雷电直接效应试验项目
在地面雷电模拟试验中，在满足雷电试验特性的条件下，还需要考虑雷电试验的经济性和可行性，一般将自然界的雷电过程分解为实验室的高电压试验和大电流试验。与试验方法有关的标准规定了一系列试验项目，针对不同雷电分区的被试件。这些试验项目可分为高电压试验、大电流试验和外部设备的间接效应三大类。将前面所述的各个标准综合归纳起来，飞机的雷电防护试验包括以下试验项目。
1.高电压试验
1.1模型的附着点试验
确定飞机的雷击区域雷电防护设计工作的基础，新飞机的雷击区域是通过类似外形结构飞机的雷击经验比较，或通过实验室的比例模型雷电附着点试验来确定的。
本试验方法可依据的标准有两个：GJB3567（MIL-STD-1757A）和ARP5416。GJB3567中方法“T01全尺寸部件附着点试验”，根据表1的注1）：“该试验也可用于飞机或飞机缩比模型雷电附着区域的划分试验……”，ARP5416中“5.1.3模型的高压冲击附着试验”专门规定了针对飞机模型的附着点试验方法。两个标准规定的方法有较大差别，相对而言，ARP5416中的方法更具体合理，也更具可操作性。
本试验使用飞机缩比模型，确定飞机雷电附着点的“入点”和“出点”，根据附着点的分布及附着概率统计计算，可确定飞机的初始附着区域，为该飞机雷电区域划分提供试验依据。在有些情况下，模型试验需要用其他方法来进行补充才能确定详细的初始附着区域，特别是对于包含大量非传导性结构材料的飞机。
1.2初始先导附着试验
本试验依据ARP SAE5416，DO-160也有该试验，且各项试验规定与SAE5416较为相似。
本试验一般针对位于1A和1B区内的飞机部件，如由非导电材料制成的机翼翼尖、雷达罩、大的天线整流罩等。本试验可用于确定全尺寸结构件上可能的先导
附着位置、评估雷达罩壁材料、优化防护装置的位置、确定沿绝缘表面闪络的路径或击穿绝缘表面的路径、验证防护设备的性能（如雷达罩分流条）等。
1.3全尺寸部件附着点试验
本试验依据GJB3567-99中的方法T01，与“初始先导附着试验”类似。GJB3567中的规定相比SAE ARP5416要粗，具体试验细节不好确定时，可参考“初始先导附着试验”。
可用于确定安置在区域1的非导电部件，如雷达罩、座舱盖、机翼和尾翼的翼尖、天线整流罩、挡风玻璃等受到雷电附着或击穿的可能性。也可用于确定金属或导电的复合材料结构部件的雷电附着位置。
1.4扫掠通道附着试验
本试验依据ARP SAE5416，DO-160也有该试验，且各项试验规定与SAE5416
较为相似。
本试验一般适用于位于飞机1A区但没有暴露于初始先导附着的部件，也就是说，1A区中预计雷电初始先导附着的部分适用于“初始先导附着试验”，而考虑到飞机运动而定义的1A区的延展部分应该采用本试验。本试验也适用于1C、2A
或2B区域内的部件。本试验可用于确定非导电表面可能的击穿、非导电表面的闪络路径、防护装置的性能（如天线整流罩上的分流条）等。
1.5电晕和流光的直接效应试验
本试验依据GJB3567-99中的方法T04，用来确定燃油通气口、雷达罩、天线、座舱盖以及处在雷电电场中的其它部件上的电晕和流光。
试验时被试件与电极之间的电场强度约为500kV/m。用照相或摄像的方法记录电晕或流光。对于很难用照相或摄像的方法记录电晕或流光的被试件，应进行易燃气体的点火试验以确定点火源。
2.大电流试验
2.1电弧引入试验
本试验可依据SAE ARP5416及DO-160，两个标准中规定的试验方法较为接近。对于燃料系统结构及部件，需要采用专门的方法来确定引燃源。
本试验适用于1A、1B、1C、2A和2B区内的结构，用于确定雷电通道附着或雷电流流动可能产生的直接效应。如暴露于雷电直接附着或扫掠的飞机表面或部件，内部可能传导雷电流的结构件，以及可能遭受直接雷击或电流传导效应的外
部安装的部件。本试验可用于评定电弧根部损伤、热斑点形成、熔穿行为、保护层的防护充分性、接合点的状态（火花或损坏）以及关注点的电压和电流。
DO-160规定本试验也可用于3区的部件，ARP5416对3区内部件及1A、1C、2A 区内非传导表面的试验方法另有规定。
2.2结构的直接效应试验
本试验依据GJB3567中的方法T02，大致方法与电弧引入试验类似，在部分细节上稍有差别。
本试验用来确定飞机结构和零部件（如传感器、空速管、天线、航行灯及其它位于区域1或区域2的部件）的雷电附着或雷电流传递所引起的直接效应。
2.3非导电表面的试验
本试验依据ARP5416，适用于1A、1C和2A区内的非导电表面。本试验用来确定雷电通道在飞机透光部件、天线整流罩及其他非导电表面扫掠时的直接效应。如果被试件表面有导致被试件更容易被击穿的绝缘覆盖层，则更适于做电弧引入试验。对于绝缘整流罩，如果可能发生击穿并且雷电通道随即附着到底下的天线，则应先进行扫掠通道附着试验，如果发生击穿，则应进行电弧引入试验。
本试验可用于评估冲击波损伤和热效应、电弧附着对内嵌或内部线缆的效应、对内叠层的效应（可能产生击碎）、感应或直接耦合到内部导体上的电压和电流大小。
2.4电流传导试验
本试验依据ARP5416，适用于3区的飞机结构，本试验可用来评估雷电流传递造成的物理损伤、电弧和火花、磁力效应以及热效应。
3.外部设备的间接效应
本试验可依据的标准有GJB3567、ARP5416以及DO-160，用来确定安装在飞机外部的电气电子设备如天线、航行灯、电加热的传感器和风挡等在遭到雷击时的间接效应的大小，即测量设备遭受雷电电流时直接出现在被试件电连接器上的电压和电流。测得的数据可用来选择连接器的类型以及确定用于保护与外部安装设备相连的内部设备保护器件的等级。
这里的“间接效应试验”与一般所说的“机载设备的雷电间接效应试验”（如DO-160G第22节）不同。本试验是测量雷电直接附着时产生的干扰电流和电压，只针对机外安装设备；而机载设备的雷电间接效应试验是敏感度试验，是检测电
气电子设备在一定的干扰电平下正常工作的能力，针对所有机载电气电子设备。
雷电应属于一种自然现象，但是不加以控制和预防，它同样算是一种自然灾害，可以造成人员伤亡和财产损失的事故。虽然它属无法抗拒的自然因素，所造成的危害和后果也是非常严重的，但是加强预防和控制也是可以避免的。因此在夏季雷雨季节前加强学习雷电相关安全知识，以便做出相应的安全防范措施是非常重要和必要的工作。 一、雷电的产生 空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上回流，二者相遇即形成对地放电。这就容易造成雷电灾害。 二、雷电的主要特点 冲击电流大、时间短、雷电流变化梯度大、冲击电压高：强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。 三、雷电造成的破坏 当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑物水份受热汽化膨胀，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。而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。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，造成高电流引入，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。 四、雷电发生时如何注意人身安全 1、雷电时，要关闭电视、音响、影碟机、电脑等室内的用电设备，并断开电源及信号线路。 2、雷电时，不要触摸水管、铁丝网、金属门窗、建筑物外墙，远离电线等带电设备或类似金属装置。紧闭门窗，防止雷电侵入。 3、雷电时，不要带金属物体在露天行走，不要使用金属雨伞，不要骑马、骑自行车等。 4、雷电时，在野外要立即寻找躲蔽场所。装有避雷针的混凝土建筑物是避雷的好场所。
广电计量—环境可靠性与电磁兼容试验中心https://www.doczj.com/doc/9e3538028.html,/ 1.FAR-25和CCAR-25 FAR-25《美国联邦航空条例第25部：运输类飞机适航条例》是由美国FAA（联邦航空管理局）颁布的，其中“25.581 闪电防护”、“25.954 燃油系统的闪电防护”、“25.1316 系统闪电防护”与雷电防护有关，分别对结构部分、燃油系统及机载电子设备的雷电防护能力作了要求，但没有规定防护能力的验证方法。 CCAR-25是由中国民航总局颁布的运输类飞机适航条例，与FAR-25内容基本相同。 适航条例对飞机的雷电防护能力提出了要求，飞机获取适航证前，需验证这些能力，当不能满足任一条款对飞机雷电防护的安全性要求时，适航审查当局将拒发适航证，飞机也不得进入航线。飞机雷电防护适航审查的符合性方法通常有分析计算法、类比法和地面模拟雷电试验法。分析计算方法主要用于飞机某些能得出准确解得局部结构和部件的计算。类比法主要是将外形、结构和用途都基本相同的飞机或结构与部件，与已通过适航审查的飞机或结构与部件进行比对，确实相同则可认为满足要求。地面模拟雷电试验法，主要用于新机型的研制、设计和老机型的改进或改型设计。由于飞机外形的不规则性及机械结构与电气电子系统的多样性与复杂性，电场与磁场的精确解非常困难，故上述方法中地面模拟雷电试验方法最有效。目前国内进行地面模拟雷电试验可参考的标准主要有两个RTCA/DO-160和 GJB3567A。 2.RTCA/DO-160 RTCA/DO-160《机载设备环境条件与测试规程》是由RTCA（航空无线电技术委员会）下属的SC135特别委员会起草制定的。DO-160的适用对象包括了所有的航空飞行器，从轻型到重型，从小型到大型，它提供了一整套实验室测试方法以判定被测对象在模拟的环境条件下是否满足规定的性能指标要求。目前，RTCA/DO-160已更新至F版本（2007年12月发布）。RTCA/DO-160中的第22节为“雷电感应瞬变敏感度”，第23节为“雷电直接效应”。雷电测试是DO-160中的特色内容，充分考虑到了实际工作环境对于航空飞行器的影响。 DO-160中提供的建议和方法经常被用作政府部门及企业决策的依据，也是联邦航空局（FAA）许多技术标准指令的基础。该标准在国际航空领域有着极大的影响力和广泛应用，目前国内很多项目的设计和验证均参照DO-160来执行。 3.GJB3567A-99 中国人民解放军总装备部批准发布的《军用飞机雷电防护鉴定试验方法》，该标准规定了军用飞机雷电防护鉴定试验的试验波形及五种试验方法，五种方法分别为：T01全尺寸部件附着点试验、T02 结构的直接效应试验、T03 燃油蒸汽点火的直接效应试验、T04 电晕和流光的直接效应试验、T05 外部电气电子设备的间接效应试验。其中T01方法也可用于飞机雷电附着分区的划分试验。 该标准主要参考了美军标MIL-STD-1757A。 MIL-STD-1757A,美国国防部发布的《航天器及硬件设备的雷电鉴定试验方法》，1983年发布，主要规定了GJB3567A-99中所述的五种试验方法。该标准还提供了试验指南，对雷击现象及各个试验方法进行了详细论述。 https://www.doczj.com/doc/9e3538028.html,-STD-464A 美国国防部发布的《系统电磁环境效应要求》，该标准对系统级的雷电防护能力提出了要求。 另外还有HB6129-1987 《飞机雷电防护要求和试验方法》和GJB2639-1996《军用飞机雷电防护》，这两个标准因年代久远，很少作为试验的直接依据。
DO-160F雷电间接效应试验波形 DO-160F的第22节“雷电感应瞬变敏感度”规定了设备级的雷电间接效应试验，该试验通过模拟雷电感应产生的瞬态信号，验证设备耐受雷击间接效应的能力。试验包括两组：针脚注入试验和电缆束试验。针脚注入试验为破坏性容差试验；而电缆束试验用于评价瞬态信号施加到互连电缆束时设备功能的失效性容差。 1.五种试验波形 标准规定了五种试验波形，分别如图1~图5所示。 图1波形1（电流） 波形1为电流波形，用于电缆束试验。 图2波形2（电压）
波形2为电压波形，用于电缆束试验，上升最快，周期最短。 图3波形3（电压/电流） 波形3为阻尼振荡波形，用于针脚试验和电缆束试验，是组成多脉冲群的波形。波形3的频率为1MHz和10MHz。 图4波形4（电压）
波形4是电压波形，T1、T2与波形1相同，用于针脚试验与对地注入试验。 图5波形5（电压/电流） 波形5为电压/电流波形，用于针脚试验和电缆束试验，在五个波形中上升最慢，周期最长，标准中表22-1.1与表22-1.2规定的试验要求中只用到了5A，但在22.5.2（h）中提到：“在某些与飞机机身设计和线缆敷设有关的情况下，设备可能遭受像5B一样较长持续时间的波形。在该条件下进行的试验应表示为Z类”。 2.三种波形施加方式 标准规定了三种波形施加方式：单次回击、多次回击、多脉冲群。 a)单次回击是指一次施加单个波形，标准要求连续施加10次，且每次单击之间间隔不超过1分钟； b)多次回击则是模拟飞机在遭受雷击时，在第一回击后跟有多次后续回击的情况，波形如图6所示，随后的瞬态信号电平为首个瞬态信号电平的50%，但结合标准中表格22-4说明的幅度容差，随后的瞬态信号电平为首个信号电平的50%~75%都是可以的。另外，单次回击和多次回击试验可合并，只要多次回击的首个瞬态信号电平达到单次回击的电平即可。进行试验时，标准要求连续施加10个多次回击，且每个多次回击之间间隔不超过5分钟。
编号：SY-AQ-07844 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 雷电基本知识(完整篇) Basic knowledge of lightning
雷电基本知识(完整篇) 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 雷云是如何形成的? 雷电放电是由带电荷的雷云引起的。雷云带电原因的解释很多，但还没有获得比较满意的一致认识。一般认为雷云是在有利的大气和大地条件下，由强大的潮湿的热气流不断上升进入稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气流穿过云层，水滴被撞分裂带电。轻微的水沫带负电，被风吹得较高，形成大块的带负电的雷云；大滴水珠带正电，凝聚成雨下降，或悬浮在云中，形成一些局部带正电的区域。实测表明，在5—l0km的高度主要是正电荷的云层，在1—5km的高度主要是负电荷的云层，但在云层的底部也有一块不大区域的正电荷聚集。雷云中的电荷分布很不均匀，往往形成多个电荷密集中心。每个电荷中心的电荷约为0．1库仑～10库仑，而一大块雷云同极性的总电荷则可达数百库仑。这样，在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间，或雷云和大地之间就形成了强大的
电场。随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度(大气中的电场强度约为30kV／cm，有水滴存在时约为lOkV／cm)时，就会发生云间或对地的火花放电；放出几十乃至几百千安的电流；产生强烈的光和热(放电通道温度高达15000℃—20000℃)，使空气急剧膨胀震动，发生霹雳轰鸣。这就是闪电伴随雷鸣叫做雷电的原故。 试述关于乌云起电的三种理论? 乌云起电机理有三种理论： (1)水滴破裂效应：云中的水滴受强烈气流的摩擦产生电荷，而且使小的水滴带负电，小水滴容易被气流带走形成带负电的云；较大的水滴留下来形成带正电的云。 (2)吸收电荷效应：由于宇宙射线的作用，大气中存在着两种离子，由于空间存在自上而下的电场，该电场使得云层上部聚集负电荷，下部聚集正电荷，在气流作用下云层分离从而带电。 (3)水滴冰冻效应：雷云中正电荷处于冰晶组成的云区内，而负电荷处于冰滴区内。因此，有人认为，云所以带电是因为水在结冰
实验五雷电冲击电压实验 一、实验目的： 电气设备在电力系统运行中除承受正常运行的工频电压外，还可能受到暂时过电压及雷电过电压的袭击。本实验通过实验装置及控制平台模拟产生相应的雷电冲击波，观察长气隙击穿放电现象以及通过控制台观察冲击波的波形。进而了解冲击电压发生器的功能要求及技术要求，了解其工作原理、系统组成、具体结构、以及相关操作，明确冲击电压试验的有关注意事项，掌握完整的操作流程和操作技能，初步具备开展相关试验任务的能力。 二、实验项目： 通过雷击冲击电压发生器产生高压冲击波击穿长气隙放电。 三、实验说明： 1.冲击电压在系统中的存在形式和表现： 因雷电影响会在电力系统中产生大气过电压，有2种基本形式，即直击雷过电压和感应雷过电压，它们都表现为一段作用很短的过电压脉冲。这种过电压波一般会引起绝缘子闪络或避雷器动作，从而形成冲击截波。如果过电压幅值很大，其波头上升很快，引发的绝缘子闪络或避雷器动作就可能发生在波头部分，将形成冲击陡波。 因系统的倒闸操作、元件动作或发生故障等原因，是系统状态改变，引发过渡过程，可能产生涌动的电压升高，形成操作冲击波。它是一种作用时间较长的过电压波形。 2.冲击电压的特点： 雷电冲击电压波是一种作用时间很短的过电压脉冲波，具有单极性，一般为负极性，如果引起放电，其产生的冲击电流很强。 冲击截波对电感线圈类设备可能造成更加严重的威胁，而冲击陡波对冲击陡波对绝缘子内绝缘子内绝缘的威胁更大。 操作冲击波的能量来自系统内部，其作用时间比雷电波长得多，持续的能量累积造成的损害可能比雷电波更为严重。 3.冲击电压的波形及其参数： 大自然的雷电波或实际的操作波并不一致，但为了便于研究和工程应用，对统计结果进行优化和标准化，形成工程上应用的标准冲击波，主要包括以下4种：（1）雷电冲击电压全波 参数：T1/T2=1.2/50μs 精确要求：峰值≤±3% ，T1≤±30% ， T2≤±20%
浅谈干式变压器雷电冲击试验故障判断及要点黄永昶 发表时间：2018-03-13T10:41:23.687Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：黄永昶 [导读] 摘要：本文中介绍的产品质量问题是在试验过程中发现的，由于表现出来的现象比较典型，因此总结出来供读者参考。 （顺特电气设备有限公司广东顺德 528300） 摘要：本文中介绍的产品质量问题是在试验过程中发现的，由于表现出来的现象比较典型，因此总结出来供读者参考。 关键词：干式变压器；雷电冲击；产品试验；故障分析 变压器是电力系统中重要的设备之一，它的质量直接关系到电力系统的安全和经济效益，也影响到厂矿企业的经济效益和居民生活，为此在变压器制造过程中一定要严把产品的质量关。本文用变压器线圈内的电压暂态振荡的原理分析了干式变压器雷电冲击试验中所出现的一些异常问题，指出了变压器线圈内的电压暂态振荡过程是危害变压器绝缘的重要因素。 1.基本情况 对SC—1000/10联接组别为DYNn的千式变压器进行了雷电冲击试验，推荐的试验接线图如图1所示。 在C端进波、A端接地的试验中，比较50%试验电压和100%试验电压的电流示份映形可看到，在10μs左右100%试验电压的电流示伤波形出现严重的尖峰振荡，电压波形也有微小变化，而且在试验过程中观察到B相线圈有火花出现。 为了进一步研究B相线圈的缺陷，拆除了A、B、C三相绕组之间的连接线，单独对B相线圈进行雷电全波试验。对B线圈头部进彼、B 线圈尾部接地和B线圈尾部进波、B线圈头部接地等接线方式进行了试验，电流示伤波形中没有出现异常情况。在进行B相线圈的雷电冲击试验中，B相线圈没有发现缺陷，而在进行C相线圈试验时，与A相线圈串联的B相线圈发现缺陷。 二、故障诊断分析 分析单独一个线圈进波和两个线圈串联进波的波过程。为了简化计算，不考虑变压器的损耗和线圈之间的互感，同时假定线圈的电感、纵向电容和对地电容都是均匀分布参数。 设L0、K0、C0分别表示线圈单位长度的电感、纵向电容和对地电容，L是线圈的长度，如图3： 如果简单地从电位梯度的角度考虑问题，从式(4)可知，随着 L的增大，首端的电位梯度是下降的，单个线圈首端的电位梯度高于或起码等于两个线圈串联起来的首端的电位梯度。所以，简单地从电位梯度的角度分析问题解析不了试验中所出现的现象。 上面所分析的起始电压分布，线圈首端的电位梯度虽高，但其作用时间短，一般不会危及线圈的绝缘。而随之而来的线圈内的波振荡过程，才是危及变压器绝缘的主要原因。为了分析线圈上的电压振荡，先求出电压沿线圈的稳态电压分布。电压沿线圈的稳态分布由线圈的电阻决定，它是一条斜直线，如图4中的曲线2所示。 从上面的分析可看出：两个线圈串联时，两个线圈连接点附近的起始电压分布和稳态电压分布的差值比单个线圈时起始电压分布和稳态电压分布的差值要大得多，由此引起振荡强烈得多。如果变压器的绝缘强度较弱，则首先在这里出现缺陷。这种分析得出的结论与试验中出现的现象是一致的。 三、结论 在变压器雷电冲击试验中，电压梯度的大小是影响变压器绝缘的一个因素。但危害变压器绝缘的主要因素，是由于变压器绕组的起蛤电压分布和稳态电压分布不一致而引起的电压振荡过程。在三角形连接绕组的变压器雷电冲击试验中，如果试验接线方式为只有一个非被试相端子接地，则两个线圈串联的电压振荡过程有可能比单个线圈的电压波振荡过程更为严重，对变压器的绝缘考核也更为严重。 参考文献： [1]不同接线方式下直流电缆雷电冲击试验研究[J].乐彦杰，宣耀伟，俞恩科，郑新龙，陈国东，沈耀军.高电压技术.2015(08) [2]传递函数在变压器雷电冲击试验中的应用[J].刘杰.变压器.2015(04) [3]变压器雷电冲击试验的调波理论与计算[J].蒋将，汪春祥，郑军，张迪，周海京.变压器.2015(06) [4]变压器雷电冲击试验空间磁场对智能组件影响的计算分析[J].赵军，陈维江，高飞，张建功.中国电机工程学报.2016(14)
雷电现象和避雷针的发明 雷电是大气中一种剧烈的放电现象。由于云层相互摩擦、碰撞而使不同的云层带不同的电，当电压达到可以穿过空气的程度以后，临近的两片云层会发生放电现象，产生电花和巨大的响声。放电时的电流可达几万安到十几万安，产生很强的光和声。放电如果通过人体，能够立即致人死亡，如果通过树木、建筑物，巨大的热量和空气的振动都会使它们受到严重的破坏。 避雷针是一种防止直接雷击的装置。它的作用是将高空的雷电引向自身，使之泻入大地，从而保护周围的建筑物。实际上，避雷针在我国出现最早．据《谷梁传》《左传》《淮南子》等著作记载，在我国南北朝时期即出现了为防止雷击而在建筑物上安装“避雷室”。宋朝以来，许多建筑物都有不同形式的“雷公柱”。广西真武阁四柱不落地，德庆县文庙四柱不顶天，都是古代建筑师为使厅堂的人有地方避开雷击，消除了电学上所称“跨步电压”的危险。 现代避雷针是美国科学家富兰克林发明的。富兰克林认为闪电是一种放电现象。为了证明这一点，他在1752年7月的一个雷雨天，冒着被雷击的危险，将一个系着长长金属导线的风筝放飞进雷雨云中，在金属线末端拴了一串铜钥匙。当雷电发生时，富兰克林手接近钥匙，钥匙上迸出一串电火花。手上还有麻木感。幸亏这次传下来的闪电比较弱，富兰克林没有受伤。在成功地进行了捕捉雷电的风筝实验之后，富兰克林在研究闪电与人工摩擦产生的电的一致性时，他就从两者的类比中作出过这样的推测：既然人工产生的电能被尖端吸收，那么闪
电也能被尖端吸收。他由此设计了风筝实验，而风筝实验的成功反过来又证实了他的推测。他由此设想，若能在高物上安置一种尖端装置，就有可能把雷电引入地下。富兰克林把这种避雷装置：把一根数米长的细铁棒固定在高大建筑物的顶端，在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开。然后用一根导线与铁棒底端连接。再将导线引入地下。富兰克林把这种避雷装置称为避雷针。经过试用，果然能起避雷的作用。避雷针的发明是早期电学研究中的第一个有重大应用价值的技术成果。 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；接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。以避雷针作为接闪器的防雷电原理是：避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放电；避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电；两者会合形成雷电通路，随之泻入大地，达到避雷效果。实际上，避雷针是引雷针，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭雷击。 而避雷针在最初发明与推广应用时，教会曾把它视为不祥之物，说是装上了富兰克林的这种东西，不但不能避雷，反而会引起上帝的震怒而遭到雷击，但是，在费城等地，拒绝安置避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击。而比教堂更高的建筑物由于已装上避雷针，在大雷雨中却安然无恙。
雷电冲击过电压的理论与试验 一．引言 电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。 高电压技术是以试验研究为基础的研究高电压及其相关问题的应用技术。其内容主要涉及在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系统的过电压与绝缘配合、高电压或大电流环境影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。 目前，随着科技的发展、经济的需要，输电电压等级越来越高，输电距离越来越长，电网结构也越来越复杂。而高电压技术对于进一步发展超高压、特高压输电继续起着重要的推动作用。一些国家正在沿着传统的“外沿发展模式”，继续开展更高一级电压。 二．雷电冲击过电压理论 雷电冲击电压是有雷电放电形成电流通过被击物体流入大地，电流脉冲在被击物体阻抗上的压降形成冲击电压。雷电放电包括三个阶段：先导放电，主放电，余光放电。主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压。各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的主要因素。在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一。 波形组成 气隙的击穿有一个最低静态击穿电压Ｕｏ，但外加电压不小于Ｕｏ仅是气隙击穿的必要条件，欲使气隙击穿，还必须使该电压持续作用一定的时间。静态击穿电压Ｕ0 是使气隙击穿的最小电压。 雷电冲击电压分为：全波，截波－－雷电冲击波被某处放电而截断的波形. (1) 全波：非周期性冲击电压，很快到峰值再逐渐下降 .如图1 作图：取峰值＝1.０，０.９－－Ｂ点，０.３－－Ａ点，０.５－－Q点， 连ＡＢ线，交１.０于C点，交横轴O1点。 O1C－－波前Ｔ＝(t1-t2) t f＝FO1－－视在波前时间 t f／T＝（１.０－０.０）／（０.９－０.３） t f＝Ｔ／０.６＝１.６７Ｔ t t－－视在半峰值时间
RTCA/DO-160G航空电气电子设备电磁兼容测试 RTCA/DO-160G《机载设备环境条件与测试规程》是由RTCA（航空无线电技术委员会）下属的SC135特别委员会起草制定的，RTCA/DO-160G规定的测试是为满足联邦航空管理局（FAA）或者其他国际规定对安装在商业航空器上设备的要求而进行的典型测试。 RTCA/DO-160G包括26个部分和三个附件，包括有：温度、高度、振动、沙/尘、电源输入、射频敏感度、雷击和静电放电等测试内容，但是只有15至23节和25节与电磁兼容相关。其中的第22节为“雷电感应瞬变敏感度”，第23节为“雷电直接效应”，这两类测试是RTCA/DO-160G的特色内容，充分考虑到了实际工作的雷电环境对航空飞行器的影响。 RTCA/DO-160G涵盖了航空电气电子设备（航空电子学）的标准步骤和环境测试标准，适用对象包括了所有的航空飞行器，从轻型到重型，从小型到大型，如小型通用航空器、商业喷气式飞机、直升机、区域喷气式飞机和巨型喷气式飞机。它提供了一整套实验室测试方法以判定被测对象在模拟的环境条件下是否满足规定的性能指标要求。 目前，RTCA/DO-160G已更新至G版本（2010年12月发布）。RTCA/DO-160G的制定和修正与RTCA的欧盟版本：EUROCAE相配合,作为横跨大西洋的两个组织的合作成果，RTCA/DO-160G与它的欧洲版本EUROCAE ED-14G完全一致。 RTCA/DO-160G中提供的建议和方法经常被用作政府部门及企业决策的依据，也是美国联邦航空局（FAA）许多技术标准指令的基础。该标准在国际航空领域有着极大的影响力和广泛应用，目前我国很多飞机项目的设计和验证均参照RTCA/DO-160G。 RTCA/DO-160G标准规定了航空机载设备的环境条件和试验程序，其中与EMC相关的测试项目有九个章节。GRGTEST电磁依据该标准，结合丰富的EMC测试经验，面向航空领域提供专业的测试系统集成业务。 测试系统可以分为如下几部分： 1.射频能量发射（RTCA/DO-160G Sec 21） 2.射频敏感度（RTCA/DO-160G Sec 20） 3.电源线音频信号及感应信号敏感度（RTCA/DO-160G Sec 18&19） 4.电压尖峰测试（RTCA/DO-160G Sec 17） 磁场效应、电源输入和静电放电测试（RTCA RTCA/DO-160G Sec 15、16、25）均有专用的仪器实现测试，不需要系统集成。 RTCA/DO-160G标准中的EMC相关的测试项目如下： Section 15磁场效应 该项测试用于测量机载设备所产生的DC磁场发射的量值大小。测量可以通过罗盘指针的偏转程度测定，或者使用一个有足够精度的高斯计测定。设备的分类取决于产生一定偏转量值时的距离。 Section 16电源输入 该项测试用于机载设备的电源输入端，测量电源总线上伴随产生的各种电源畸变和浪涌情况。设备的分类基于组件的电源功率和定义的不同状态，如供电电源就有115Vac/400Hz，230Vac/400Hz，28Vdc，14Vdc，或者270Vdc多种类型。 Section 17电压尖峰 该项测试是向机载设备的电源线注入脉宽10μs、上升时间小于2μs的瞬态尖峰信号。适用于AC和DC电源的输入端，瞬态尖峰信号的幅度有两个对应的等级。 Section 18电源线音频传导敏感度 该项测试是向机载设备的电源线注入正弦波干扰信号，适用于AC和DC的电源输入端。干扰信号的严酷等级根据被测件的电源功率类型而不同。
雷电直接效应试验项目 在地面雷电模拟试验中，在满足雷电试验特性的条件下，还需要考虑雷电试验的经济性和可行性，一般将自然界的雷电过程分解为实验室的高电压试验和大电流试验。与试验方法有关的标准规定了一系列试验项目，针对不同雷电分区的被试件。这些试验项目可分为高电压试验、大电流试验和外部设备的间接效应三大类。将前面所述的各个标准综合归纳起来，飞机的雷电防护试验包括以下试验项目。 1 高电压试验 1.1 模型的附着点试验 确定飞机的雷击区域雷电防护设计工作的基础，新飞机的雷击区域是通过类似外形结构飞机的雷击经验比较，或通过实验室的比例模型雷电附着点试验来确定的。 本试验方法可依据的标准有两个：GJB3567A（MIL-STD-1757A）和ARP5416。GJB3567A 中方法“T01 全尺寸部件附着点试验”，根据表1的注1）：“该试验也可用于飞机或飞机缩比模型雷电附着区域的划分试验……”，ARP5416中“5.1.3 模型的高压冲击附着试验”专门规定了针对飞机模型的附着点试验方法。两个标准规定的方法有较大差别，相对而言，ARP5416中的方法更具体合理，也更具可操作性。 本试验使用飞机缩比模型，确定飞机雷电附着点的“入点”和“出点”，根据附着点的分布及附着概率统计计算，可确定飞机的初始附着区域，为该飞机雷电区域划分提供试验依据。在有些情况下，模型试验需要用其他方法来进行补充才能确定详细的初始附着区域，特别是对于包含大量非传导性结构材料的飞机。 1.2 初始先导附着试验 本试验依据ARP SAE5416，DO-160F也有该试验，且各项试验规定与SAE5416较为相似。 本试验一般针对位于1A和1B区内的飞机部件，如由非导电材料制成的机翼翼尖、雷达罩、大的天线整流罩等。本试验可用于确定全尺寸结构件上可能的先导附着位置、评估雷达罩壁材料、优化防护装置的位置、确定沿绝缘表面闪络的路径或击穿绝缘表面的路径、验证防护设备的性能（如雷达罩分流条）等。 1.3 全尺寸部件附着点试验 本试验依据GJB3567A-99中的方法T01，与“初始先导附着试验”类似。GJB3567A中的规定相比SAE ARP5416要粗，具体试验细节不好确定时，可参考“初始先导附着试验”。 可用于确定安置在区域1的非导电部件，如雷达罩、座舱盖、机翼和尾翼的翼尖、天线整流罩、挡风玻璃等受到雷电附着或击穿的可能性。也可用于确定金属或导电的复合材料结构部件的雷电附着位置。 1.4 扫掠通道附着试验 本试验依据ARP SAE5416，DO-160F也有该试验，且各项试验规定与SAE5416较为相似。 本试验一般适用于位于飞机1A区但没有暴露于初始先导附着的部件，也就是说，1A区中预计雷电初始先导附着的部分适用于“初始先导附着试验”，而考虑到飞机运动而定义的 1A区的延展部分应该采用本试验。本试验也适用于1C、2A或2B区域内的部件。本试验可用于确定非导电表面可能的击穿、非导电表面的闪络路径、防护装置的性能（如天线整流罩上的分流条）等。 1.5 电晕和流光的直接效应试验
1、雷电灾害风险评估的定义 雷电灾害风险评估是根据项目所在地雷电活动时空分布特征及其灾害特征，结合现场情况进行分析，对雷电可能导致的人员伤亡、财产损失程度与危害范围等方面的综合风险计算，从而为项目选址、功能分区布局、防雷类别（等级）与防雷措施确定、雷灾事故应急方案等提出建设性意见的一种评价方法。 2、什么是闪电 由于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的放电现象，这种瞬间的强火花放电就是闪电。 3、地闪的发生条件 在负极性雷云的感应下，地面呈现正极性电荷，并且随电场分布的变化可以迅速集中到某个地点。然而，雷云与大地电场之间的空气仍然是绝缘的，必须形成导电通道，地闪才能发生。 4、雷电的主要特点 （1）冲击电流大：高达几万至几十万安培。（2）时间短：雷击放电过程一般不会超过60微秒。（3）雷电流变化梯度大：可达10千安/微秒。（4）冲击电压高：强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。 5、雷电对人体的危害 雷电对人体的伤害，有电流的直接作用和超压或动力作用，以及高温作用。当人遭受雷电击的一瞬间，电流迅速通过人体，重者可导致心跳、呼吸停止，脑组织缺氧而死亡。另外，雷击时产生的是火花，也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。雷电击伤，亦可使人体出现树枝状雷击纹，表皮剥脱，皮内出血，也能造成耳鼓膜或内脏破裂等。 6、发生雷击的抢救措施 当发生雷击时，发现者应立即将病人送往医院。如果当时呼吸、心跳已经停止，应立即就地做口对口人工呼吸和胸外心脏按摩，积极进行现场抢救。千万不可因急着运送去医院而不作抢救，否则会贻误病机而致病死亡。有时候，还应在送往医院的途中继续进行人工呼吸和胸外心脏按摩。此外，要注意给病人保温。若有狂躁不安、痉挛、抽搐等精神神志症状时，还要为其作头部冷敷。对电灼伤的局部，在急救条件下，只需保持干燥或包扎即可。 7、常用的防雷装置有哪些？ 避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器 8、什么叫跨步电压？ 跨步电压是雷电击中地面物，雷电流泄入大地并在土壤中散流开，由于土壤电阻率有一定分布，雷电流在地面上各点间就出现电位降，靠近雷击点，电流密度越大，电位降也就越大。如果人站在或行走在落雷点附近，在两脚间的电位降
雷电的产生原因及其预防与应用 每年夏季，天气多变，早上晴空万里，下午却乌云密布，响起阵阵雷声。而我们所研究的就是这夏季雨天最常出现的一种自然现象——雷电。 我们把雷电分成了以下几个问题进行探讨： 一、雷电的产生原因： 1、简述原因： 雷电是发生在大气层中大气或云块在气流作用下产生异性电荷的积累使某处空气被击穿，电荷中和产生强烈的声、光、电并发的一种物理现象，通常是指带电的云层对大地之间、云层与云层之间、云层内部的放电现象。这个放电的过程会产生强烈的闪电和巨大的声响，即人们常说的“电闪雷鸣”。 2、简述原因的分析 我们在初中曾经学过关于雷电产生原因的基础内容：雷电是由于天空与地面的强烈中和反应，但对于实质成因并不了解。 现在我们将结合高中所学的知识以及网站提供的资料，对雷电的产生原因进行更全面的分析与理解： 雷电是一种常见的大气放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。在夏天的午后或傍晚，地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空，形成大范围的积雨云。积雨云顶部一般较高，积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。 云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主从而形成雷雨云。而地面因受到近地面雷雨云的静电感应，也会带上与云底相反符号的电荷，两者相当于一个巨大的电容器。一般情况下，我们把地面看成零电势面，积雨云与地面的高度差比较大，根据公式：U=Ed，积雨云与地面间的电场强度与距离都很大，所以它们间的电势差很大，即电压很大。 闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。闪电的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。当云层里的电荷越积越多，使电场强度达到一定强度时，就会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电。当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间被烧得灼热，温度高达6000--20000℃，所以发出耀眼的强光，这就是闪电。而闪道上的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。 二、雷电的分类： 我们根据生活常识和结合有关资料，发现雷的种类主要有四种：直击雷、球雷、感应雷和雷电侵入波。 1）直击雷：是雷电与地面、树木、铁塔或其它建筑物等直接放电形成的。这雷击的能量很大，雷击后一般会留下烧焦、坑洞，突出部分削掉等痕迹。 2）球雷：是一种紫色或灰紫色的滚动雷，它能沿地面滚动或空中飘动，能从门窗、烟囱等孔洞缝隙窜入室内，遇到人体或物体容易发生爆炸。 3）感应雷：是指感应过压。雷击于电线或电气设备附近时，由于静电和电磁感应将在电线或电气设备上形成过电压。没听到雷声，并不意味着没有雷击。 4）雷电侵入波：是雷电发生时，雷电流经架空电线或空中金属管道等金属体产生冲击电压，冲击电压又随金属体的走向而迅速扩散，以致造成危害。 三、雷电的危害： 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
飞机雷电间接效应试验方法 赵涛宁 刘顺坤 / 苏州泰思特电子科技有限公司 摘 要 通过对雷电与飞机相互作用耦合机理的深入研究和对各相关标准的分析，对飞机雷电间接效应的试验方法做了深入解析，指出了试验中的难点重点；基于标准试验要求，研制了一套用于雷电间接效应测试的模拟器，测试结果证明了输出波形和性能与标准的符合性。 关键词 雷电间接效应；雷电防护；瞬态感应；试验方法；机载设备 0 引言 飞机在强对流天气飞行时，容易遭受到雷击，一般将飞机雷电效应分为直接效应和间接效应两个部分[1]。直接效应主要针对飞机外部可以直接遭受到雷击的结构部件，会导致机身材料溶蚀、击穿，造成结构损坏甚至引起飞机解体。间接效应是直接雷电大电流在飞机表面产生的瞬变脉冲电流在内部线缆束和设备端口感应出的瞬态浪涌信号，造成电子系统功能异常或飞机失控[2]。 为了能准确模拟飞机遭受雷击时内部设备所承受的雷电间接效应，本文通过对雷电与飞机作用机理的研究和对国际、国内相关标准的解读分析，对雷电间接效应试验方法进行了深入分析，对试验关键点进行了重点研究。 1 飞机雷电试验波形 飞机雷电试验的波形主要以自然界雷电的特点为基础，结合实验室试验的特点，SAEARP5412的标准中将雷电电流理想化为三种类型的标准波形：大电流的ABCD连续波、多次回击的D波、以及多脉冲群形式的H波。 1.1 大电流ABCD连续波 大电流的ABCD主要用来模拟对地正闪、对地负闪所产生的大电流，主要用来进行雷电大电流、高能量对被测物体造成的物理破坏效应，波形要求如图1 所示，其中： A分量代表负闪首次回击和正闪的峰值电流，定义波形参数为：峰值200 kA，作用积分2×106 A2s，波形起始点到峰值的时间为6.4 μs，波形起始点到下降为一半的时间为69 μs。使用双指数形式表示为 I(t) = I (e-αt - e- βt)(1 - e-γt)2 （1）其中，I0 = 218 810 A，α = 11 354 s-1， β = 647 265 s-1，γ = 5423 540 s-1。 图1 ABCD连续波示意图 B分量标示负闪中的中间电流，也可认为是A 分量波形的延续，波形定义为：平均电流2 kA，持续时间为5 ms的指数波或者方波，对波形上升时间和下降时间无具体要求。 C分量标示负闪中回击直接较长的持续电流，定义波形参数为平均电流为200 ~800 A之间，持续时间0.25~1 s之间，电荷转移量为200 C的单向波，可以是指数或者方波直流。 D分量标示负闪中的一个后续回击，定义波形参数为：峰值100 kA，作用积分0.25×106 A2s，波形起始点到峰值的时间为3.2 μs，波形起始点到下降为一半的时间为34.5 μs。同样使用双指数波表示，其中，I0 = 109 405 A，α = 22 708 s-1，β = 1 294 530 s-1，γ = 10 847 100 s-1。 国内统一刊号CN31-1424／TB2018/S1 总第268期
1.全球雷电的分布特征 全球在同一时刻大约会存在2000个雷暴，这些雷暴平均每秒钟约产生44±5个闪电，其中大部分闪电发生在陆地上，每年每平方公里陆地上会发生31~49个闪电，而广大海洋区域的闪电发生率则比较低，每年每平方公里约5个闪电，陆地和海洋的平均闪电密度之比近似为10：1。 全球闪电活动主要集中分布在赤道地区，其中闪电活动最频繁的三个地区均位于赤道附近，即非洲大陆、南美大陆和海洋性大陆（即印度尼西亚地区），而在赤道附近的卢旺达地区，闪电密度最大可达每年每平方公里80个闪电，是全球最频繁的地区． 2.全球大气电路： 在地球上局地的雷电过程可以通过电离层和地球的电传导作用而遍及全球。 1）在大气电场作用下，正离子向下运动，形成晴天大气传导电流，将大气中的正 电荷输送给地球，同时地面的负电荷向 上运动与向下运动的正电荷中和。如果 无相反的电荷输送，晴天大气电场就很 快消失，但是实际上大气电场是稳定的。 这就说明大气中必定有一与晴天大气相 反方向的电荷输送。 2）在有云区，电场方向相反，当有雷电出现时，出现闪电电流、尖端电晕电流和 降水电流。 3.雷害的特点 ?随着人类社会特别是经济的发展，雷电造成的危害亦有所变化，危害 面更广了，并且向微电子器件方面 倾斜，绝对损失在逐年增大。 ?雷害尤其以地闪造成的为甚。 ?地闪回击阶段峰值电流可达几万安，功率可在1011W，温度升到 30000?C。能量瞬间以热能、机械 能（包括冲击波、声波）及电磁能 （包括光能）等方式散发出来。并 在其贴近处产生强大的机械效应、 加热效应，也产生可波及较远处的 电磁效应。 4.雷电的主要定位技术： 地闪定位：美国LLP公司的地闪定位网、中国的时差测向的混合高精度系统云闪定位：SAFIR VHF云闪探测系统 雷电的卫星探测——OTD和LIS器 5.雷暴云中的起电机制——感应起电机制、非感应起电机制说 感应起电机制： 在外部电场的感应下，引起降水粒子的电极化，（极化强度取决于所涉及粒子的介电常数），从而出现分离的电荷中心。 在晴天电场下，电场方向自上而下。在垂直电场中下落的降水粒子被极化后，上部带负电荷，下部带正电荷。同这些较大的降水粒子相碰撞后的小冰晶或小水滴就获得正电荷，随上升气流向上，从而发生了电荷的转移过程，使得云粒子带正电荷、降水粒子带负电荷。 感应起电机制主要包括：雨滴破碎、粒子碰撞、极化水滴的选择捕获。 电容器的极板间充满电介质时的电容与极板间为真空时的电容之比值称为介电常数（电容器极板间充满电介质时,电容增大的倍数）用ε表示 表征介质在外电场作用下极化程度的物理量 非感应起电机制： 非感应起电包括：积雨云的温差起电机制、热带对流云起电机制、粒子碰撞起电与降水物粒子破碎起电 粒子碰撞起电: 热电效应、接触电位效应、Workman-Reynolds效应 降水物粒子破碎起电: 冻滴破碎、液滴破碎、霰溶化、淞附增长时破碎 6、降水过程对大气电场的影响：降水导致大气中气溶胶粒子的减少，这样大气中的轻离浓度就会增大，导致电导率增加，从而使大气电场减小。 7、影响晴天大气电场的主要因素：气溶胶、大气中的水汽和温度。 8、人工引雷的特点：人工引雷是在雷暴电环境下利用一定的装置和设施，人为地在某一地点触发的闪电。
雷电的形成 雷电是云内、云与云之间或云与大地之间的放电现象。夏季的午后，由于太阳辐射的作用，近地层空气温度升高，密度降低，产生上升运动，在上升过程中水汽不断冷却凝结成小水滴或冰晶粒子，形成云团，而上层空气密度相对较大，产生下沉运动，这样的上下运动形成对流。在对流过程中，云中的小水滴和冰晶粒子发生碰撞，吸附空气中游离的正离子或负离子，这样水滴和冰晶就分别带有正电荷和负电荷，一般情况下，正电荷在云的上层，负电荷在云的底层，这些正负电荷聚集到一定的量，就会产生电位差，当电位差达到一定程度，就会发生猛烈的放电现象，这就是雷电的形成过程。雷电电荷在放电过程中，产生很强的雷电电流，雷电电流将空气击穿，形成一个放电通道，出现的火光就是闪电。在放电通道中空气突然加热，体积膨胀形成爆炸的冲击波产生的声音就是雷声 根据雷电产生和危害特点的不同，雷电可分为以下四种： 1.直击雷 直击雷是云层与地面凸出物之间的放电形成的。直击雷可在瞬间击伤击毙人畜。巨大的雷电流流入地下，令雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，能直接导致接触电压或跨步电压的触电事故。直击雷产生的数十万至数百万伏的冲击电压会毁坏发电机、电力变压器等电气设备绝缘，烧断电线或劈裂电杆造成大规模停电，绝缘损坏可能引起短路导致火灾或爆炸事故。另外，直击雷的巨大雷电流通过被雷击物，在极短时间内转换成大量的热能，造成易燃物品的燃烧或造成金属熔化、飞溅而引起火灾。 2.球形雷 球形雷是一种球形。发红光或极亮白光的火球，运动速度大约为2m/s。球形雷能从门、窗、烟囱等通道侵入室内，极其危险。 3．雷电感应，也称感应雷 雷电感应分为静电感应和电磁感应两种。静电感应是由于雷云接近地面，在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷所致。在雷云与其他部位放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚，以雷电波的形式，沿突出物极快地传播。电磁感应是由于雷击后，巨大雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致。这种磁场能在附近的金属导体上感应出很高的电压，造成对人体的二次放电，并损坏电气设备。 4．雷电侵入波 雷电冲击波是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道而迅速传播的雷电波。雷电侵入波可毁坏电气设备的绝缘，使高压窜入低压，造成严重的触电事故。属于雷电侵入波造成的雷电事故很多，在低压系统中这类事故约占总雷害事故的70%。 雷电的危害一般分为两类：：：： 1、雷直接击在建筑物上发生热效应和电动力作用； 2、雷电二次作用，即雷电流产生静电和电磁感应。 3、 雷电的具体危害表现如下：：：：1、雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。2、雷电流高热效应会放出几十至上千安
机载电子设备雷电防护设计 发表时间：2019-09-02T15:48:25.370Z 来源：《建筑实践》2019年10期作者：吴任江 [导读] 科技的快速发展使我国各行业发展迅速。雷电对航空飞行器飞行安全构成威胁。 深圳市航天华拓科技有限公司广东深圳 518071 摘要：科技的快速发展使我国各行业发展迅速。雷电对航空飞行器飞行安全构成威胁。机载电子设备担负重要飞行任务管理和执行职能，其雷电防护设计必需满足相关标准要求。 关键词：机载电子设备；雷电防护设计 引言 我国经济建设的快速发展使我国很多行业运用先进的科研技术，使其自身发展更为迅速。机载电子设备由于随飞机飞行海拔高、空中任务时间长等特征，使其遭受雷电危害的概率极大增加。因为机载电子设备一般安装在设备舱内，很少会遭受直击雷电，大概率危害来自于感应雷。 1雷电防护策略 雷电对飞行器的作用可分为直接效应和间接效应两类。机载电子设备通常安装在飞机内部，受到雷电间接效应影响。飞机在空中飞行，尤其在穿越云层时，极易受到云层放电的影响，当放电产生雷击时，强大的雷电产生的电场和磁场在飞机内部形成一个瞬态雷电效应环境，通过机体开口的电磁耦合或者结构电压（雷电流和结构电阻的乘积IR），在机体内部感应形成电压和电流，虽然持续时间很短（约几十微妙），但瞬时能量非常高，极易对机载电子设备造成干扰或损坏，严重时危及飞机的正常运行和人员安全。雷电间接效是指雷电产生的瞬态强电磁场和电流，通过互连线感应，在设备接口出现瞬态高电压和大电流，造成设备损坏或者系统功能紊乱。雷电间接效应主要通过耦合和回路感应两种方式产生危害。（1）耦合：通过线路、电容或电感耦合到另一个回路上，产生一个或者一系列瞬态高压。（2）回路感应：在回路中以瞬态电流形式出现，瞬间变化率越高，在回路中的产生的感应电压就越高。基于安全考虑，机载设备对雷电间接效应必须进行防护设计和试验验证，以确保飞机遭到雷击后，机上有关键功能的系统和设备能够正常工作，而具有重要功能的系统和设备能够自动或人工恢复正常。目前，飞机设计单位和相关电磁兼容实验室是按照RTCA/DO-160《机载设备环境条件与试验程序》标准作为机载设备电磁兼容设计和试验依据。机载电子设备的一个特点是安装在飞机机体内部，一般与外部雷电隔离。另一个特点是通常由外壳（机箱）、电连接件（插头、插座）、电路板、电源模块、接口件（芯片）等零组件组成，包括各种电路和电子元器件。机载电子设备雷电防护主要是雷电间接效应防护。当然，不排除雷电直接效应防护。机载电子设备雷电防护策略是：（1）系统防护。在飞机设计中将飞机机体雷电防护与机载电子设备雷电防护作为一个整体或系统进行考虑。尽可能将设备安放在机体中央，因为在这个位置雷电的破坏或干扰力弱。另外，不同的位置和机体材料的导电性决定了不同的防护等级和要求。（2）综合防护。雷电危害大，但是持续时间很短。机载电子设备不能单纯进行雷电防护，还要对除雷电外的电磁、静电、电源浪涌等干扰和冲击进行防护，这就要求将常规的电磁干扰和浪涌冲击防护与雷电防护结合起来进行。（3）权衡防护。机载电子设备雷电防护必然需要增加硬件元器件进而增加尺寸、重量，这就要求对设备体积、重量等指标进行权衡。（4）弱化防护。机载电子设备雷电防护的目的是将危害或影响降低到最低，不要求消灭雷电效应，因为这多数情况是达不到的，或者是经济上成本太高，或者是实际是没有必要。所谓最低或最小程度是指该设备运行不受影响。 2防雷器件选型 雷电保护的主要方法是在电路上并联可迅速吸收高能量浪涌的器件，将能量浪涌引入机壳地，同时将电路上的电压钳制在安全区域，以起到保护机载电子设备的作用。瞬态电压抑制管简称TVS管，为一种高性能电路保护器件，具备极短的反应时间(纳秒级)和极高的浪涌吸收能力，当其两端经受瞬间高能量冲击时，TVS管能以纳秒级速率将两端阻抗由高变低，可吸收瞬间大电流，从而将两端电压钳制在预定数值上，使电子电路中的精密元器件有效避免浪涌脉冲的破坏。TVS管具备反应速度快，击穿电压偏差小，漏电流小等特征，是电子设备过电压保护的首选器件。其正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩特性。在浪涌电压作用下，TVS管两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBＲ并被击穿。伴随击穿电流的产生，流过TVS管的电流将到达峰值脉冲电流IPP，同时在其两端的电压被钳制到预设的最大钳位电压VC之下。之后，伴随脉冲电流的指数型衰减，TVS管两端电压也一直下降，最后恢复到原始状态，此为TVS管抑制浪涌脉冲，保护电子元器件的过程。 3注意事项 1.布线考虑，TVS管子需要跨接在保护线路正线与释放回路之间，通常会因为器件引线及印制板布线带来寄生电感，当管子导通释放能量时，会通过瞬态大电流，在线路上叠加反向电动势，并对设备内部器件造成影响。为了降低这种影响，需要减小线路寄生电感系数L，印制板布线需要遵守器件手册布线要求。 2.限流电阻使用，数据通信线路限流电阻的使用，可以有效地削弱雷击浪涌电流，降低TVS防护功率要求，节约设计成本。当通信匹配阻抗前移至雷电防护功能模块后，应注意以下2点：a)总线接口芯片选型：应避免选用已经内置阻抗匹配电阻的接口芯片，以ARINC429总线发送接口芯片为例，应选型HI-8586，而非HI-8585（内置37.5ohm匹配电阻）；b)限流电阻选型：限流电阻需要承受瞬态大电流，与金属膜电阻相比，线绕电阻具有更好的耐热效应性能，因此建议使用功率线绕电阻。 4雷电防护设计 机载数据采集器雷电防护设计方法：（1）根据系统防护策略，确定机载数据采集器的防护等级和要求；（2）根据综合防护策略，综合考虑雷电、高强度辐射场、静电防护设计；（3）根据权衡防护策略，确定体积、重量允许下增加硬件元器件；（4）根据弱化防护策略，确定防护效果，并确定最终方案，满足给定标准要求。数据采集器安装于飞机内部，当雷击发生时，雷电间接效应会对设备壳体及电缆端口产生感应电压，尤其在线缆及引线端口危险性最大，可烧毁电子元器件，使电子设备不能工作。因此采用以下全系统全方位防护设计方法。对于雷电防护的主要技术措施是：（1）外部接口设计防浪涌电路。（2）增加机箱内部绝缘电阻。（3）减小机箱的搭铁电阻。（4）采用J5993系列连接器，连接器的与机箱采用导电衬垫形成360度接地。在高强辐射场环境下，外部的电磁干扰可能引起电子设备失效，对于高强度辐射场防护的主要技术措施是：（1）采用密封机箱，在内部电磁敏感区域适当增加机箱厚度。（2）对于电磁敏感区域采取屏蔽措施，如增加防护罩。（3）机箱内布线尽可能短，差分信号选用双绞线，敏感信号选择屏蔽线。（4）在PCB走线时注意在走线较