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雷電的產生、破壞防雷知識

來源:張工 發布時間:2011-11-15 16:10:01

 1. 雷電的產生
  人們通常把發生閃電的云稱為雷雨云,其實有幾種云都與閃電有關,如層積云、雨層云、積云、積雨云,最重要的則是積雨云,一般專業書中講的雷雨云就是指積雨云。

  云的形成過程是空氣中的水汽經由各種原因達到飽和或過飽和狀態而發生凝結的過程。使空氣中水汽達到飽和是形成云的一個必要條件,其主要方式有:

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) 水汽含量不變,空氣降溫冷卻;
 ?。?span lang="EN-US">2) 溫度不變,增加水汽含量;

 ?。?span lang="EN-US">3) 既增加水汽含量,又降低溫度。

  但對云的形成來說,降溫過程是最主要的過程。而降溫冷卻過程中又以上升運動而引起的降溫冷卻作用最為普遍。積雨云就是一種在強烈垂直對流過程中形成的云。由于地面吸收太陽的輻射熱量遠大于空氣層,所以白天地面溫度升高較多,夏日這種升溫更為明顯,所以近地面的大氣的溫度由于熱傳導和熱輻射也跟著升高,氣體溫度升高必然膨脹,密度減小,壓強也隨著降低 ,根據力學原理它就要上升,上方的空氣層密度相對說來就較大,就要下沉。熱氣流在上升過程中膨脹降壓,同時與高空低溫空氣進行熱交換,于是上升氣團中的水汽凝結而出現霧滴,就形成了云。在強對流過程中,云中的霧滴進一步降溫,變成過冷水滴、冰晶或雪花,并隨高度逐漸增多。在凍結高度(-10攝氏度),由于過冷水大量凍結而釋放潛熱,使云頂突然向上發展,達到對流層頂附近后向水平方向鋪展,形成云砧,是積雨云的顯著特征。

  積雨云形成過程中,在大氣電場以及溫差起電效應、破碎起電效應的同時作用下,正負電荷分別在云的不同部位積聚。當電荷積聚到一定程度,就會在云與云之間或云與地之間發生放電,也就是人們平常所說的"閃電"。

  雷電以其巨大的破壞力給人類、社會帶來了慘重的災難,尤其是近幾年來,雷電災害頻繁發生,對國民經濟。造成的危害日趨嚴重。我們應當加強防雷意識,與氣象部門積極合作,做好預防工作,將雷害損失降到最低限度。

  2. 雷電的破壞
     
  雷電的破壞主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差達到一定程度(2530kV/cm)時,所發生的猛烈放電現象?!?/font>
  通常雷擊有三種形式,直擊雷、感應雷、球形雷。

  直擊雷是帶電的云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。避雷針等裝置可將“直擊雷”產生的高電壓、強電流迅速引入大地,消除雷擊的影響,從而起到保護設施的作用。

  感應雷是當直擊雷發生以后,云層帶電迅速消失,地面某些范圍由于散流電阻大,出現局部高電壓,或在直擊雷放電過程中,強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發生高電壓、而發生閃擊現象的二次雷。雖然在避雷針的保護范圍內,物體可免遭直接雷擊,但“感應雷”可在電力、通信、網絡、衛星天線及有線電視等線纜上產生高壓感應和電流“浪涌”,并通過導線引入配電間、機房、辦公室和住宅等,使電源、通訊及電子設備不可避免地受到損害。因此,防止這些現代社會的雷害顯得十分緊迫和必要。

  球形雷是球狀閃電的現象。

3.
雷擊保護的基本原則
   
  欲使設備得到很好的保護,首先應對其所處的環境、受雷電影響的程度做出客觀的估計,因它與出現過電壓的幅值、概率、網絡結構、設備抗電壓能力、保護水平和接地等有關;防雷工作應作為一項系統工程來考慮,強調全面防護(包括建筑物、傳輸線路、設備和接地等),綜合治理,且要做到科學、可靠、實用和經濟。針對感應雷瞬時能量較大的特點,根據IEC國際標準對能量逐級吸收的理論,及防護區間量級分類的原則,需要做多級防護。
   
  4. 雷電防護措施
  
  采用避雷針、避雷器和避雷網等可防止和減少雷電對建筑物、人身和居室造成的危害。但已有大量事實證明:在安裝了這些避雷裝置的室內,計算機設備、通訊網絡及微電子器件在雷擊時,卻仍然會遭受不同程度的損害。對此,科學家通過進一步的分析,已經找到了其中的原因所在。

避雷器的種類基本上分三大類型:

    
1電源防雷器:按電壓的不同,分22V的單相電源防雷器和380V的三相電源防雷器(安裝時主要是并聯方式,也串聯方式)。“電源防雷器”并接在電力線路上,可遏制瞬態過電壓和泄放浪涌電流。從總進線到用電設備端通常配置分為三級,經過逐級限壓和放電,逐步消除雷電能量,保證用電設備的安全。根據不同的需要可選用“可插拔模塊型”、“端子接線式”和“移動插座式”等品種。

 ?。?span lang="EN-US">2)信號防雷器:多數用于計算機網絡、通信系統上,安裝的方式是串聯。“信號防雷器”接入信號接口后,一方面能切斷雷電進入設備的通路,另一方面能迅速對大地放電,確保信號設備的正常工作。信號防雷器具有多種規格,分別可用于電話、網絡、模擬通信、數字通訊、有線電視及衛星天線等設備的防雷,各種設備的輸入口特別是室外引入端,均應安裝信號防雷器。

 ?。?span lang="EN-US">3)網絡防雷器:它適用于有發射機天線系統和接收無線電信號設備系統,連接方式也是串聯。

  選用防雷器要注意接口的形式和接地的可靠,重要場所應設置專用的接大地線,切不可將防雷接地線與避雷針接地線并接,且要盡量遠離、分開入地

5.
電涌對計算機和其它敏感電氣設備的危害  
  計算機技術發展至今,多層、超規模的集層芯片,電路密集,趨向是集成度更高、元器件間隙更小、導線更細。幾年前,一平方厘米的計算機芯片有 2,000個晶體管而現在的奔騰機則超過10,000,000個。從而增加了計算機受電涌損壞的概率。由于計算機的設計和結構決定了它應在特定的電壓范圍內工作。當電涌超出計算機能承受的水平時,計算機將出現數據亂碼,芯片被損壞,部件提前老化,這些癥狀包括:出乎預料的數據錯誤,接收/輸送數據的失敗,丟失文檔,工作失常,經常需要維修,原因不明的故障和硬件問題等等。

  雷電電涌遠遠超出了計算機和其它電氣設備所能承受的水平,絕大多數情況下,造成計算機和其它電器設備的當即毀壞,或數據的永遠丟失。即使是一個20馬力的小型感應式發動機的啟動或關閉也會產生3,0005,000伏的電涌,使和它共用同一配電箱的計算機在每一次電涌中都會受到損壞或干擾,這種電涌的次數非常頻繁。
  
  CBEMA -計算機商業設備制造商協會制定了國際標準,該標準是IBM等計算機制造商們設計、制造計算機的依據。中國的行業標準規定:使用 220/380伏電力系統的計算機所能承受的過電壓不高于2000伏。

  美國廣泛地應用計算機比中國早約20年,是通過慘痛的教訓后才重視了對計算機的電涌防護。美國的銀行、前 500強公司、防衛設施、金融保險系統、服務網絡、電訊網絡、石油化工廠等都裝有電涌防護器。 中國將是世界上最大的計算機消費市場。五年前的中國銀行還未計算機化。隨著計算機的普及,人們也認識到保護這種電子設備的重要性。我國于1998年頒布并實施了計算機信息系統防雷保安器的行業標準。

6.
電涌容易損壞的電氣設備
  含有微處理器的電氣設備極易受到電涌的損壞,這包括計算機和計算機的輔助設備、程序控制器、PLC、傳真機、電話、留言機等;程控交換機、廣播電視發送機、微波中繼設備;家電行業的產品包括電視、音響、微波爐、錄像機、洗衣機、烘干機和電冰箱等。美國的調查數據表明,在保修期內出現問題的電氣產品中,有63%是由于電涌造成的。

7.
電涌的來源      
  電涌可來自電氣裝置外部,也可來自電氣裝置內部,即來自電氣裝置內的電器設備。

  來自外部的電涌 這種電涌由雷電或公用電網開關的投切引起,這兩類有害的電源擾動都可擾亂計算機和微機信息處理系統的工作,引起停工或永久性設備損壞?! ?/font>
  當云層上有電荷儲蓄,云層下表面產生極性相反的等量電荷時,將引起雷電放電。其后的情況就像一個大電池組或一個大電容器的放電那樣,云層和地面間的電荷電位高達若干百萬伏。發生雷擊時以若干千安設計的電流通過雷擊放電,經過所有設備和大地返回云層,從而完成電的通路。不幸的是這個雷電通路常常取道重要或貴重的設備。電涌防護的關鍵概念是給雷電感應電流提供一個通向大地的短捷有效的通路。這樣雷電涌流將從設備外分流。所示為設備處雷電流減少的情況。 大的雷擊電流值常被例舉應用,其實它發生的可能性很小。

  來自內部的電涌 來自內部的電涌是經常發生的,諸如來自空調機、空壓機、電弧焊機、電泵、電梯、開關電源和其它一些感性負荷的電涌。例如一臺20hp的感應電動機(線電壓230V,4級,Y結線)在最大轉矩時每相具有約39J的儲存能量,當其標稱方根值電流被截斷時,它將產生瞬態過電壓。它經常發生,和它自同一配電箱供電的其它負荷將因此易受損壞或工作失常。

   
  雷電是導致電涌最明顯的原因,雷電擊中輸電線路會導致巨大的經濟損失。每一次電力公司切換負載而引起的電涌都會縮短各種計算機、通訊設備、儀器儀表和 PLC的壽命。另外,大型電機設備、電梯、發電機、空調、制冷設備等也會引發電涌。UPS 也可被電涌摧毀?!?/font>
  建筑物頂部的避雷針在直擊雷時可將大部分的放電分流入地,避免建筑物的燃燒和爆炸。UPS 不間斷電源是處理電壓的嚴重下降。二者非常有用,但都不能保護計算機免受電涌的破壞,而且UPS 本身集中很多微處理器,也可被電涌摧毀。 25年之前,IBM發現電涌更為常見的來源是電力公司的電網開關和大型電力設備(如空調和電梯)。每天都有這樣的電涌通過配電盤進入工作室破壞電子設備或縮短其壽命。因此,在美國幾乎所有的有計算機或其它敏感電氣設備的建筑都安裝了防雷器器。

 

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本文來自:  http://www.damehaciendo.com

 

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