霹雷器究竟有多大的作用? [复制链接]

我来谈点专业的防雷：

88年我参与了中央电视塔天线的设计。中央电视塔在北京市内玉渊潭边，标高405m，服务半径90km,天线桅杆全部是自行设计制造的，发射多套甚高频/超高频fm广播及电视节目。该天线是北京市内最高建筑，很容易遭受雷击。
该天线采用主动防雷和被动防雷，多种措施并举。17年的运行实践证明，该天线的防雷措施是设计合格的。

  这个天线，重要性不言而喻，而且只生产了一套，真是被雷击坏，就是重大的政治责任事故。重新制作安装至少5-6个月时间。

  该天线的设计使用寿命为100年。

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自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失不计其数。据不完全统计，我国每年因雷击以及雷击负效应造成的人员伤亡达3000～4000人，财产损失在50亿元到100亿元人民币。
　　雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。现代电子技术的高速发展，带来的负效应之一就是其抗雷击浪涌能力的降低。以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域，以大型cmos集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，也会造成更大的直接经济损失和广泛的社会影响。
　　雷击造成的危害主要有四种：
（1）直击雷
　　带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。
（2）雷电波侵入雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。
　　线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。
（3）感应过电压
　　雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。
　　雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。
（4）系统内部操作过电压
　　因断路器的操作、电力重负荷以及感性负荷的投入和切除、系统短路故障等系统内部状态的变化而使系统参数发生改变，引起的电力系统内部电磁能量转化，从而产生内部过电压，即操作过电压。操作过电压的幅值虽小，但发生的概率却远远大于雷电感应过电压。实验证明，无论是感应过电压还是内部操作过电压，均为暂态过电压（或称瞬时过电压），最终以电气浪涌的方式危及电子设备，包括破坏印刷电路印制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作，使一些控制元件失控。
（5）地电位反击
　　如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。

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雷电的产生
　　雷电是自然界中一种常见的放电现象。关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和响雷。
　　具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。在闪电通道中，电流极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的声波振荡，这就是雷声。
　　而对我们生活产生影响的，主要是近地的云团对地的放电。经统计，近地云团大多是负电荷，其场强最大可达20kv/m。

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雷击强度的定义和统计
1、雷电强度ng
　　定义一个地区的雷电强度，是以雷暴日td来计算的。
　　雷暴日：在一个地区，在一天内只要听到一个雷声，就算一个雷暴日。
　　雷电强度的划分：td≤15天——少雷区，td≥40天——多雷区，td≥90天——强雷区。如：北京地区为75天；海南为130天。
　　雷电强度：经验公式ng=0.024(td )1.3
2、雷电强度概率p
　　我国对td≥40天的地区统计：lgp=-i / 108。如果i=100ka，则p=12%。表明我国是一个多雷击灾害的地区。

防雷保护的原理及方法
1、传统的防雷方法：
　　传统的防雷方法主要就是直击雷的防护，参见gb50057-94《建筑物防雷设计规范》，其技术措施可分接闪器、引下线、接地体和法拉第笼。
　　其中接闪器包括避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器。根据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等，决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网或其联合接闪方式。
2、现代防雷保护的原理及方法：
　　·外部防雷——将绝大部分雷电流直接引入地下泄散。
　　·内部防雷——快速泄放沿着电源或信号线路侵入的雷电波或各种危险过电压这两道防线，互相配合，各尽其职，缺一不可。因此防雷工程是一项系统工程。
（1）、外部防雷
　　外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防止建筑物或设施（含室外独立电子设备）免遭直击雷危害，其技术措施可分接闪器（避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器）、引下线、接地体和法拉第笼。
　　接闪器——根据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等，决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网联合接闪方式。
　　引下线——断面积足够大，连接牢固。
　　接地体——根据gb50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000年版），建筑物的防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置（对于室外独立设备可以采用独立接地），并宜与埋地金属管道相连接；某些设备制造厂商有特殊接地要求，将直流地与其它六个地分开以避免电磁干扰和零地电压升高。但当有雷电对地泄放时，高电压将可能通过直流地反击设备。因此对于这种情况宜在防雷地和直流地之间加装地网均压仪，避免反击现象，此为暂态接地方式。
（2）、内部防雷
　　内部防雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的电子设备（或室外独立电子设备）加装过压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，防雷保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。内部防雷又可分为电源线路防雷和信号线路防雷。
◇电源线路防雷
　　电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照gb50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000年版）和gb50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，应采取分级保护、逐级泄流的原则。一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的首级电源避雷器，二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装次级或末级电源避雷器。为了确保遭受雷击时，高电压首先经过首级电源避雷器，然后再经过次级或末级电源避雷器，首级电源避雷器和次级电源避雷器之间的距离要大于5米，如果两者间距不够，可采用带线圈的防雷箱，这样可以避免次级或末级级电源避雷器首先遭受雷击而损坏。
◇信号线路防雷
　　由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备（包括消防报警设备、视频监控设备、计算机网络设备等）能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分通信设备由于电子元器件的高度集成化而致耐过压、耐过流水平下降，通信设备在雷电波冲击下遭受过电压而损坏的现象越来越多，其后果是可能造成整个通信系统的运行中断，消防系统失灵等，因此必须在网络通信口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。
　　对通信系统进行防雷保护，选取适当保护装置非常重要，应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。
通信接口避雷器考虑的主要因素如下：
　　· 线路上可能感应的浪涌形式（例如波形、时间参数和最大峰值）；
　　· 接口电路模拟雷电冲击击穿电压临界指标；
　　· 保护对象在正常工作状态下的数据信号电平；
　　· 保护装置在模拟雷电冲击下的残压参数指标；
　　· 保护装置的耐冲击能力；
　　· 系统的工作频率；
　　· 保护对象的接口方式；
　　· 工作电压。

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