雷電流對弱電設備的危害及入侵途徑分析

董德文　賈棟祥

[摘要]主要論述雷電流的危害，并從5個方面分析破壞原理，并從直擊雷和感應雷、傳導雷三個方面分析雷電流入侵弱電系統的途徑。

[關鍵詞]雷電流弱電系統電磁感應

中圖分類號：059文獻標識碼：A文章編號：1671－7597(2009)0210031－01

雷電是一種極具破壞力的自然現象，其電壓可高達數百萬伏，瞬間電流更可高達數十萬安培。千百年來，雷電所造成的破壞可謂不計其數。落雷后在雷擊中心1.5－2Km半徑的范圍內都可能產生過電壓損害線路上的設備。雷電災害如同暴雨、颶風一樣都屬于氣象(自然)災害，它與水災、干旱、刑事犯罪、交通事故統稱為影響社會安全和經濟發展的六大災害。

一、雷電流的破壞原理及其危害

1、雷電流熱效應破壞原理

強大雷電流通過被擊物體時，由于時間很短，在被擊物體內瞬間產生大量熱，如果被擊物體是樹木、建筑物等熱的不良導體時，產生的熱量來不及散發，導致爆炸，造成破壞；如果被擊物為金屬體時，則可使金屬體高溫而熔化。

2、雷電流沖擊波的破壞原理

雷電通道的溫度高達幾千℃至幾萬℃，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴散，其外圍附近的冷空氣被強烈壓縮，形成“激波”，其在空氣中傳播時，周圍的空氣的密度、壓力和溫度都會突然增加，會使其附近的建筑物、人、畜受到破壞和傷亡。這種破壞作用與炸彈爆炸的破壞作用一樣。

同時，強大雷電流因迅速放電而突然收縮時，形成稀疏區和壓縮區，形成次聲波，對人、畜同樣有傷害作用。

3、雷電流電動力效應的破壞原理

電流周圍產生磁場(用右手定則確定磁力線方向)，電流在磁場中受力(用左手定則確定其受力方向)。

4、雷電的靜電感應和電磁感應的破壞原理

(1)靜電感應。當空間有帶電的雷云下面的地面及建筑物等，都由于靜電感應的作用而帶上相反的電荷，局部地區感應高電壓，在高壓架空線路可達300KV～400KV，在低壓架空線路可達100KV，電信線路可達40～60KV，建筑物也可以產生相當高的電壓。對接地不良的電氣系統有破壞作用，對于接地不良的金屬器件之間容易發生火花，這對存放易燃物品的建筑物有引超爆炸的危險。

(2)電磁感應。由于雷電流有極大峰值和陡度，在它周圍的空間有強大的變化的電磁聲處在這電磁場中的導體會感應出較大的電動勢。其原理如圖所示：感應電勢足以使氣隙a、b間放電，并產生火花。

由雷電引起的靜電感應和電磁感應統稱為感應雷，又叫二次雷，對人、畜都有一定的危險。根據調查顯示，以雷擊點為中心3km范圍內都可能產生危險過電壓。損害線路上的設備。近年來，隨著大量數據設備和精密儀器的廣泛應用，雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。

5、雷電反擊和引入高電位

(1)雷電反擊，當直擊雷擊中的金屬體(包括接閃器、接地引線和接地體)時，該金屬體在接閃瞬間與大地間存在很高的電壓，這電壓對與大地連接的其他金屬物品會發生閃擊。

(2)雷電引入高電位，當直擊雷或感應雷從輸電線、通信電纜、無線電天線等金屬的引入線引入建筑物內時，會發生閃擊而造成雷擊事故。

近年來，隨著大量的數據設備和精密儀器應用的范圍日益廣泛，雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。由于通訊計算機網絡精密設備內部結構的高度集中化，使設備耐受過電壓、過電流的能力下降，更易遭受雷電破壞。輕者可造成計算機終端和通信設備的接口損壞，使通信中斷，大量信息丟失或無法傳輸；嚴重者使網絡主機損壞，導致網絡癱瘓，工作無法進行。計算機網絡系統易遭受雷擊損壞的設備有：MODEM(調制解調器)、ROUTER(路由器)SWITCH(交換機)、HUB、網卡、通信卡、UPS、計算機電源及主板。

二、雷電流的入侵途徑

1、直擊雷：雷電直接擊中建筑物，雷電的不到50％的能量將會從引下線等外部避雷設施泄放到大地，其中接近40％的能量將通過建筑物的供電系統分流，其中5％左右的能量通過建筑物的通信網絡線纜分流，其余的雷擊能量通建筑物的其他金屬管道、纜線分流。這里的能量分配比例會隨著建筑物內的布線狀況和管線結構而變化。直擊雷波形為10/350us。

2、傳導雷(雷電波侵入)：在更大的范圍內(幾公里甚至幾十公里)，雷電擊中電力或信息通訊線路，然后沿著傳輸線路侵入設備。其中地電位反擊也是傳導雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、地面，導致地電壓升高，并在周圍形成巨大的跨步電壓。雷電可能通過接地系統或建筑物間的線路入侵雷電延建筑物內部設備形成地電位反擊。

3、感應雷(雷電波感應)：在周圍1000公尺左右范圍內(有資料為500公尺或1500公尺，距離應隨著雷擊大小和屏蔽措施而變化)。發生雷擊時，LEMP在上述有效范圍內，在所有的導體上產生足夠強度的感應浪涌。因此分布于建筑物內外的各種電力、信息線路將會感應雷電而對設備造成危害。

三、結束語

在進行防雷設計時，必須了解雷電流入侵途徑，才能進行正確的設計。