雷击的形成

雷电是由天空中云层间的相互高速运动、空气流动的剧烈摩擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷;此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当场强达到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。然而，云层对大地的放电，对建筑物、电子电气设备和人、畜危害极大。

雷击通常有三种主要形式：其一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”;其二是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”;其三是“球形雷”，球形雷是球状闪电的现象。

雷击的危害

1.直击雷

当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建(构)筑物水分受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中接闪器，电流沿引下线向大地泻放时，这时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人身伤亡。

图4-1　直接雷击建筑物

如图4-1所示直接雷击导致架空线中对地电压瞬时升高。传导过电压从架空线传播到与大地相连接的低压配电装置中。电压升高的不同还可导致与始终保持零电位的大地间的绝缘崩溃，这种情况极少发生。

如图4-2、4-3所示感应雷击效应通常产生暂态过电压，在线路附近的雷击由于电磁感应会产生脉冲浪涌。由于相线、中性线和大地之间的绝缘损坏，线路、大地和低压配电装置之间产生感应回路，网络中的所有线路电压都上升为同一值，并向同一方向传播。产生的电压值取决于线路和大地之间的距离，采用地下电缆则有好处。地电压的升高，雷电流在大地中的消散会在很短距离间产生电压差，该区域内的不同接地极会有不同电位，从而在低压配电装置中产生过电压。

图4-2　静电感应雷直击建筑物图4-3　电磁感应雷直击建筑物

2.感应雷

感应雷的破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏。

3.静电感应雷

带有大量负电荷的雷云所产生的电场，将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了(严格地说是大大减弱)，那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。易燃易爆场所、计算机及其场地的防静电问题，应特别重视。图4-2表示了静电感应雷直击建筑物产生的现象。

4.电磁感应雷

雷击发生在供电线路附近，击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。图4-3表示了电磁感应雷直击建筑物产生的现象;图4-4用图形表示了感应效应的间接耦合的雷击波。

5.雷电波引入的破坏

当雷电接近架空管线时，高压冲击波会沿架空管线侵入室内，造成大电流引入，这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。如果附近有可燃物，容易酿成火灾。

怎样进行雷电灾害防护，在防雷设施的设计和建设时，根据地质、土壤、气象、环境、被保护物的特点，雷电活动规律等因素综合考虑，采用安全可靠、技术先进、经济和常规防雷。

图4-4　感应效应的间接耦合

常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成，即接闪器、引下线和接地体。

针对雷电的危害，防雷必须是全面的。防雷主要包括以下六个方面：控制雷击点(采用大保护范围的避雷针);安全引导雷电流入地网;利用完善的低阻地网，消除地面回路;电源的浪涌冲击防护;信号及数据线的瞬变保护。

防雷接地原理

1.接地系统

接地是避雷技术最重要的环节，从避雷的角度来说，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。不管是直击雷、感应雷，还是其他形式的雷，最终都是把雷电流送入大地。因此，没有合理和良好的接地装置是不能达到可靠避雷的。

接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。对于计算机场地的接地电阻要求≤4Ω，并且采取共用接地的方法将避雷接地、电器安全接地、交流地、直流地统一为一个接地装置。如有特殊要求设置独立地，则在两地网间用地极保护器连接，这样，两地网之间平时是独立的，防止干扰，当雷电流来到时两地网间通过地极保护器瞬间连通，形成接地系统。

(1)等电位连接：防雷工程的一个重要方面是接地以及引下线路的布线工程，整个工程的防雷效果甚至防雷器件是否起作用都取决于此。电力、电子设备的接地，是保障设备安全、操作人员安全和设备正常运行的必要措施。所以，凡是与电网连接的所有仪器设备都应当接地;凡是电力需要到达的地方，就是接地工程需要做到的地方。由此可知接地工程的广泛性和重要性。接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄入大地，良好的接地才能有效地降低引下线上的电压，避免发生反击。过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。

(2)防雷接地：为使雷电浪涌电流泄入大地，使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害，所有建筑物、电气设备、线路、网络等不带电金属部分，金属护套，避雷器，以及一切水、气管道等均应与防雷接地装置作金属性连接。防雷接地装置包括避雷针、带、线、网，接地引下线、接地引入线、接地汇集线、接地体等。

2.接地的种类

供电系统用变压器的中性点直接接地;电器设备在正常工作情况下，不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接，都称为接地，前者为工作接地，后者为保护接地。配电变压器低压侧的中性点直接接地，则此中性点叫做零点，由中性点引出的线叫做零线(中性线)。用电设备的金属外壳直接接到零线上，称为接零。在接零系统中，如果发生接地故障即形成单相短路，使保护装置迅速动作，断开故障设备，从而使人体避免触电的危险。

3.地网工程概论

防雷接地，按照现行国家标准《建筑防雷设计规范》执行。由于接地的良好状态对防雷有非常重要的影响，所以在制作接地体时一般采用40mm×40mm的角铁，每根长2.5m，间距约5m垂直打入地下，顶端距地面约0.5～1.0m，顶端再用40mm×40mm左右的扁铁全部焊接起来，构成一个统一的接地系统。

4.防雷等电位连接

接闪装置在捕获雷电时，引下线立即升至高电位，会对防雷系统周围尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。台站内的金属设施、电气装置和电子设备，如果其他防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时，台站内的所有设施会形成一个“等电位岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。

5.等电位连接的主体及要求

等电位连接的目的在于减小需要防雷的空间内各金属物与系统之间的电位差。当建筑物内有信息系统时，在那些要求雷击电磁脉冲影响最小处，等电位连接通常采用金属板，并与钢筋或其他屏蔽构件做多点连接。对进入建筑物的所有外来导电部件做等电位连接的主体，一般包括设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道;供电线路含外露可导电部分;防雷装置;由电子设备构成的信息系统等内容。

例如某大楼的计算机房六面敷设金属屏蔽网，屏蔽网应与机房内环接地母线均匀多点相连。通过星形(S形结构或网形M形)结构把设备直接地，以最短的距离连到邻近的等电位连接带上。小型机房选S形，大型机房选M形结构。机房内的电力电缆和铁管并水平直埋15m以上，铁管两端接地。

图4-5显示了雷电侵入的途径和综合防雷措施，是由避雷针、引下线及接地装置等组成的防雷措施。图中表示了由避雷针引雷，经引下线及避雷装置将雷雨中积存的电荷能量由接地装置引入大地。

图4-5　雷电侵入途径和综合防雷措施

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