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防雷知识讲座，科威电子测试有限公司，第一章雷干扰防护的研究内容，雷干扰防护是电磁兼容的范畴electromagneticcompatibility (EMC )雷电磁脉冲LEMP (lightningelectromagnetcpulse ) 开关电磁脉冲semp (switchingelectromagnetcpulse )-静电放电ESD (electro-static discharge ):- -核电磁脉冲nemp(nuclearelectromagnetcpulse wr (微波雷达)，第二章雷和电磁干扰防护的重要性，第一节防雷工程技术的发展第一次联想到实验室的电和自然界的雷的人是英国皇家协会馆长FransisHauksbee，1706年他用玻璃棒摩擦带电，研究其发光，通过静电放电接触闪电的物理本质是电荷放电。 科学认识必须确立在科学实验的论证上。 最初实现这一步骤的是伟大的美国科学家富兰克林(BenjaminFranklinl7061790 )，他在实验室进行了一系列电气实验，证实了实验室完成的静电放电现象与天空雷雷雷雷雷雷雷雷雷雷雷雷相似，科学理性思考富兰克林发明避雷针，是人类第一个防雷装置。 在富兰克林发明避雷针后，这种防雷工程技术一百多年来没有发展。 不仅人类对雷电的认识停滞不前，而且因为实际需求没有变化，避雷针没有显示出界限。 贝尔在1876年发明的电话，因为适应了社会的需要，所以发展很快。 1880年，仅美国就出现了48，000台虚构的长电线。 成为电光攻击的新对象。 为了保护电话通信设备和人的安全，出现了第二种防雷装置的导雷器。 它实际上是火花间隙，连接在加入了电话的线路和大地之间，虚构的长电线上发生了雷电的高电压，到达这里破坏火花间隙，短路流向地，进入家里不伤害电话设备和人。 这个新的是最原始的避雷器，在英语中被称为Arrester。 1887年伦敦筹集了一百万英镑成立了电力公司，表明电力供给分散的一家发电成为中心发电站集中供电，电网迅速扩大，高电压电网的过电压保护和防雷成为电力系统的极其重要的项目，因此从19世纪90年代开始E.Tomson 1901年在德国制造的串联线性电阻电流限制的方形间隙可以说是阀型避雷器的前身。 此后，随着电力工业的大发展，电力系统成为建筑行业后防雷需求最紧迫的部门，雷电研究主要在这个行业进行。 这里有两个重要原因：第一，电力系统需要研究过电压保护和高压绝缘问题，这在物理上与防雷研究相似，第二，为了研究必须建立高电压实验室，为人工模拟雷电的实验研究提供了物质条件。 因此，在20世纪，电力系统高压实验室的研究对防雷作出了重要的贡献，但今天我们对雷电的认识，来源于这些研究结果(如国际大电网会议)。 富兰克林的年代只关注直接雷击。 当时雷电对建筑物的危害也不过是直击雷。 20世纪的电气工程意识到了雷电的危害，德国w。 Peterson在1914年提出了用接地避雷线防雷的理论，后来美国的F.W.Peek、W.W.Lewis也认为威胁线路绝缘的不仅是直击雷，还是感应雷。 在30年代末，100kV以上线路的避雷线是防止直击雷的基本保护装置得到了共识。 从1925年到1926年，Peek首次用“人工雷”研究了避雷针的保护范围，雷云的极性对保护系统的影响。1934年美国煤气和电力公司(AGE )开始用避雷针和避雷线保护变电站，由于避雷线的应用有效，建筑物出现了避雷带，50年代后笼式防雷网发展起来了。 虚构电线发生直击雷和感应雷的过电压波在沿线侵入建筑物内，设备破损，房屋和人身伤亡的现象在富兰克林年代没有发现。 这是科学技术发展带来的新雷灾，当然富兰克林避雷针无法应对。 为了防止这种雷灾害需要完全不同的想法，在过电压波进入建筑物前将其导入地面，为此设计的防雷装置是避雷器。 1907年美国出现了铝电解避雷器。 1908年瑞士的Moscicki提出用高压电容器将雷电流分流到地。 1922年，美国开始采用用非游离气体切断回流的管型避雷器。 50年代初，出现了磁吹阀型避雷器。 1968年，日本松下电气公司开发出金属氧化物非线性电阻的下一代无间隙避雷器。 80年代以后，雷灾的特征与以往大不相同，(1)受灾面扩大，从电力、建筑这两个传统领域几乎扩展到所有行业部门，特别是与高科技最密切的领域，如航空宇宙、防卫、邮政通信、铁路交通、计算机、电子工业、化学石油等(2)从二维空间的入侵到三维入侵。 由于雷击、过电压波在沿线成为空间雷的脉冲电磁场从三维空间侵入到各个角落，无孔造成灾害，防雷工程从防雷雷雷、感应雷进入防雷电磁脉冲(LEMP )，前指雷的受灾业界面扩大，此处指雷灾害的空间范围扩大上述各种特征发生的根本原因，即关键特征是雷电灾害的主要对象集中在微电子设备上。 雷电本身没有变化，但是随着科学技术的发展，人类社会的生产生活状况发生了变化。 微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域促进社会经济的发展是好事。 但是，微电子器件非常敏感，其特征还容易受到无孔LEMP的作用，引起或损坏微电子器件。 因此，我们广泛采用新技术，采用新的数字通信系统，使用微机操作控制，雷电灾害也能跟踪。 因此，当今时代防雷工作的重要性、紧迫性、复杂性大幅度增加。 我们要站在历史时代的新高度，重新认识现代防雷技术问题。 第二节雷防护的重要性雷是最常见的自然灾害之一，与地震、旱灾、水灾、泥石流、海啸、台风等自然灾害相比，雷灾害对人类的损害并不大，但世界上每年雷暴灾害的总量不少。 地球上50%的森林火灾是雷击引起的(1987年内发生雷击引起的森林火灾，1300公顷以上的森林被烧毁，大兴安岭雷击火灾损失占总损失的70% )。 草原火灾的大部分是由雷击引起的。 1989年8月12日，青岛黄岛发生库雷火灾，燃烧了4天，19人死亡，78人受伤，直接经济损失达到了数千万元。 1993年8月12日，中国人民银行湖南省乡州分行的计算机信息系统遭受雷击，计算机电源、主机、卫星接收了小站，营业部终端等被破坏，直接经济损失数十万元，业务中断7天，间接经济损失达到亿元。 1999年6-7月，广州局军田、郭塘、棠溪、澪江口、飞来峡、银等、广东、江高等站的电脑联动设备反复雷击，多次影响了列车运行。 2000年7月9日，成都局内江通信站遭受雷击，损坏了电源、PCM、编程开关等设备，直接经济损失29万元，通信中断数日，间接经济损失很大。 第三章雷防护的研究方法、雷防护是专业的理论。例如，雷电的发生机制，必须研究大气物理学，用物理学的方法探讨雷电的原因。 雷对电子设备的雷害机制需要大气电气的方法。 对雷电防护方法的研究也涉及到电气工程、微电子和材料学。 雷电流的大小、雷的波形研究，一般通过理论推导和现场实测，拟合现场实测波形和理论推导，需要用统计学知识综合概率论知识。 雷科学也是一门实验科学，雷机制的研究对雷的原因的解释基于很多假设，需要在现场实验和仿真中进行验证。 同时，防护设备的好坏必须通过实验室模拟试验和现场比较试验两个环节，初步判断其好坏，最后应用统计学知识，科学地判断现场考试。 研究雷电防护，必须深入了解防护对象，也就是所谓的好朋友是互相认识的。 例如，电源防护是只有理解了电力配电系统和电源屏幕的结构、UPS、电源开关的原理，理解了他们的弱点后才能进行对症治疗。 计算机网络必须理解网络的拓扑、网络设备、传输协议和接口硬件。以及。 不知道计算机设备的人无法想象防雷设备能安装在正确的位置。 所以防雷是综合学科和边缘科学。 我想让你对各领域的科学了解一点。 第四章雷的基本知识，第一节雷的形成雷是从雷雨中发展的天气现象。 闪电和雷声是雷电的特殊标志。 虽然雷和雷雨相连，但只有雷和雷声不下雨被称为干雷击。 “迅雷没有遮住耳朵”正确地说明了雷突然来的特征。 那么，雷是如何产生的呢？为了理解这个问题，需要从雷雨的形成过程开始说。 计算出半径为5公里的雷雨云，在暴雨降临时，每5分钟从云中落下的水量约为8万吨(仅每分钟的降雨量为l毫米)这一庞大量的水在空中漂浮，可以看出雷雨云中上升气流的强度。 那么，具有巨大能量的积雨云是如何制造的呢？雷需要电。 雷雷雨云的电动势原因是什么？我们来讨论一下这个问题吧。 雷云的形成雷云的形成必须具备以下三个基本条件： a .空气中需要充分的水蒸气b .潮湿的空气开始上升，有开始形成水滴的气象条件和地形条件c .气流持续上升的物理条件。 第二节雷电活动的强度和雷击的选择性、连续性雷电活动的强度一般指某一地区的雷电活动的频率，即某一地区的雷击次数的多少。 由于雷电的发生是根据地区的天气条件而发生的，因此雷电活动的强度是地区性的、季节性的。 我们使用“雷击次数”的指标，测定了某一地区一定时间内的雷电活动的强度。 现在共同的有“雷时间”和“雷天数”两种。 “雷时间”是一个小时内某处能听到雷声的次数，只要能听到雷声，雷声再长也就是“雷时间”。 统计时以年为单位能听到所有雷电的次数称为“年雷小时数”，我国大部分地区雷日约为3小时。 这个统计方法在我国很少使用。 所谓“雷天数”，是指一昼夜之间是否有雷，有雷的情况下，与次数无关地记录为雷日，统计上是年雷天数，也就是说年有几日雷日。 但是，因为每年雷天数不同，所以采用每年雷日的统计平均，称为年平均雷日。 这个方法比较简单，被我国各部门广泛采用。 年平均雷日这一参数极其粗糙，只能反映哪里有没有雷击，但不能反映雷击的强度。 雷电活动按地区分布的普遍规律是，潮热地区比干冷地区多雷，陆地比海洋多雷，山区比平原多雷。例如，中国兰州25日/年，北京40日/年，哈尔滨33日/年，广西玉林们105日/年，广州78日/年。 可以看出南北差异很大。 在季节上，冬天一般很少或几乎没有雷，夏天被称为雷雨季节。 我国许多部门和行业根据年平均雷暴日，把雷活动地区划分为少雷区、中雷区、多雷区， 强雷区： a少雷区-被划分为年平均雷暴天数不超过15的地区b中雷区-年平均雷暴天数为1540的地区c多雷区-年平均雷暴天数为4090的地区d强雷区-年平均雷暴天数超过90的地区第三节直击雷和感应雷和雷感应的概念是雷击过电压通信、信号， 根据进入电力等设备的方式不同，入侵设备的雷电可以称为直接雷击(directlightningstrike )和雷电感应(lightningInduction )或感应雷。 我们一般把雷直接撞击线路设备和终端设备，通过设备落地的雷击称为直击雷，以多种标准把直击雷定义为直接撞击建筑物、构筑物、地面突出物和大地，产生电气效果、热效应和机械力的雷放电。 直击雷现在是人类无法控制和阻止的自然灾害，放电电压高(500kV以上)，放电电流大(200kA被认为是允许的上限，但雷的实际放电电流达到惊人的530kA )，放电过程时间短(雷放电时间约40s )，雷电流波形这主要给建筑物、构筑物、电力设施、通信设施、石油(煤气)管道、容易燃烧爆炸的地方等带来火灾和机械损失，给户外活动的人和家畜带来死伤，引起森林和草原的火灾。 雷击给电力设施和通信设施带来损害的机理是，雷直接照射到架空输电线、线路杆塔、地下电力电缆和通信架空线路、地下电缆、无线通信设备天线塔等。 大部分的雷电流通过架空电力线路、线路杆塔、地下电力电缆和通信架空线路、地下电缆流出地面，同时引起机械损害。 其馀部分的雷电流流过电力线和通信线的导线，通过行波向两个方向传播，破坏终端设备。 直击雷的概率极小，真正给通信、信号、电力带来损害的多是感应雷，雷感应被定义为雷放电强的电磁场在附近的导线和电子、电气设备系统内发生的静电感应过电压和过电流、电磁感应过电压和过电流。 在雷云形成的过程中，雷云与大地之间的静电场和雷击进行通信，在信号和电力线路附近的大地和其他物体上产生雷击的强电磁场作用于线路，进入设备的雷击过电压和过电流被传输。 雷电感应电压的振幅与雷云对地放电时的电流有关，与雷击点和线路间的相对位置有关，同时与雷击点的周围环境，如土壤电阻率有关，与线路长度、线路高度、设备接地装置的电阻等诸因素有关，动态范围宽，正确计算非常困难。 如果发生距离计算机信息系统设备1km的云间放电和云地放电，则计算机信息系统的金属线可能发生设备故障的过电压。 在与计算机信息系统连接的金属引线中感应到雷电磁脉冲过电压的情况下，雷电磁脉冲过电压沿引线以行波方式双向传播，并传递至计算机信息系统设备(这部分的雷我们称为“传导雷”)。 感应雷有两种，一种是由静电感应产生的，另一种是由电磁感应产生的。 第四节标准模拟雷波形对单极的雷电流和雷过渡过电压脉冲波形，用通常振幅、波头时间和波长时间等参数来记述。在防雷分析和设计中，雷脉冲波形的波头和波长时间必须明确定义，而在一些常见的雷脉冲波形中，波头和波长时间的定义方法相同，不同之处只是决定波头时间的作用点的位置不同。 在这里，以雷电流波形的波头和波长时间的曲线决定为例，说明该定义方法。 如图(1-6)所示，纵轴表示雷电流if和振幅雷电流Im之比。 首先，把纵