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雷电及防护一、雷电的基本知识二、雷电的危害三、现代综合防雷技术四、计算机房雷电灾害的防护措施。前言雷电是一门古老而富有神秘色彩的科学，自从有人类历史以来，各个时期都记录着人们与雷电斗争的历史，人类与雷电的斗争，作出过巨大牺牲，然而是卓有成效的。自从富兰克林研究大气物理建立了雷电理论并发明了避雷针，宣布人类在与雷电斗争的领域取得了决定性胜利。富兰克林以后，由于工业发展，尤其是俄国工程师多勃落沃利斯基发明了三相感应电机变压器并完毕了电能远距离输送，美国发明家克尔发明了电话以后，人类很快进入了电气化时代。雷害问题从直击雷击地上的人和建筑物为主，发展成为以通过金属线传播的雷电波为主。经过研究，人们建立起感应雷和高电压反击的理论，弄清了高压雷电波在金属线上传播的规律，于1890年发明了间隙串联熔断器的避雷器；1922年美国西屋公司制成了碳化硅避雷器；1972年日本制成配电用无间隙氧化锌避雷器。在避雷技术方面，世界上先进的国家都制定了自己国家的防雷规范，防雷进入了由国家进行技术管理和监督的范畴。防雷科学技术得到了大发展，并且已成为比较完整比较有效的技术。七十年代后，世界上半导体集成技术的发展和完善，很快渗透到几乎所有的科学技术领域，由于它不能耐受过电压和过电流的冲击。因此，凡是使用这些器件的设备，如电子计算机通信系统，自动监测和监控系统，有线和微波通信系统等设备的雷害显著增加。随着工业化和科技的进步，各种高层建筑物和特殊用途的建筑物象雨后春笋般拔地而起，易燃易爆物品的大量使用，向防雷界提出大量新问题。雷电涉及的部门有军事、电力、通讯、电子、建筑、森林、石油、卫生、人民生活等。国家对防雷减灾工作非常重视，并立了法。1999年中华人民共和国第九届全国人大常委会第十二次会议通过的《中华人民共和国气象法》中，明确规定“各级气象主管机构应当加强对雷电防御工作的组织管理，并会同有关部门指导对可能遭受雷击建筑物、构筑物和其它设施安装的雷电灾害防护装置的检测工作”；“安装的雷电灾害防护装置应当符合国务院气象主管机构规定的使用要求”。气象法的公布，把防御雷电灾害工作纳入法规化管理，将有力地促进防雷工作的发展。一、雷电基本知识1、落雷的形成；2、落雷的种类；3、雷电流波形。一、落雷的形成由与雷雨云中不同部位聚集着不同极性的电荷，当电荷积累到一定程度时，在云团之中，云团与云团之间，云团与地面之间会产生很强的电场，当电场强度达到空气击穿强度时，便会发生正负电荷之间放电的现象，这种瞬间的强火花放电就是闪电。云间放电称云闪，云地间放电称地闪.地闪又称雷击或落雷。雷击过程中产生了强大的雷电流（目前观测到的最大雷电流达430KA）和高电压（雷电通道两端电位差的上万伏），因而具有极强大的功率，从而构成一次爆炸过程。但其放电过程太短，其功只有几十千瓦小时。LightningStrikesThiscontributionpartlyincludestextsandfiguresofthebook„PeterHasse:Overvoltageprotectionoflow-voltagesystems“,2ndedition,publishedbyTheInstitutionofElectricalEngineers(IEE)London,UKBuildingwithextendedEDP-systemsS659_cMLüftungIntermediateFloorAirTerminationSystemRoofSuper-structuresLampCamera659/10.09.01/OBAirVentilationPowerSupplySystemInformationTechn.NetworkTerminalUnitFoundationEarthElectrodeSteelReinforcement3、雷电流的波形（A）I雷电流的峰值：每次雷击雷电流的大小与许多因素有关。其中主要有地理位置、地质、气象条件。气象条件有很大的随机性，因此，雷电流的峰值和波形多有不同，只能通过对大量实测数据进行统计，才能了解其分布情况。我们通过对北京地区大量的实测雷电流值统计，得到雷电流的累积概率分布可近似的用下式表达：LG（P）=—I/106P：大于某电流I（KA）值出现的频率。按上式计算得到以下结果：大于200KA的雷电流出现的频率为：1.6%；大于100KA的雷电流出现的频率为：12%；大于50KA的雷电流出现的频率为：34.4%；大于10KA的雷电流出现的频率为：81%；（B）T1：波头时间，即其前沿上升的时间，这里T1用雷电流从其峰值10%上升到90%的时间来表示。单位为µS（C）T2：半峰值时间。即雷电流下降到峰值50%的时间。单位为µS（D）QS：电荷量，单位（C），库伦。（E）W/R单位能量：单位（MJ/）（F）陡度：di/dt,单位KA/µS。4、雷击的形式（1）直击雷；（2）静电感应；（3）电磁感应。二、雷电的危害直击雷：雷电流也是电流，它具有电流的一切效应，不同的是在短时间内以脉冲的形式通过强大的电流。直击雷的雷电流的峰值可达数百KA，它的峰值时间（从上升道峰值的1/2算起，直到下降到1/2峰值止的时间）通常负闪击只有数百Μs，正闪击长些。正是这种特殊情况，其破坏作用有下列几种：1、雷电流热效应的破坏作用：由于雷电流很大，通过的时间又短，雷电击在树木或建筑物上，瞬间产生大量热，又来不及散发，使物体内的水分变成蒸汽，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏。雷电流通过金属体时，其通道的温度可达6000-100000C，如其截面不够大时，可使其熔化。•2、雷电流冲击波的破坏作用：雷电通道的温度很高，空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围的冷空气被强烈压缩，形成”激波“。这种激波在空气中传播，其破坏作用就像炸弹爆炸一样，使其经过的建筑物、人、畜受到破坏和死亡。•3、雷电流动力效应的破坏作用•在载流导体周围空间存在磁场，在该磁场里的载流导体受到电磁力的作用。同样，原载流导体也受到后者电磁力的作用。•两根平行的导体流过方向相同的电流时，在电磁力的作用下，有迫使其靠拢的趋势。•在同一根导线或导体的弯曲部分有电流通过时，由于电磁力的作用，可使其折断，其夹角为锐角时其受到的折断力越大。故步自封引下线不能打成锐角的拐弯。二、雷电的危害直击雷：破坏建筑物和构筑物，引起森林火灾，使人员伤亡，引起易燃、易爆场所爆炸，使高压送电设备中断送电，烧毁低压配电设备。对通信计算机房的危害：机房所在建筑物安装了避雷针、避雷带（网）是否就会保证机房不受雷击破坏呢？可以说，不能。因为以上防雷设施只能防直击雷对建筑物、天线等不遭损坏，不能防止静电感应、电磁感应对线路、设备的危害，举几个例子：闪闪电电的的电电荷荷量量：一次放电电荷可以从0-1000C。放放电电电电流流幅幅度度：：最高达400KA，平均为50KA，电压几百万伏。闪闪电电能能量量：109j:微微电电子子器器件件耐耐受受能能量量：10-7j1、直击雷的危害。通信天线，电视天线，树木，飞机，楼房，油罐，高压变压器等均为被直击雷击中，而造成损坏。其原因，大多数是没有接闪器保护，或虽然有接闪器，但它们不在接闪器保护范围内。雷击事例：2001年7月11日工体东路1号楼6层某住户雷击事例：2001年7月11日工体东路1号楼6层某住户2、感应雷击：（1）静电感应：当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面和建筑物等，都由于静电感应的作用而带上相反的电荷。由于从雷云的出现到发生雷击，所需要的时间相对于主放电过程的时间要长得多，因此，大地有充分的时间积累大量电荷。雷击发生后，云中的电荷被中和，而某些局部，例如架空线上的感应电荷，由于与大地间的电阻较大，而不能在短时间内消失，形成暂时局部高压。这种局部高压，在高压架空线上可达300-400KV，低压架空线上大100KV，电信线路达40-60KV。该高压对线路两端的设备可能击穿其绝缘而损坏设备。（2）电磁感应：由于雷电流有强大的峰值和陡度，在它周围形成强大的变化的电磁场，处在这磁场中的导体会感应出较大的电动势。电磁感应的影响有下列形式：电流耦合；电感耦合；电容耦合等。、三、现代综合防雷技术2000年8月建设部批准了GB50057-94局部修订条文，增加第六章防雷击电磁脉冲，规定了建筑物内信息系统雷电防护措施。在[说明]中明确指出，第六章全部内容，主要参考以下国际电工委员会文件：①IEC61312-1：1995：（防雷击电磁脉冲，第一部分；通则）②IEC/TS61312-2：1999：（防雷击电磁脉冲，第二部分，接地、建筑物屏蔽、建筑物内部的等电位连接。）③IEC60364-4-443：1995：（建筑物电气装置，第四部分：安全保护，第44章：防过电压，第443节：防大气过电压和操作建筑物）①60364-5-534：1997：（建筑物电气装置，第五部分：电气装置的选择与安装，第534节：IEC防过电压器件）。一般称采取接闪器（避雷针，带，网，线）拦截雷电，通过引下线将雷电流泄入大地，为传统方雷。主要防护直击雷，保护对象是建（构）筑物。现代综合防雷技术是随电子器件广泛使用，雷击事故不断发生，而发展起来的防雷技术。防护对象是直击雷，感应雷，雷电波侵入，地电位反击等雷害，保护对象是建（构）筑物，信息系统和人。现代综合防雷技术采取的措施为：接闪、分流、分区防护、屏蔽、等电位连接、过电压保护、公用接地系统、合理布线等。它具体反应GB50057-94的2000年颁布的版本中。1、接闪：用金属导体做成的避雷针、避雷带、避雷网、避雷线拦截雷电，使其入地，使被保护物免遭雷击，这就是接闪器的作用。①滚球法原理：GB50057-94规定接闪器的保护半径采用滚球法计算。滚球法是基于以下的雷电数学模型（电气几何模型）分区防护、屏蔽、等电位连接、过电压保护、公用接地系统、合理布线等。它具体反应GB50057-94的2000年颁布的版本中。1、接闪：用金属导体做成的避雷针、避雷带、避雷网、避雷线拦截雷电，使其入地，使被保护物免遭雷击，这就是接闪器的作用。①滚球法原理：GB50057-94规定接闪器的保护半径采用滚球法计算。滚球法是基于以下的雷电数学模型（电气—几何模型）Hr=9.4×I2/3可计算Hr:雷闪的最后闪络距离（击距，滚球半径）I：与Hr相对应的得到保护的最小雷电流幅值。即比该电流小的雷电流可能击到被保护的空间。在电气—几何模型中，雷电先导的发展是不确定的，直到雷电先导头部电压足以击穿它与地面目标物的间隙时，既先导与地面目标物的距离等于击距时，才受面影响开始定向。根据GB50057-94规定各类防雷建筑物接闪器的滚球半径Hr，可计算出相对应的I值。各种接闪器的保护半径,可根据GB50057-94附录四计算2、分流：必须重视引下线的分流作用。设置引下线的数量关系到感应电压、反击电压的大小，所以引下线的根数和布置应GB50057-94规定确定。GB50057-94规定了引下线不同布置方式的分流系数kc值。3、分区防护：将雷击环境区内根据雷击电磁脉冲的强弱划分为不同的防雷区，以便于指定各区交界点的等电位连接点的位置，有斟对性的进行防护。LPZ0A区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流。本区内的电磁场强度没有衰减。LPZ0B区：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击。但本区内的电磁场强度没有衰减。LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小。本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。LPZN+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件4、屏蔽：建筑物作屏蔽的目的主要是对微电子设备的防护,雷电的电磁辐射可影响到一公里以外的微电子设备，沿各种线缆和金属管道传播雷电波的影响更远。所以，不论本建筑物遭雷击还是附近建筑物遭雷击或空中发生雷击，雷击电磁脉冲都会侵入建筑物中。为减少雷