雷电的形成和防雷措施方案

1、雷电的形成及防雷措施辛宪同所谓雷电，就是天空中的某一块云层与另一块云层或者与大地，由于所带的电荷性质相反而产生瞬间剧烈放电的现象。在这放电过程中，往往伴随着强烈耀眼的闪光和震耳欲聋的巨响。雷击所造成的危害主要有两种形式。一是带电的云层对大地上的 某一点发生猛烈放电，“宜击雷”。当“直击雷”发生时，往往会对 地面的物体产生强大的打击作用，其破坏力也是巨大的。另一种叫“感 应雷“。它的形成过程是由带电云层的静电感应作用，使地面某一范 围带上异种电荷。当“雷电”发生后，云层带电迅速消失，而地面某 些范围内由于地电阻或导体电阻的存在， 当瞬间大电流流过时，就会 导致小范围或局部的瞬间过电压。 或者由于

2、宜击雷放电过程中，强大 的脉冲电流周围的导线或：金属物产生电磁感应而发生瞬间过电压， 以致形成闪击的现象，称“感应雷”。“感应雷“造成的瞬间过电压， 指在微秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。如下图。该电压常高达2K0 20KV瞬间过电压损坏的常是电子设备和电as除雷电可产生瞬间过电压外，当有大负载（如大电机、变压器） 电器设备开关时，也会产生瞬间过电压。根据多种世界认可的研究标准，一般电源线上的感应电流在 300CbA左右，绝不超过10000A,而电压则不超过印 DC）V在数据/ 讯号线，及电话线上，感应电压一般在 5000V左右，而感应电流则大 约为数百安培。在雷电家族中，至今还有一位神秘的人

3、物，那就是“滚雷”，又 叫“球形闪电”。由于人们对它的成因等还不十分清楚，故还不能有 效的防护，只能在多发地区，架设防护网、避雷带来进行防护。自从有了人类以来，人类就对闪电感到神秘莫测，创造了好多神 话、传说。直到二百年前，富兰克林证实雷电是电，并发明避雷针以 后，人类才开始能主动的去避免雷电造成的危害。二百多年来，已取 得辉煌成就。避雷针是防止雷击的最常用基本方法。 避雷针防雷法是依靠比被 保护物高出许多的垂直避雷针，将雷击引向自身入地，使被保护物免 受雷击，而得到保护，但无法获得一个十分肯定的安全区。装了避雷 针后，还有绕击、反击和感应过电压的情况。当避雷针受到雷击时， 如果接地电阻值过高

4、或者避雷针离开被保护物的距离小于安全距离， 会造成避雷针或引下线上的高电压对被保护物的反击；避雷针对被保护物的空间距离必须大于5米，对被保护物的接地装置间的地中距离必须大于3米。但在实际现场应用中，很难做到。另一方面，当装有 避雷针的接地网腐蚀严重，其电阻超过规定的46的要求，导致反击反生。此外，当雷击避雷针时，如果有人站在附近，而接触针茎或引 下线，会受到很高的接触电压，以及沿地面半径形成的跨步电压，都 会对人畜造成危害。由于传统避雷针的上述缺陷，人们试图用“消雷”的方法来限制 雷电的危害。消雷器主要有导体消雷器和半导体少长针消雷器。导体消雷器，其原理是利用雷云和大地之间的电场能量， 使消雷

5、 器产生的电范粒子限制雷云向下的放电光导和消雷器向上的引发光 导。其工作原理，（1）消雷器顶端的空间电场较均匀，使向上的引发 光导难以发生。（2）由于空间电荷的屏蔽作用，使由雷云向下的光导 难以向下深入发展。（3）当由雷云向下的光导深入到距消雷器顶端 360300米时，消雷器上空的空间电荷将迅速地向光导端部转移， 对向下光导的发展才向起抑制和阻挠作用， 同时，空间电荷也进入光 导通道，中和光导通道中的部分异性电荷。（4）当光导端部到消雷器 顶端距离小到一定数值时，其距离形成的间隙上的场强从每米几十伏 上升到数百伏，甚至在达到400500K m于是消雷器就能经光导 通道向雷云发送大量的电荷粒子流

6、， 电流强度达到安级，最大值可达100安左右，使雷云电荷显著减少，把原来可能发生的千安秒的主 放电过程，转化为安秒的放电过程。这样，在消雷器附近的反击和 感过电压也就不存在了。导体消雷器万一不能消雷，仍能起到普通避 雷针的屏蔽保护作用。伞形导体消雷器（如右图）的保护半径R，参考经验公式为：R=1. 5h+ L:h消雷器高度L带正极性的离于电荷从消雷器顶端到达云层的距离。经验值 300 360米。导体消雷器在国内运用十几年来， 统计证明，在345米的地面保 护半径内，防雷效果极好。半导体消雷器，也就是指半导体少长针消雷器。由半导体长针组， 接地引下线和接地装置组成。长针组每根针长5米，表面涂有半

7、导体 电阻层，阻值35Kom外层涂有防老化层，上端部有 4根钢质分又尖 针。为了保证足够的中和电流，必须装在高于 40米的建筑物或塔体 上。长针数量由7到19根。整个消雷装置的接地电阻大约为 30Q半导体消雷器的原理是利用少长针的独特结构， 在百云电场下产 生强烈的电晕放电，借助布满在空中的空间电荷产生屏蔽作用并中和 雷云电荷，且利用半导体材料的非线性电阻改变雷电发展过程。延长放电时间，减小雷电流的峰值强度，从而提高保护效果。它能够消灭 由地面向上发展的雷电，当天空中有强霄云时，能发出12米长的 电晕大花，中和电流达安级。上海东方明珠电视塔，就是采用的半导 体少长针消雷器，效果很好。据统计，可

8、减少雷击主板电电流大为减 弱。与“直击雷”相比，“感应雷”造成了更多的设备损坏。为了避 免“感应雷”的危害，人类也一直没有停止探索。现在我国大都使用 避雷器，如氧化锌压敏电阻避雷器来预防“感应雷”。但随着近二十 年来，半导体和计算机技术的发展，大量的半导体集成电路和数字计 算机设备大量投入使用，这种老式的避雷器因残压高（有时交达1000 伏以上），反应速度慢，常不能有效的保护精密的设备，造成重大损 失。故而近来一种新型的防“感应雷”设备，称电源浪涌抑制器，正 在国外迅速推广普及。这几年，在国内的电信，广播电视、银行、证 券等行业也开始采用。该设备主要用来防止“感应雷”的危害。应用在电源设备上的

9、有 二种型式。（1）并联式电源浪涌抑制器。（2）串联式电源浪涌抑制器。 另外还有专门应用在各种数字、模拟信号线上的感应雷防护器。根据各种资料统计，现有的电源浪涌抑制器的箝位电压大多数都 不大于600伏，远低于老式避雷器的箝位电压，保证了各种精密设备， 如计算机、数字卫星接收机，固态广播电视发射机的安全工作。其工 作原理为，浪涌抑制器内有高能密住器件（有特殊金属氧化物压敏电 阻和放电管组成）和特别的滤波网络电路组成。它们备有每相电流复 载从32安到1630安的单相和三相型号。它其中的箝位器件由多个原 件组成。当雷击时，雷电流（或感应电流）在至少30ms内，经过一定 到地通道多次放电，原件很快累积

10、热量，当单个原件超过其热或电能 值的时候，它们会陆续从主电路上断开，让其它元件继续起保护作用。 其保护能力，由指示灯来表示。当浪涌处理能力陈至低于80%时，就应更换新的浪涌抑制器了。在种类选择上，大多数用户选用并联式浪涌抑制器。因为与串联 式的相比，并联式具有体积小容量大，对电源的响应时间无影响，无 串联电阻，平时对电网无影响等优点。现有的电源浪涌抑制器，大多 数具有剩余容量指示，可使你对工作态一目了然。有些型号还有遥控 显示工作状态、报警、记录雷击次数等功能。在按装时，应按装在电 源的进端，和架空线路的近端。按装时的联线要求尽量短，一般要求 不超过25cm并将联线捆扎在一起。在为各种信号线（如程控交换机、因特网、卫星信号和有线电视 等）选择浪涌抑制器时，要特别注意以下几个问题。（1）串联电阻。在 一些小信号、低电压线路中，应尽量选用串联电阻小的流涌抑制器， 以减少对信号的衰减。（2）适用的电压范围。如选择