了解雷电防护的基本原理

防雷器工作原理

引言概述：

雷电是一种极具破坏力的自然现象，经常会给人们的生活和财产带来威胁。为了保护人们的安全和财产，防雷器应运而生。防雷器是一种专门用于防护建筑物和设备免受雷击损害的装置。本文将详细介绍防雷器的工作原理。

一、防雷器的基本原理

1.1 电荷分离和积累

雷电形成的基本原理是云与地之间的电荷分离和积累。当云层中的水蒸气与冰晶碰撞时，会产生正电荷和负电荷。正电荷会聚集在云层的上部，负电荷则会聚集在云层的下部。地面上的物体也会与云层中的电荷发生作用，导致地面上形成相应的电荷分布。

1.2 电场强度和电压梯度

在雷电形成的过程中，云层和地面之间会形成电场。电场的强度取决于电荷的量和距离。电场强度越大，电压梯度也就越大。当电场强度达到一定程度时，就会产生电击放电现象，即雷电。

1.3 防雷器的作用

防雷器的主要作用是通过改变电场的分布，将雷电的放电通路引导到地下，从而保护建筑物和设备免受雷击损害。防雷器能够吸收雷电的能量，将其引导到地下，减少雷电对建筑物和设备的冲击。

二、防雷器的类型

2.1 避雷针 避雷针是一种最常见的防雷器类型。它通常由金属材料制成，安装在建筑物的高处。避雷针的尖端会吸引雷电，将其引导到地下，起到保护建筑物的作用。

2.2 避雷网

避雷网是一种由导电材料制成的网状结构，安装在建筑物的外墙上。它可以将雷电引导到地下，起到保护建筑物的作用。避雷网通常与避雷针结合使用，提供更全面的防护。

2.3 避雷带

避雷带是一种安装在建筑物周围的导电带状物。它可以将雷电引导到地下，起到保护建筑物的作用。避雷带通常与避雷针和避雷网结合使用，提供更全面的防护。

三、防雷器的工作过程

3.1 电场分布改变

防雷器通过改变电场的分布，将雷电的放电通路引导到地下。它可以将电场强度集中在防雷器上，减少雷电对建筑物和设备的影响。

3.2 能量吸收和分散

防雷器能够吸收雷电的能量，并将其分散到地下。这样可以减少雷电对建筑物和设备的冲击，保护其免受损害。

雷电的根本知识及其预防

雷电的根本知识

电闪雷鸣终究是怎么回事，早在二百多年前，美国科学家富兰克林，在雷雨天通过放风筝实验，证明了雷击是大气中的放电现象，并建立了雷电学说。下面我们来谈谈有关雷电的根本知识。

1.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。经过运动，带上一样电荷的质量较重的物质会到达云层的下部〔一般为负电荷〕，带上一样电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部〔一般为正电荷〕。这样，同性电荷的聚集就形成了一些带电中心，当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成“云间放电〞〔即闪电〕。

带负电荷的云层向下靠近地面时，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闪流，二者相遇即形成对地放电 。这就容易造成雷电灾害。

雷电形成于大气运动过程中，其成因为大气运动中的剧烈摩擦生电以及云块切割磁力线。

闪电的形状最常见的是枝状，此外还有球状、片状、带状。闪电的形式有云天闪电、云间闪电、云地闪电。云间闪电时云间的摩擦就形成了雷声。

2.雷电的主要特点

2.1 冲击电流大

其电流高达几万-几十万安培。

2.2 时间短

一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电。整个过程一般不会超过60微秒。

2.3 雷电流变化梯度大

雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒。

2.4 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。

3.雷电的破坏

雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差到达一定程度〔25—30kV/cm〕时，所发生的猛烈放电现象。通常雷击有三种形式，直击雷、感应雷、球形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电过程中，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、而发生闪击现象的二次雷。球形雷是球状闪电的现象。

雷电防护基本原理

雷电及其它强干扰对通信系统的致损及由此引起的后里是严重的，雷电防护将成为必需。雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备;一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌;地线通道，地电们反击;空间通道，电磁小组的辐射能量。

其中金属管线通道的浪涌和地线通道的地电位反击是电子信息系统致损的主要原因，它的最见的致损形式是在电力线上引起的雷损，所以需作为防扩的重点。由于雷电无孔不入地侵袭电子信息系统，雷电防护将是个系统工程。雷电防护的中心内容是泄放和均衡。

1.泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地;层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。防雷保护区又称电磁兼容分区，是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域：LPZOA区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各特体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。LPZOB区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区电磁场没有衰减。LPZ1区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少，电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施。后续的防雷区(LPZ2区等)如果需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入后续防雷区，应按照需要保护的系统所要求的环境区选择且续防雷区的要求条件。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，防雷区的设置具有重要意义，它可以指导我们进行屏蔽、接地、等电们连接等技术措施的实施。

防雷的基本理论和原理

A.直接雷击：是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器（针、带、网、线、）引下线构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁，但雷电会透过多种形式及途径破坏电子设备。

B.感应雷击：雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，并在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线和电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而一次雷闪击都可以在

较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压现象并且这种感应高压可以通过电力线、电话线等传输到很远，致使雷害范围扩大。装有避雷针的建筑物，可以避免雷击损坏建筑物，但是雷击通过避雷针的地线从建筑物顶端泻放入大地或者附近发生雷击的时候，会产生很强的电场，建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压，这些感应电压的高低随着金属形状、距地线的距离和雷击大小而变（根据IEC61312标准，当雷击击中建筑物时，即使装有避雷针，直击雷电流50%的通过引下线和接地系统入地，仍然会有大约50%的雷击能量仍会分配到电源系统）一旦您的电源输入线、电话线、网络线或其它电子设备的金属引出、引入线感应到瞬间高压，避雷针就无能为力了。感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备。

C、球形雷：是一种特殊的雷电现象，简称球雷。一般是以橙或红色，或似红色火焰地发光球体，（也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的），直径一般约为10-20厘米，最大的直径可达一米，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是3至5秒，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，有的由烟囱或通气管道滚进楼房，多数沿带电体消失。