雷电的危害方式

雷电的危害及预防

摘要介绍雷电的危害，阐述防止雷电危害的技术及建议，以为减少雷电危害提供参考。

AbstractThe paper introduced damages of thunderbolt，expounded

thunderbolt-protection technology and countermeasures，in order to provide

references for decreasing damages of thunderbolt.

Key wordsthunderbolt；damages；protection；countermeasures

1雷电的危害

雷电的危害包括直击雷的危害、雷击电磁脉冲的危害。前者的产生有3种形式，即雷电流的电效应、热效应、机械效应，后者的产生有4种形式，即雷电的电磁感应、雷电反击、静电感应、电磁脉冲。

1.1直击雷的危害形式

直击雷以强烈放电的形式，通过雷云对大地某点发生危害，有3种危害形式。一是雷电的电效应。雷云放电时，产生的雷电流变化率大，达几万或几十万安培，通过有电阻或电感物体时，能产生非常高的冲击电压，足以烧毁电力系统、导致易燃易爆物品的爆炸或火灾，甚至造成电效应和冲击波，伤害施工设备和人体。二是雷电流的热效应。导体有雷电流通过时，能瞬间将电能转化，产生大量的热能，雷击点的发热能导致温度极高，可达6 000 ℃以上，造成设备烧毁甚至融化。三是雷电的机械效应。施工机械设备被雷电直接击中，以致毁坏。

1.2雷击电磁脉冲的危害形式

包括以下4种危害形式：一是雷电的电磁感应。雷电发生时，在极短的时间内，雷击电流发生且很大，交变电磁场在其周围空间产生，进而产生大的电动势、感应电流，致线路中间或终端的设备损害。二是雷电反击。遭受直击雷的接闪器、接地引下线和接地体，在引导电流时，其与连接的金属导体会产生过高的电压，并与周围产生巨大的电位差，引起闪络。三是雷电的静电感应。其是指带电的雷云接近地面时，对导体感应出相反电荷，使建筑物的感应电荷不能迅速流入大地，对地电压随即产生，以致空气间隙发生火花放电。四是雷电的电磁脉冲。其是以强大闪电流作为干扰源，感应范围大，危害程度巨大，破坏力强。

摘要：排水泵站大多位于城区边缘，且毗邻江河堤岸的开阔地带，地势低洼，春夏两季极易遭受雷电袭击。随着机技术、控制技术、通讯技术的广泛应用，泵站的自动化控制也逐步采用由控制机IPC或可编程控器PLC组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控。由于这些设备大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元，其对瞬态过电压的承受能力十分脆弱，成为泵站易受雷电损害的主要设备。可见对自动化系统采取有效的保护措施非常必要。

关键词：防雷 过电压 配电 接地 措施

一、雷电的危害途径

雷电的危害途径有5种，一是直击雷：雷电直接击在建筑物、构架、树木等物体上，由于热电效应等混合力作用直接对物体造成伤害；二是雷云下的静电感应：一般针对线路而言，在一定强度的雷云下在高压架空线路上可以感应出300—400kV的过电压、在低压架空线路上可以感应出100kV的过电压、在电信线路上也可感应出40—60kV的过电压； 三是雷电的电磁感应：雷电流经引下线入地时，在引下线周围产生磁场、引下线周围的各种金属管线上经感应产生瞬间过电压；四是地电位反击：直击雷经接闪器如避雷针、避雷网等而直放入地，导致地网地电位上升，高电压经设备接地线引入设备造成反击；五是雷电波侵入： 电源线和通信线遭受直击雷或感应雷加载了过电压及雷电流以感应的方式耦合到线路上，进而入侵设备。

二、瞬态过电压对自控设备的危害

通常，在泵站的设计建设中对于直击雷的防护已经有比较完善的措施。自动化系统大部分置于泵房构筑物之中，网络线、电源线铺设于电缆沟中，因而遭受直接雷击的可能性不大。根据雷电电磁脉冲(LEMP)和实践经验证明： 电子计算机及其它自动化系统设备损坏的主要原因是雷电感应浪涌电压造成的。雷电感应浪涌电压是一种产生在微秒至毫秒之间的尖峰冲击电压，即瞬态过电压。它可以通过电源线、天馈线、通讯线和信号线把感应浪涌电压波引入设备内部，分别损坏电源模板、通讯模板、I/0模板，致使设备产生误动作、暂时瘫痪或立即烧毁元器件。

雷击的危害和防护

雷电是一种大气中的放电现象，作为一种无法抑制的强大的自然力的爆发，不仅威胁着人类的生命安全，而且常使电力、航空、通信、建筑等许多部门遭到破坏。在正常运行时，电力系统电气设备的绝缘处于额定电压作用下。但是，由于雷击和操作等原因，电力系统中某些部分的电压可能升高， 甚至会大大超过正常状态下的数值。这种对电气设备绝缘造成危险的电压升高，称为过电压。按过电压产生的原因分为大气过电压（雷击过电压）和内部过电压两大类。。

1 .雷电的形成：大气中的水蒸气和地面的湿气受热上升， 在空中不同冷、热气团相遇，凝结成水滴或冰晶，形成积云。积云运动，使电荷发生分 离，亦即在上下气流的强烈摩擦和撞击下，形成带正、负不同电荷的积云，也称雷云。

云层中电荷越聚越多，就形成了正、负不同雷云间的强大电场。同时，由于静电感应， 带电的雷云临近地面时，对大地或电气设备将感应出与雷云极性相反的电荷，二者之间形成了一个巨大的“电容器” 。雷云中电荷积聚到足够数量时，电场强度达到 25~30kV / cm 时，就会使正、负雷云之间或雷云与大地之间的空气绝缘击穿，而发出先导放电， 当先导放电到达另一雷云或大地时，就产生强烈的“中和”作用，出现强大的电流，其值可达数十至数百千安。该电流称为雷电流，这一过程称为主放电过程。主放电的温度可达 20000 ℃ ，使周围的空气猛烈膨胀，并出现耀眼的光亮和巨响，称为雷电，亦即通常所说的雷鸣和闪电。主放电到达云端就已结束，然后，云中的残余电荷，经主放电通道下来与地上的电荷中和，称为余光放电过程。余光阶段的电流不大，但持续时间较长。由于云中可能同时存在几个电荷堆积中心，当第一个电荷中心的上述放电完成后， 可能引起第二个、第三个中心向第一个通道放电，因此，雷电往往是多重性的（约占 40 % ) ，放电的平均数约为三次，雷击总的持续时间一般不超过 0.5s 。

2 .雷电过电压的基本形式 ：分为直接雷过电压、感应雷过电压、侵人波过电压三种基本形式。 （1）直接雷过电压。 雷云直接击中房屋、杆塔、电力装置等物体时，强大的雷电流流过该物体而泄人大 地，在该物体上将产生很高的电压降，称为直接雷过电压。由于直接雷过电压幅值极高，是任何绝缘都无法直接承受的，因此必须采取有效的保护措施，通常用避雷针、 避雷线、 避雷带或避雷网进行防护。 （2）感应雷过电压。 当雷击设备或架空线路附近地面时，在设备或导线上由于静电感应和电磁感应而产 生的过电压，称为感应雷过电压。感应过电压对 35kV 及以下绝缘是危险的，应采取措施加以防 护，但对 110kV 及以上的设备，由于其绝缘的冲击耐压水平高于 500kV ，故没有危 险。 （3）侵人波过电压。 它是指由于架空线路或架空金属管道上遭受直接雷或感应雷而产生的高压冲击雷电荷，可能沿线路或管道侵人室内。据统计，在电力系统中，由于雷电波侵人而造成的雷害事故，约占雷害总数的一半以上。

雷电的形成、分类与危害

一、雷电的形成

雷电是白然界中的一种放电现象。

雷电放电和一般电容器放电本质相同，所不同只是这个电容器两 块极板，并不是人为制造的，而是白然形成的。两块极板有时是两块 云块，有时一块是云块、另一块则是大地或地面上凸出的建筑物。并 且这两块极板间的距离比电容器大得多，有时可达数公里。因此，可 以说雷电是一种特殊的电容器放电现象。

大气中的饱和水蒸汽，由于气候的变化，发生上升或下降的对流，

在对流过程中由于强烈的摩擦和碰撞，水蒸汽凝结成的水滴就被压分 解成带有正负电荷的小水滴，大量的水滴聚积成带有不同电荷的雷云。 随着电荷的积聚，雷云的电位逐渐升高。当带有不同电荷的两块雷云 接近到一定程度时，两块雷云间的电场强度达到 25-30kV/cm时，其间 的空气绝缘被击穿，引起两块雷云间的击穿放电；当带电荷的云块接 近地面时，由于静电感应，使大地感应出与雷云极性相反的电荷，当 带电云块对地电场强度达到25-30kV/cm时，周围空气绝缘被击穿，雷 云对大地发生击穿放电。放电时出现强烈耀眼的弧光，就是我们平时 看到的闪电，闪电通道中大量的正负电荷瞬间中和，造成的雷电流高 达数百千安，这一过程称为主放电，主放电时间仅 30-50^ 放电波陡 度高达50KA/V&主放电温度高达20000C ,使周围空气急剧加热，骤 然膨胀而发生巨响，这就是我们平时听到的雷声。闪电和雷声的组合

我们称为雷电

由于声音传播的速度比光的传播速度要慢得多，所以我们总是先 看到闪电，而后听到雷声。

雷电的特点是：电压高、电流大、频率高、时间短。

二、雷电的分类

（一） 直击雷

雷云对地面或地面上凸出物的直接放电，称为直击雷。也叫雷击。

直击雷放电过程的展开图见图8-22。

雷云放电过程的展开图可以这样解释：当雷云对地面放电时，开 始出现先驱放电，放电电流比较小，一经到达地面，就开始主放电， 主放电由地面开始沿着先驱放电的通道直到云端， 放电电流迅速增大。