[摘要]隨著科技的不斷發(fā)展，大量電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。各種信息系統(tǒng)中使用的弱電設(shè)備經(jīng)常遭受到直擊雷、感應(yīng)雷以及雷電瞬間過電壓、過電流的侵襲和危害。本文首先對(duì)雷電的形成和特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，進(jìn)而重點(diǎn)研究雷電對(duì)弱電設(shè)備的影響。
　　[關(guān)鍵詞]感應(yīng)雷，防雷保護(hù)，影響
　　雷電造成的危害無孔不入，尤其是對(duì)電子信息系統(tǒng)等弱電設(shè)備的危害是極大的。因?yàn)橐恍╇娮釉O(shè)備工作電壓只有幾伏，傳遞信息的電流也非常小，對(duì)外界的干擾及其敏感。而雷電的電壓可高達(dá)數(shù)十萬伏，瞬間電流可高達(dá)數(shù)十萬安，所以具有極大的破壞性。有效地防止雷電對(duì)電子信息系統(tǒng)等弱電設(shè)備所產(chǎn)生的危害，是保證變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。因此，我們對(duì)雷電的形成和對(duì)雷電過電壓的危害進(jìn)行深入研究是很有必要。
　　一、雷電的形成分析
　　地球上空有一層電離層，它是由正電粒子組成的，該電離層起著防止太陽和宇宙空間各種有殺害生命作用的射線進(jìn)入地面。由于雷電不斷補(bǔ)充電離層放電失去的電荷，保持電離層總電荷量大體平衡，使這層生命的保護(hù)屏障得以保存，使地球上的生命不致被宇宙射線滅絕。因此，可以說是雷電促使地球成為文明的星球。由于雷擊會(huì)給人類帶來災(zāi)害，所以人類很早就與雷害進(jìn)行斗爭(zhēng)了。
　　不管是直擊雷還是感應(yīng)雷，都與帶電的云層分不開。帶電的云層稱為雷云。有關(guān)雷云的假說很多，但至今尚未有一種被公認(rèn)為無懈可擊的完整學(xué)說，這里介紹其中被認(rèn)為比較完整并經(jīng)常被推薦的假說。科學(xué)工作者的測(cè)試結(jié)果表明，大地被雷擊時(shí)，多數(shù)是負(fù)電荷從雷云向大地放電，少數(shù)是雷云上的正電荷向大地放電。在一塊雷云發(fā)生的多次雷擊中，最后一次雷擊往往是雷云上的正電荷向大地放電。從觀測(cè)證明，發(fā)生正電荷向大地放電的雷擊顯得特別猛烈。
　　雷電的成因是摩擦生電及云塊切割磁力線，把不同電荷進(jìn)一步分離。由此可見，雷電的主要能源來自于大氣的運(yùn)動(dòng)。沒有這些運(yùn)動(dòng)，是不會(huì)有雷電的，這也說明了為什么雷電總是伴隨著狂風(fēng)暴雨而出現(xiàn)。為了便于數(shù)學(xué)和工程上的討論分析，有必要對(duì)雷電放電進(jìn)行模型的建立。雷電放電的物理過程很復(fù)雜，國際上都習(xí)慣把雷擊低接地阻抗物體時(shí)流過該物體的電流定義為雷電流。因而在防雷保護(hù)計(jì)算的彼得遜等值電路中，等值雷電流通常就直接用雷電流來表示。
　　二、雷電對(duì)弱電設(shè)備的影響
　　雷電有兩個(gè)放電參數(shù)：一個(gè)是起主要破壞作用的雷電流，常達(dá)幾十安到幾十萬安，其作用時(shí)間極短；另一個(gè)是雷電流的上升速度，通常稱陡度，其值在1~80kv/us之間。雷電對(duì)弱電設(shè)備的影響是由以上兩個(gè)放電特性引起的，具體可分為以下幾類。
　　（一）直擊雷的影響。直擊雷是指雷雨云對(duì)大地和建筑物放電的現(xiàn)象。它以強(qiáng)大的沖擊電流、熾熱的溫度、猛烈的沖擊波以及強(qiáng)烈的電磁輻射損壞放電通道，其最高電流達(dá)200~300kv，一般在20~40kv，其時(shí)間甚短，一般僅為10~100us。直接擊在建筑物構(gòu)架上，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和雷電沖擊波等作用而造成電力線路、電力系統(tǒng)弱電設(shè)備等損壞。其對(duì)弱電設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　1.電效應(yīng)的破壞作用。根據(jù)安培定律，當(dāng)A、B平行導(dǎo)體上分別通以電流i1，i2(kv)，A、B的距離為d(m)時(shí),每米導(dǎo)線所受的作用力按下式計(jì)算:
　　式中，平行導(dǎo)體的長(zhǎng)度10為1m。
　　假定雷擊的瞬間兩導(dǎo)體的電流i1和i2都等于100kv，兩導(dǎo)體的距離d為50cm。計(jì)算結(jié)果表明，這兩根導(dǎo)體每米都受到408kg的力。因此雷擊的時(shí)候，由于電動(dòng)力的作用，也有可能使弱電設(shè)備導(dǎo)線折斷。
　　同樣對(duì)拐彎的導(dǎo)體或金屬構(gòu)件，在拐彎部分也將受到電動(dòng)力作用，它們之間的夾角越小，受到的電動(dòng)力越大。當(dāng)拐角的夾角為銳角時(shí)受到的作用力最大，鈍角最小。所以接閃器及其引下線不應(yīng)出現(xiàn)銳角的拐彎，在不得已采用直角拐彎時(shí)應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)件強(qiáng)度。
　　2.熱效應(yīng)的破壞作用。如果雷電擊在電弱電設(shè)備上，由于雷電流很大，通過的時(shí)間極短，被擊得物體瞬間產(chǎn)生巨大熱量，又來不及散發(fā)，將產(chǎn)生巨大的爆炸力。當(dāng)雷電流通過金屬體時(shí)，如果金屬體的截面積不夠大時(shí)，甚至可使其熔化。因?yàn)橥ǖ赖臏囟瓤筛哌_(dá)6000°C~10000°C,甚至更高。因此在雷電流通道上遇到易燃物質(zhì)，可能引起火災(zāi)。
　　3.雷電流沖擊波的破壞作用。雷電通道的溫度高達(dá)幾千度至幾萬度，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴(kuò)散，其外圍附近的空氣被強(qiáng)烈壓縮，形成“激波”。被壓縮空氣層的外界稱為“激波波前”。“激波波前”到達(dá)的地方，空氣的密度力和溫度都會(huì)突然增加。“激波波前”過去后，該區(qū)壓力下降，直到低于大氣壓力。這種“激波”在空氣中傳播，會(huì)使其附近的電力線路、電氣設(shè)備受到破壞。
　　（二）感應(yīng)雷的影響。感應(yīng)雷對(duì)弱電設(shè)備的影響主要是指在雷云之間放電或雷云對(duì)地之間放電時(shí)，在附近的戶外傳輸信號(hào)線路、埋地電纜線路、設(shè)備連接線上產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路之間或線路末端的電子設(shè)備受到損壞。感應(yīng)雷雖不如直擊雷猛烈，但其發(fā)生的概率比直擊雷高得多。當(dāng)雷云層與層之間以及雷云與大地之間放電時(shí)，在放電通道周圍產(chǎn)生的電磁感應(yīng)、雷電電磁脈沖的輻射以及雷云電場(chǎng)的靜電感應(yīng)，使建筑物上的金屬部件、管道、鋼筋和由室外進(jìn)入室內(nèi)的電源線、信號(hào)傳輸線、天線饋線等感應(yīng)出雷電高電壓，并通過這些線路以及進(jìn)入室內(nèi)的管道、電纜等引入室內(nèi)造成電子設(shè)備損壞。顯然感應(yīng)雷危害是大面積的，危害電子設(shè)備的主要干擾源。
　　1.靜電感應(yīng)。當(dāng)建筑物頂部或其他導(dǎo)體處于雷云與大地間所形成的電場(chǎng)中時(shí)，建筑物頂部或?qū)�體上就會(huì)聚集極性與雷云下部電荷極性相反的大量電荷。當(dāng)雷云與放電體間的電場(chǎng)強(qiáng)度超過兩者之間空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，雷云對(duì)放電體放電，正、負(fù)電荷在電路中猛烈地中和。雷云放電后，云與大地間的電場(chǎng)突然消失，建筑物頂部或?qū)�體上的電荷來不及立即流散，因而產(chǎn)生很高的對(duì)地電位差。這個(gè)對(duì)地電位差稱為靜電感應(yīng)電壓。如果樓頂不采取良好的接地措施，室內(nèi)的設(shè)備即有可能因靜電感應(yīng)電壓而受損。
　　2.電磁感應(yīng)。由于雷電流具有極大的幅值和陡度，在放電通道周圍的空間里會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的變化電磁場(chǎng)。處在這一電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)如果回路中有些地方接觸不良，就會(huì)產(chǎn)生局部發(fā)熱或放電現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象還可以使構(gòu)成閉合回路的金屬物體產(chǎn)生感應(yīng)電流，對(duì)設(shè)備或建筑物造成損害。事實(shí)上，在生產(chǎn)實(shí)踐中雷擊的靜電感應(yīng)破壞力數(shù)倍于電磁感應(yīng)。靜電感應(yīng)還可用雷擊的二次效應(yīng)理論來解釋。帶電雷云飄浮在地表上空，地表帶上極性與雷云極性相反的等量電荷。當(dāng)雷擊過后，雷擊點(diǎn)地表變?yōu)殡姾傻南鄬?duì)空穴，周圍高電荷區(qū)域與地電位相對(duì)絕緣的導(dǎo)體上的電荷，將導(dǎo)致設(shè)備打火、絕緣受損和電子設(shè)備失效。
　　綜上所述，雷電對(duì)弱電設(shè)備的影響是由雷電流和陡度兩個(gè)放電特性引起的，其破壞作用主要體現(xiàn)在電效應(yīng)、磁效應(yīng)和熱效應(yīng)等方面。其中感應(yīng)雷的危害是大面積的，是危害電子設(shè)備的主要干擾源。因此，我們?cè)谶M(jìn)行防雷保護(hù)工作時(shí)，要重點(diǎn)完善對(duì)感應(yīng)雷的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的屏蔽。