【分享】外国使馆雷电综合防护系统改造方案（二）

【往期回顾】北京阿尔巴尼亚大使馆雷电综合防护系统改造方案（一）

北京阿尔巴尼亚大使馆雷电综合防护系统改造方案（二）

1.3

雷电防护原理

1)

雷电的产生及危害：

雷电是由于大气运动而产生的云间或云地之间迅猛放电的一种可怕而雄伟壮观的自然现象。自18世纪富兰克林著名的风筝实验以来，人们致力于雷电及其防护的研究实践已有200年的历史，对雷电的防护已经取得了很大成绩，积累了丰富的经验。

我国大部分地区于二三月份就进入了雷电期。雷电是在积雨云强烈发展阶段，当云层之间、云地之间、云与空气之间的电位差达到一定程度时的放电现象。雷电具有1亿伏的高电压和2万℃至3万℃的温度及强大的冲击波，破坏力极大，经常造成大面积的破坏。使广播、电视、通信中断，人身伤亡以及居民房屋、家用电器等财产损失。我国每年因雷击事故而造成上万人伤亡，大量信息系统设备损坏，造成直接和间接经济损失几百亿元，所以做好雷电的防护工作是非常必要的。

现代化的城市一座座高楼如雨后春笋般拔地而起，造成雷电击穿空气的距离缩短，因为雷击的概率与建筑的高度成正比，所以雷击概率加大。同时，由于全球气候变暖，城市热岛现象增多，使城市的大气环流形势出现了新特点，夏季雷暴期延长。而更重要的是，随着科技的进步，大规模集成电路的集成度越来越高，各种微电子设备应用越来越广泛，城市通信电源大幅增多，城市电磁场发生了变化，由于电子产品普遍绝缘强度低、过电压耐受力差，更容易遭到破坏，其中电脑网络、电子信息系统和公用天线系统等遭受雷电破坏的概率更高。从某种意义上说，科技越发达，雷害对人们的威胁就越大。据统计，在各种灾害造成的损害中，雷电造成的损害高居榜首，占全部灾害损失的33.8％。

雷电灾害还表现在通过各种途径侵害地面物，除了直接雷击造成破坏外，还有雷电的静电感应作用，电磁感应作用，放电时产生的强烈电磁脉冲，地电位反击，以及雷电侵入波可能沿各种架空电力线、信号传输线、天线、电缆和金属管线等进入设备，造成设备损坏。目前，随着城市经济的发展，不仅由直击雷造成的损害相当严重，并且雷击电磁脉冲、电磁感应、雷电波侵入和地电位反击造成的危害也大幅度增加。一般建筑物上的接闪器只能防护直击雷，而强大的电磁场产生的雷击电磁脉冲和电磁脉冲电压却能沿电力线、信号传输线、天线电缆和金属管线潜入室内危及各种电子信息设备的安全。

由于雷电灾害对社会的危害程度日益加大，现已被国际电工委员会（IEC）称为”电子化时代的一大公害”。

2）

雷电的侵袭途径：

雷电过电压对大搂内部电子设备的损害主要有以下途径：

网络数据线路在远端遭受直接或LEMP，沿网络线路进入设备

• 有线通讯线路在远端遭受直接或LEMP，沿通讯线路进入设备
• 建筑物内部的各种线路，雷击电磁脉冲辐射，进入设备
• 电源供电线路在远端遭受直接或LEMP，沿供电线路进入设备
• 地电压过高，反击进入设备
• 天线遭受直接雷击 或 接收LEMP
• 避雷针引下线，在避雷针接闪泄放雷电流时，产生的雷击电磁脉冲辐射
• 临近建筑物或附近地面、树木等遭受雷击，同时带来LEMP和附近地面的跨步电压（地电压反击）

①

直接雷击：

直接雷击是指雷直接击到物体上，其特点是能量大。直击雷发生时雷电流具有强大的热效应、冲击波、动力效应等破坏作用。建筑物、铁塔、架空电力线及信号传输线都有可能遭受直接雷击。建筑物、铁塔遭受直接雷击，产生的强大电磁场对系统造成破坏。电力线发生直接雷击，容易产生火花放电导致系统短路引起火灾。当电力线遭受雷击时，雷电流沿电力线进入机房，电源及用电设备常难逃被击厄运。当传输线遭受直接雷击，与其相连的中继线路板会发生损坏、导致中继线焦化、线对之间发生短路，致使传输中断。接闪器本身不怕雷击，它与引下线、接地系统共同构成建筑物的外部防护体系，或称直击雷防护体系。

②

电磁感应：

电磁感应是由于雷电流迅速变化在其周围产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。依据电磁感应原理，在雷电入地瞬间，距雷击中心1.5~2KM范围内都可能产生危险的过电压。当建筑物附近发生雷击或接闪器接闪时，建筑物及内部的设备都处在这个危险的电磁环境中。依据电磁感应原理，如果瞬变磁场中的导体是一个开环，则会产生感生电压；如果是一个闭合回路则要产生感生电流，闭合回路的面积越大，通过的磁通量越多，产生的感生电流也越强。这就是为什么，有时一个与外界并无联系的内部网络系统，几声雷响过后，便造成瘫痪的原因。

③

过电压引入：

雷击电力线路或线路附近发生雷击产生的瞬变电磁场在电力线路上形成的过电压，以及雷电的下行先导在线路上产生的静电感应均有可能沿供电线路进入设备而使设备损坏。依据公式Em=M×di/dt，其中M为互感系数，M=2×10–7×l×ln[(l+x1)/x2]；di/dt为雷击电流变化率；Em为感生电压。一个5m×5m的开口金属环，在雷电电流峰值为100KA时，距雷击点为20米处感应电压为30kv左右，距雷击点为200米处感应电压为1kv左右。大量雷击事故统计表明，70-80%的雷击由电源线引入。

感应过电压同样可以沿信号传输线引入，与电力线相比沿传输线引入的过电压能量通常相对小一些，这是因为在电磁耦合过程中较多的能量耦合到电力线上。而在传输电缆孤立架设，没有其它线路与其分担时，大部分雷电能量同样会耦合其上，这就是为什么有时一根电话线引入的雷击能致人于死地。

④

地电位反击：

地电位反击是雷电流入地的瞬间，由于各系统接地装置间电位不同而产生的电位差，沿接地线到达设备的外壳、电力线的中性线以及直流地的基准电位点，造成的后果是有可能使设备的外壳、电力线的中性线、直流地的基准零电位点瞬间抬高数千伏直至数万伏，危及设备的外壳、电力线的中性线、直流地的基准零电位点瞬间抬高数千伏直至数万伏，危及人身和设备的安全。造成这些后果的直接原因是要求分开接地的条件不具备，却仍然采取分地措施。实验证明，两个接地系统之间的距离为30米时，这种反击现象仍是存在的。

⑤

数据线引入过电压：

架空和超出50m长度数据线在系统里构成设备的互联，形成一个良好电容，因此在建筑物上接闪器接闪时，或周围发生雷击时，由电容及电磁感应耦合在金属介质数据线上产生一定的过电压强度，这样强大的过电压如果不做相应的防护处理是十分危险的，由此导致与数据线相连的网络设备损坏，是不可避免的。