938170346論文題目 現代防雷技術的有效性及差異性分析 2012年 12 月 15 日摘要 雷電災害是十種最嚴重的自然災害之一。全球每天約發生800萬次雷電，每年因雷擊造成的人員傷亡、財產損失不計其數。導致火災、爆炸、信息系統癱瘓等事故頻繁發生。從衛星、通信、導航、計算機網絡系統、通信指揮系統和有室外天饋設備的系統更是雷電的重災區。從某種意義上說，科技越發達，雷擊對人類的危害就越大。因此我們日常生活中，我們必須掌握一定的雷電知識，必須懂得一些防雷的措施，因此今天我們就通過此文來簡單了解一下雷電知識。關鍵詞 雷電危害；雷

2、電形成；防雷裝置概述 大氣中的飽和水蒸氣遇冷結成水滴，該水滴在強烈的上升氣流沖擊下，被分裂成帶有不同電荷的水滴，一般說來，小水滴帶負電，大水滴帶正電，而且小水滴容易被氣流帶走，于是形成了兩種帶不同電荷的水氣團，這就是雷云。當不同電荷的雷云把空氣間隙擊穿放電時即為雷。如果大氣中的雷電接近地面時，則在地面上會感應出與雷云相反的異性電荷，若雷云再繼續接近以至把空氣間隙擊穿時，便形成雷云對地面放電。概念 雷電的形成 雷電是一種大氣中放電現象，產生于積雨中，積雨云在形成過程中，某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷。它們對大地的靜電感應，使地面或建（構）筑物表面產生異性電荷，當電荷積聚到一定程度時，不同電荷

3、云團之間，或云與大地之間的電場強度可以擊穿空氣（一般為25-30kv/cm），開始游離放電，我們稱之為先導放電。云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發展的，當到達地面時（地面上的建筑物，架空輸電線等），便會產生由地面向云團的逆導主放電。在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會出現很大的雷電流（一般為幾十千安至幾百千安），并隨之發生強烈的閃電和巨響，這就形成雷電。防雷的重要性1、國外情況：據美國國家雷電安全研究所關于雷電所造成的經濟影響的一份調查報告表明，美國每年因雷擊造成的損失約5060億美元。每年因雷擊造成的火災3萬多起，50%野外火災與雷電有關；30%的電力事故與雷電有關；有45石油產品

4、儲存和儲藏罐事故是由雷擊引起的；由于雷電和操作過電壓造成物理裝置的損失約占80%。據德國一保險公司1997年對8722件案例損壞原因的分析，雷電及操作過電壓占31.66%。 2、我國情況：我國也是雷暴活動十分頻繁，受災率高，造成的災害十分嚴重。據中國氣象局政策法規司副司長劉憲華介紹，全國有21 個省、區、市雷暴日在50天以上，最多的可達134天。雷暴給人們生活帶來了極大的安全隱患。據不完全統計，我國每年因雷擊造成人員傷亡達30004000人，財產損失50100億元人民幣。近年來，隨著社會經濟發展和現代化水平的提高，特別是信息技術的快速發展，城市建設高層建筑物日益增多，雷電災害程度和造成的經濟損

5、失及社會影響也越來越大。據廣東省統計，在19961999年的四年間，全省發生雷擊事故6143起，傷亡699人，直接經濟損失達15億元。損失是“觸目驚心”的。3、電子信息系統受損比重急劇增加：電氣和電子技術是現代物質文明的基礎，其迅猛發展促進了生產力的發展，加速了社會繁榮與進步的進程，同時不知不覺地麻煩也應運而生，各類電磁干擾越來越嚴重。一方面，電氣和電子設備的廣泛應用造成了嚴重的環境電磁噪聲干擾。另一方面，電子技術正向高頻率、高速度、微型化、網絡化和智能化方向發展。電磁干擾，特別是雷電電磁脈沖干擾對這些設備和系統的影響越來越突出，對這些設備力系統造成的失效與損壞事故的發生率逐年增高。第三，隨著

6、城市建筑物的增高，收發雷電的幾率也增大。一個雷電的電磁可影響幾公里范圍的電子設備，這也使電子設備受損的幾率增大。因此，信息時代的到來，已使雷電電磁脈沖的防護成為當務之急。雷電危害 雷電具有很強的破壞性，主要有直擊雷、雷電感應、雷電波侵入和地電壓反擊四種形式。其中又以感應雷和電壓反擊對弱電設備破壞能力最強。當天空的雷雨產生雷擊時，其將攜帶高負荷雷電脈沖、電壓及電流，以電磁波形式無規則釋放，從而導致雷區域15公里范圍內(視雷電波強度而定)所有帶金屬的導線(如高空架設天線、有線電視電纜、通信電纜、供電系統電纜等)，在瞬間內感應到相應強度的脈沖電壓及電流，這些電流沿著電器設備上的各種電源電線或信號電纜

7、進入電器設備內部，在雷擊電壓超過電器設備額定抗電壓的瞬間擊壞內部器件；主要原因是由于連接在電器上所有電線電纜所帶的電壓高低不等，高電壓就會往低壓沖去，形成電流，從而將電器設備局部擊壞，造成整個設備系統癱瘓，嚴重時甚至把整機擊毀，甚至觸及到人身安全。 雷電的電磁效應：雷云對地放電時，位于雷擊點附近的導線上， 將產生感應過電壓，其幅值一般可達幾十萬伏，它會使電氣設備絕緣發生閃絡成擊穿，甚至引起火災和爆炸，造成人身傷亡。雷電在放電過程中，呈現出電磁效應、熱效應以及機械效應。它對建筑物、電氣設備及人身都有很大危害。 雷電的熱效應：雷電流通過導體時，會產生很大的熱量。在雷電流的作用下，會使導體熔化。在實

8、際運行中觀察到避雷線燒熔斷股現象，都與雷電流的熱效應有關 雷電的機械效應：強大的雷電流的機械效應表現為擊毀桿塔和建筑物，劈裂線路的木電桿和木扁擔。雷電的形式 直擊雷：大氣中帶有電荷的雷云對地電壓可高達幾億伏，當雷云對地面突出物的電場強度達到空氣的擊穿強度時，產生的放電現象稱為直擊雷。 感應雷：感應雷又稱雷電感應，分為靜電感應和電磁感應。靜電感應是雷云接近地面時，在地面突出的建筑物頂部被感應出大量的異性電荷，一旦雷云與其它異性雷云放電后，驟集在該建筑物頂部的感應電荷就失去束縛，以雷電波的形式高速傳播形成的。電磁感應是發生在雷擊后，雷電流在周圍空間產生迅速變化的磁場，在附近的金屬導體上感應出很高的

9、電壓。 雷電侵入波：由于雷擊在架空線路的導線上或架空的金屬管道上產生的沖擊電壓，沿著線路或管道的兩個方向迅速傳播的雷電波稱為雷電侵入波。 雷電防護措施 1、攔截信息防雷的第一道防線是攔截直擊雷。最經濟、最有效的方法仍然是避雷針（避雷帶、避雷網）法。盡管避雷針對于電子信息設備有很多負作用，對其應抱趨利避害、積極、穩妥的態度，采取有效的技術措施予以抑制。2、屏蔽屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一區域內部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護的空間傳播。屏蔽一般分為電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽幾種。 （a、靜電屏蔽（電場屏蔽）：是為了消除和抑制靜

10、電電場的干擾。 b、磁場屏蔽：是為了消除或抑制由磁場耦合引起的干擾。磁場屏蔽又分為低頻屏蔽和高頻磁屏蔽兩種情況。c、電磁場屏蔽：一般在遠離干擾源的空間單純的電場或磁場是少見的，干擾是以電場、磁場同時存在的高頻電磁場輻射的形式發生的。雷電電磁脈沖在遠場條件下可看作平面電磁場傳播。因此，應同時考慮電場和磁場的屏蔽。d信號傳輸電纜的全屏蔽電纜的屏蔽是一項很重要的技術措施，它要求對機房內、外所有架空、埋地的電纜都用金屬層屏蔽起來，以防雷電電磁脈沖的干擾，這稱作全屏蔽。當全屏蔽電纜接觸或穿過另一金屬部分時，還要采用中間接地點。因此，全屏蔽電纜要求多點接地。） 3、均壓均壓也稱電位均衡連接（簡稱等電位連接

11、）。就是把所有導體相互作良好的導電性連接，并與接地系統連通。其中非帶電導體直接用導線連接，帶電導體通過避雷器連接。其本質是由可靠的接地系統、等電位連接用的金屬導線、等電位連接器（即避雷器、地線隔離器）和所有導體組成一個電位補償系統。其作用，一是為雷電流提供低阻抗的連續通道，使其迅速導入大地泄放。二是使系統各部分不產生足以致損的電位差。即在瞬態現象存在的極短時間里，通過這個電位補償系統可以迅速地在被保護系統所處區域內的所有導電部件之間建立起五個等電位區域。這個區域相對于外界可能存在著數十千伏的電位差。重要的是在需要保護的系統所處區域內部，所有導電部件之間不能存在顯著的電位差，從而達到保護設備和人

12、身安全的目的。4、分流 分流是將雷電流能量向大地泄放過程中應符合層次性原則。層次性就是按照所劃分的防雷保護區對雷電能量分級瀉放。盡可能多、盡可能將多余能量在引入信息系統之前泄放入地。 （ a、前級評估模式用于評估lpz0b區與lpz1區交界處的雷電流分配情況。該級的雷電流用10/350波形表示。b、后續評估模式用于評估lpz1區以后各級保護區交界處的雷電流分配情況。由于用戶側絕緣阻抗遠大于避雷器放電支路處外線路的阻抗，進入后續防雷區的雷電流將減少。該區域的雷電流用8/20s波形表示。）5、接地接地是分流和瀉放直擊雷和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一，也是電位均衡補償系統基礎。目的是使雷電流通

13、過低阻抗接地系統向大地泄放，從而保護建筑物、人員和設備的安全。沒有良好的接地系統或者接地不良的避雷設施會成為引雷入室的禍患；避雷裝置接地不好，還提供了雷電電磁脈沖對電氣和電子設備產生電感性、電容性耦合干擾的機會。防雷技術目前我國雖然有多種，但原理不外乎三種方法避雷。 第一、分合式避雷器采用斷開法，在雷擊時快速將電源斷開，保護設備。優點：工程簡單。缺點：雷擊時間極短（以納秒計算），有時還來不及完全斷開，雷電脈沖電流已經讓電器設備遭到重創，同時當今人們的生活和工作，也不允許電器設備隨意斷電；因此缺點非常明顯，并不能夠較好防雷，效果也就可想而知。因此會被逐步放去選用。 第二、接地式避雷器是利用地泄法

14、，原理：把雷擊電流直接引入大地，避免電器受到雷擊，但是需要有完善的埋地線工程。優點：可以把雷電完全泄放掉。缺點：會給高層樓宇的住戶、或高山、黃土等放電不理想地方的安裝帶來極大施工不便，這種環境下釋放雷電效果也不理想，且年久必將被腐蝕。沒有誰會去經常檢查地線是否被腐蝕，有時環境也不允，要做到國家標準（阻值4歐姆），完全合格的費用幾乎都是避雷器本身造價的數倍，甚至幾十倍。地線如果做得不好，就無法起到避雷效果，雷電將直接把設備打壞。如果有一種能夠同時解決以上的弊端就是非常理想的了。 第三、等電位避雷器 雷圣hl-20k避雷系列是我公司根據高壓輸變電檢修工人穿上用導電性能良好的特殊工作服，能在數萬伏

15、避雷器高壓上帶電作業而不被電擊，這一等電位原理而研制和生產的一種新型等電位避雷器。 1、等電位避雷器的主要優點： a、避雷效果與接地無關，避雷器由于采用“等電位”處理技術，它的避雷效果與設備有否接地無關，從而免去安裝傳統的避雷器必須接地的麻煩。因此安裝簡單，使用方便。 b、延長電器高設備的使用壽命 接地雖然電器沒有遭受雷擊損壞，但雷電脈沖長期沖擊電器，致使各元器件電性能會受到一定破壞，影響電視機，電腦等設備的使用壽命。安裝等電位避雷器后，對電器設備保護盡忠職守，萬無一失。 c、體形雖小，但保護設備本事很大 電器都是因巨大的雷擊電流作用下設備或元器件發熱而損壞。發熱的能量與電阻、電流和作用的時間

16、成正比。雷擊時電流雖然很大，但避雷內阻很少作用時間很（820微秒），發熱量也很少，所以它既能保護設備，它自身也不會被損壞。再說，避雷器因為是電流型的，它能承受很高的雷擊電壓，只要不超過避雷器所承受的最大電流，即使雷擊電壓幾萬伏甚至更高都不怕。 d、電源。信號通道同時避雷，一舉兩得，免維護，既阻燃又防爆。 e、具有自動診斷和修改和修復內部故障功能。 f、安全警示功能：當防雷器完全損壞后，不輸出任何電流，以此警告不能繼續使用，這種警示功能是其他防雷器所不具備的雷電的保護設施 一 直擊雷設施 ：各種規格的避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網等 避雷針：對于直擊雷可以采用避雷針，避雷針由三部份組成：最上部份

17、叫受電端，中間是導電線，下部份是接地體。當雷雨云接近避雷針時，它會感應出大量的異性電荷，通過導電線和受電端向空中放電與雷雨云中的電荷中和減弱雷雨云的電場強度，達到防雷目的。如受電端果是直擊雷，避雷針可以把雷電流引入大地，從而起到保護作用。 避雷針是保護電器設備，建筑物不受直接雷擊的雷電接受器。它是由針尖接閃器 ，支持物，接地引下線及接地體組成，其保護作用是尖端放電。當發生在雷電放電的先驅階段(先驅通路和這個接地物體間每單位長度的電位差稱電位梯度)，電位梯度越大空氣絕緣也就越易破壞，于是放電的路徑就朝高的接地物延伸，這就說明避雷針是把雷電吸引過去的，這樣就減少雷電向附近放電的可能，另外建筑物的各

18、部位，在避雷針保護范圍內，就可以免受直接雷擊。 避雷線：也稱架空地線，它是懸在高空的接地導線，其作用和避雷針一樣，當雷云放電時，避雷線將雷電引向自己，并安全地將雷電流導入大地。保護線路及電氣設備免受直擊雷害。 避雷帶網：與避雷線相似，用于建筑物防雷，敷設在建筑物頂上。避雷帶網多采用為3570mm2的鍍鋅鋼鉸線或元鋼設制，引下線應有足夠的截面，其接地裝置的接地電阻一般保持在10以下。 避雷器：避雷器是用來限制作用于線路絕緣和電站絕緣上的大氣過電壓的，這種過電壓波浸入變電所，將給變電所電氣設備帶來嚴重危害，在導線上裝設避雷器、使之保護電氣設備免遭雷電侵入波的危害。避雷器的型式主要有閥型避雷器、管型

19、避雷器、金屬氧化物避雷器等。 保護間隙：保護間隙是較簡單的防雷設備。在架空線路正常運行的情況下，間隙對地是絕緣的，而當線路遭受雷擊時，間隙的空氣被擊穿，將雷電流泄入大地，使線路絕緣子或其它電氣設備的絕緣上不致發生閃絡，起到了保護作用。 二 對感應雷的防護 為了防護感應雷對供電線路，傳輸電纜和架空天線及高層導電線建筑的破壞，可以在線路上安裝碳化硅閥型避雷器或金屬氧化物（如氧化鋅）避雷器、；對于高層建筑，可將建筑物內的金屬設施聯合接地；對于非金屬屋頂，可加裝金屬防護網并可靠接地。這些措施雖然有效，但有時也難免遭受雷擊，究其原因關鍵在于存在接地電阻，雷擊電 接地體流經接地電阻產生很高電壓，仍可將設備

20、擊壞，故避雷效果不理想。現在隨著社會的進步，特別是電子技術迅速發展，防雷技術也在不斷完善和提高。生產避雷器的廠家有增無減，各種類型用途的新型避雷器不斷問世。等電位避雷器就是其中之一。三 各種電源信號浪涌保護器的核心元器件 閥片電阻、放電間隙、放電管、雪崩二極管、齊納二極管、暫態抑制二極管、氧化鋅電阻等。建筑物綜合防雷的設計 現代建筑物的綜合防雷包括了直擊雷、側擊雷、感應雷防護三大部分。建筑物防雷設施三大部分是從其對雷電的不同危害形式的防護功能上來區分的。一套完善的防雷設施，為了實現其對不同雷害的防護目的，必須采取接閃、分流、屏蔽、均壓、接地等技術措施。因此，建筑物防雷設施應包括接地體、引下線、

21、避雷網格、避雷帶、避雷針、均壓環、等電位、避雷器等八個技術環節。從設計到施工應分為兩個階段進行，第一階段是隨建筑物一體化施工的直（側）擊雷防護設施，其設計的目的是保護建筑物本身不受雷電損害以及盡最大可能去減弱雷擊時對建筑物內的電磁效應，同時為建筑物內部設備的感應雷防護提供必要的基礎條件，它的特點是與建筑工程的土建部分同步進行。第二階段設計的目的是保護建筑物內的弱電設備安全，如通信系統、計算機系統、家用電氣等，即建筑物防雷設施的感應雷防護部分，它的特點是與建筑工程設備安裝同步進行。在第二階段中應特別強調的是在安裝計算機、通信設備等抗干擾（或過電壓）能力比較低的電子設備前，首先必須弄清設備安裝所在建筑物的直擊雷防護設施的基本情況，包括：接閃器、網格、防雷接地體的形式及工頻電阻值、等電位連接、引下線分布、動力進線形式、高低壓避雷器安裝等情況；高層建筑還要了解均壓環和玻璃幕墻接地的形式及過渡電阻值等基本設計參數，才能確定機房的位置，纜線的分布，接地系統的形式和限壓分流等技術方案。否則，脫離實際的設計將帶有很大的盲目性。防雷的注意事項1. 不要成為至高點。在曠野、屋頂、水面時，盡量降低高度。不要躲在高大的樹和鐵塔旁邊，要躲在山洞、低洼地帶，也可以躲在車內、船內。2. 躲雨不要選擇易