建筑物电子信息系统综合防雷技术

建筑物电子信息系统综合防雷技术

第一节概述

一、雷电是发生在因强对流天气而形成的雷雨云层间和雷雨层与大地之间强烈瞬间放电现象。当今还没有一个完整理论可以将全部雷电现象解释清楚。目前的办法是将不同理论综合起来，尽可能完善地解释各种雷电想象。

二、雷电的形成

1、雷电形成的三个条件：

空气中必须有足够的水汽；有使潮湿水气强烈持久上升的气流；有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象、地理条件。

2、带电云层形成的基本过程：

潮湿水气在强烈上升的过程中凝结成小水滴，水滴在运动过程中相互碰撞、摩擦，产生电荷，在碰撞时水滴分裂，大水珠带正电荷，小水珠带负电荷由上升气流推向云层上部，在大气电场的极化作用下，云层上部带负电荷，下部带正电荷、形成带不同电荷的云层。

3、雷电的形成的基本理论：

1）、雨滴分裂作用理论

当潮湿水气上升到高空，由于高空气温较低，产生凝结，在上升气流运动过程中逐渐增大形成小水滴。由于上升气流的不稳定，水滴在运动过程中相互摩擦、碰撞、分裂形成大小不等的水珠，大水珠带正电荷，小水珠带负电荷，小水珠容易被上升气流带到上层云层，大水珠则留在下层或降落到地面，这样便形成了电荷的分离过程。当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便产生闪电现象，形成雷电。

实验证明：

①、水滴分裂时确实是大水珠带正电荷，小水珠带负电荷；

②、分裂水滴所需气流的速度为3—8m/S，正是雷云中上升气流的速度。2）、电场极化理论

距离地面80公里以上的电离层具有一定的导电能力，而且是带正电荷的，而大地是带负电荷、形成比较稳定的大气电场。因此，电离层和地这两个带电导体中间被不导电的大气所绝缘，形成一个电容器。使处于其中的任何导体上端带负电荷，下端带正电荷，（云层也是如此）既发生极化。此外，近地大气中还常有一定量的离子，其中正离子较重（约为电子的2000倍）不大活动，而负离子则活动性较大，在大气电场的作用下，负离子向上运动，正离子向下运动形成上负下正离子层；另外，空气中水滴分裂后形成上负下正的带电云层，进一步被大气电场极化，这些云层电荷量逐渐积累增多，达到了足够的能量时，便产生闪电现象，形成雷电。三、雷电的危害

自然界的雷击分为直击雷和雷电感应高电压及雷电电磁脉冲辐射（LEMP）两类。

1、直击雷

直击雷是雷雨云对大地和建筑物的放电现象。它以强大的冲击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、强烈的电磁辐射损坏放电通道上的建筑物、输电线、室外电子设备、击死击伤人、畜等造成局部材产损失和人、畜员伤亡。

2、电感应高电压及雷电电磁脉冲（LEMP）

雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲是由于雷云层之间和雷云与大地之间放电时，在放电通道周围产生的电磁感应、雷电电磁脉冲辐射以及雷云电场的静电感应、使建筑物上的金属部件、管道、钢筋、和由室外进入室内的电源线、信号传输线、天馈线等感应的雷电高电压，通过这些线路以及进入室内的管道、电缆、走线桥架等引入室内造成放电，损坏电子、微电子设备。

3、因为直击雷和雷电感应高电压及雷电电磁脉冲的入侵通道不同，其次是由于被保护的系统屏蔽差、没有采取等电位连接措施、综合布线不合理、接地不规范、没有安装浪涌保护器SPD或安装的浪涌保护器不符合相关规范的要求等，使雷电感应高电压及雷电电磁脉冲入侵概率大大提高，损坏相应的电子、电气设备。全国每年因雷电造成的损失高达数十亿元、因此雷电灾害必须防治。

四、雷电灾害防治的基本方法

1、直击雷和雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲（LEMP）的侵害渠道不同，防护措施也就不同。防直击雷主要采用避雷针、避雷带（网）等传统避雷装置，只要设计规范，安装合理，这些避雷设施便能对直击雷进行有效的防御。

2、但是无论多么完善的避雷针（带），对雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲的防护都无能为力，因为雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲是由于电子、电气设备的电源线、信号线、天馈线和进入室内的管道等招引而致，损坏相应的电子、电气设备。

3、而当富兰克林发明避雷针时及以后270多年间，电子设备并不多，雷电电磁脉冲的危害现象也不明显，人们自然就想不到要对它进行防御，只要能防护直击雷就足够了。然而，当今社会电子设备大量应用，特别是电子计算机技术、通信技术的高速发展和日益普及，雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲的危害明显增加，仅靠避雷针防雷已远远不能满足电子、通信、微电子设备和航空设施防雷的实际需求。

4、为了确保电子信息设备正常工作，近年来雷电防护也由富兰克林式避雷针防直击雷发展到综合防雷工程的新阶段。综合防雷工程是一个系统工程，它包括：直击雷的防护、等电位连接措施、屏蔽措施、规范的综合布线、设计安装SPD、完善合理的接地系统六个部分组成。在一个完善的防雷系统工程中（特别是微电子设备的防雷工程）缺一不可。如果某一个环节考虑不周，即使进行了防雷方面的工作也起不到防雷作用，还有可能引雷入室而造成电子设备失灵或永久性损坏。

5、雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲的防护是在入侵通道上将雷电过电压、电流泄放入地，从而达到保护电子设备的目的。其主要方法是采用隔离、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压与过流保护、接地等方法将雷电过电压、过电流以及雷电电磁脉冲消除在设备外围，从而有效的保护各类设备。

6、目前防雷器主要由气体放电管、放电间隙、高频二极管、压敏电阻、瞬态、二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件根据不同频率、功率、传输速率、阻抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求组合成电源线、天馈线、信号线系列浪涌保护器（SPD）安装在微电子设备的外连线路中，将地线按联合接地原则接入系统的地线，才不至于造成地电位反击，从而真正起到安全保护接地的目的。只要设计合理、安装合格、浪涌保护器就能对雷电进行有效的防护。

7、我们既要防止直击雷，依靠合格的避雷针、带、网系统；也要防止雷电雷电感应高电压及雷电电磁脉冲，二者有机结合，相互补充，构成一套完整的现代综合防雷体系，才能有效地防止雷击事故,减少雷击灾害，保护建筑物、设备和人身安全。

第二节国内外防雷技术概况

一、什么是雷电？

雷电是因强对流气候而形成的雷雨云层间和云层与大地间强烈瞬间放电现象。当雷击发生时，产生强大的雷击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、瞬变的电磁场和强烈的电磁辐射等综合物理效应，是一种严重的气象自然灾害。

二、雷电防护学属新兴高科技边缘学科。它与电工学、电子技术、微电子技术、通讯技术、计算机技术、化学、建筑材料及结构等多学科紧密相连。

三、国内外防雷技术概况

我国防雷理论在世界上处于领先地位。从实践中总结出一套综合防雷理论指导防雷工程工作、使我国防雷技术在世界上处于领先地位，达到一个新的水平。将雷