1.雷電的產(chǎn)生

　　人們通常把發(fā)生閃電的云稱(chēng)為雷雨云，其實(shí)有幾種云都與閃電有關(guān)，如層積云、雨層云、積云、積雨云，最重要的則是積雨云，一般專(zhuān)業(yè)書(shū)中講的雷雨云就是指積雨云。

　　云的形成過(guò)程是空氣中的水汽經(jīng)由各種原因達到飽和或過(guò)飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結的過(guò)程。使空氣中水汽達到飽和是形成云的一個(gè)必要條件，其主要方式有：

　�。�1）水汽含量不變，空氣降溫冷卻；

　�。�2）溫度不變，增加水汽含量；

　�。�3）既增加水汽含量，又降低溫度。

　　但對云的形成來(lái)說(shuō)，降溫過(guò)程是最主要的過(guò)程。而降溫冷卻過(guò)程中又以上升運動(dòng)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(guò)程中形成的云。由于地面吸收太陽(yáng)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(zhù)升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，壓強也隨著(zhù)降低 ，根據力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密度相對說(shuō)來(lái)就較大，就要下沉。熱氣流在上升過(guò)程中膨脹降壓，同時(shí)與高空低溫空氣進(jìn)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(guò)程中，云中的霧滴進(jìn)一步降溫，變成過(guò)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(guò)冷水大量?jì)鼋Y而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)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(zhù)特征。

　　積雨云形成過(guò)程中，在大氣電場(chǎng)以及溫差起電效應、破碎起電效應的同時(shí)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(huì )在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說(shuō)的“閃電”。

　　雷電以其巨大的破壞力給人類(lèi)、社會(huì )帶來(lái)了慘重的災難，尤其是近幾年來(lái)，雷電災害頻繁發(fā)生，對國民經(jīng)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(mén)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（25—30kV/cm）時(shí)，所發(fā)生的猛烈放電現象。

　　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(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現象。避雷針等裝置可將“直擊雷”產(chǎn)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(fā)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(guò)程中，強大的脈沖電流對周?chē)�的導線(xiàn)或金屬物產(chǎn)生電磁感應發(fā)生高電壓、而發(fā)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(wǎng)絡(luò )、衛星天線(xiàn)及有線(xiàn)電視等線(xiàn)纜上產(chǎn)生高壓感應和電流“浪涌”，并通過(guò)導線(xiàn)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(huì )的雷害顯得十分緊迫和必要。

　　球形雷是球狀閃電的現象。

　　3.電涌的來(lái)源

　　電涌可來(lái)自電氣裝置外部，也可來(lái)自電氣裝置內部，即來(lái)自電氣裝置內的電器設備。

　　來(lái)自外部的電涌這種電涌由雷電或公用電網(wǎng)開(kāi)關(guān)的投切引起，這兩類(lèi)有害的電源擾動(dòng)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。

　　當云層上有電荷儲蓄，云層下表面產(chǎn)生極性相反的等量電荷時(shí)，將引起雷電放電。其后的情況就像一個(gè)大電池組或一個(gè)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(wàn)伏。發(fā)生雷擊時(shí)以若干千安設計的電流通過(guò)雷擊放電，經(jīng)過(guò)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(gè)雷電通路常常取道重要或貴重的設備。電涌防護的關(guān)鍵概念是給雷電感應電流提供一個(gè)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(shí)它發(fā)生的可能性很小。

　　來(lái)自?xún)炔康碾娪縼?lái)自?xún)炔康碾娪渴墙?jīng)常發(fā)生的，諸如來(lái)自空調機、空壓機、電弧焊機、電泵、電梯、開(kāi)關(guān)電源和其它一些感性負荷的電涌。例如一臺20hp的感應電動(dòng)機（線(xiàn)電壓230V，4級，Y結線(xiàn)）在最大轉矩時(shí)每相具有約39J的儲存能量，當其標稱(chēng)方根值電流被截斷時(shí)，它將產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓。它經(jīng)常發(fā)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。

　　不要以為電氣裝置電源進(jìn)線(xiàn)上的過(guò)電壓防護器可以保護電氣設備不受內部電涌的危害。它不能，它只能對沿電源線(xiàn)進(jìn)入電氣裝置的外部電涌進(jìn)行防范，因大容量的進(jìn)線(xiàn)防護器具內部電涌發(fā)生處的距離太遠。戴恩？?jì)壤铮―ionNeri）作，王余厚譯，黃妙慶�！禘C&M電氣施工與管理》1998年10月第一卷第一期如下趣聞，摘自其他網(wǎng)站，故事的真實(shí)性斑竹未考究過(guò)。“不一定只有總統才會(huì )被瞬態(tài)電涌擊中” 電涌是微秒量級的異常大電流脈沖。它可使電子設備受到瞬態(tài)過(guò)電的破壞。每年半導體器件的集成化都在提高，元件的間距在減小，半導體的厚度在變薄。這使得電子設備受到瞬態(tài)過(guò)電破壞的可能性越來(lái)越大。如果一個(gè)電涌導致的瞬態(tài)過(guò)電壓超過(guò)一個(gè)電子設備的承受能力，那么這個(gè)設備或者被完全破壞，或者壽命大大縮短。

　　雷電是導致電涌最明顯的原因，雷電擊中輸電線(xiàn)路會(huì )導致巨大的經(jīng)濟損失。每一次電力公司切換負載而引起的電涌都會(huì )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(fā)電機、空調、制冷設備等也會(huì )引發(fā)電涌。UPS也可被電涌摧毀。

　　建筑物頂部的避雷針在直擊雷時(shí)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(fā)現電涌更為常見(jiàn)的來(lái)源是電力公司的電網(wǎng)開(kāi)關(guān)和大型電力設備（如空調和電梯）。每天都有這樣的電涌通過(guò)配電盤(pán)進(jìn)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電涌保護器。

　　4.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(huà)、留言機等；程控交換機、廣播電視發(fā)送機、微波中繼設備；家電行業(yè)的產(chǎn)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(wèn)題的電氣產(chǎn)品中，有63％是由于電涌造成的。

　　5.電涌對計算機和其它敏感電氣設備的危害

　　計算機技術(shù)發(fā)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(xiàn)更細。幾年前，一平方厘米的計算機芯片有2，000個(gè)晶體管而現在的奔騰機則超過(guò)10，000，000個(gè)。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(shí)，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(jīng)常需要維修，原因不明的故障和硬件問(wèn)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(gè)20馬力的小型感應式發(fā)動(dòng)機的啟動(dòng)或關(guān)閉也會(huì )產(chǎn)生3，000－5，000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(huì )受到損壞或干擾，這種電涌的次數非常頻繁。

　　CBEMA-計算機商業(yè)設備制造商協(xié)會(huì )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(yè)標準規定：使用220/380伏電力系統的計算機所能承受的過(guò)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(guò)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(wù)網(wǎng)絡(luò )、電訊網(wǎng)絡(luò )、石油化工廠(chǎng)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(chǎng)。五年前的中國銀行還未計算機化。隨著(zhù)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(shí)施了計算機信息系統防雷保安器的行業(yè)標準。

　　6.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(huán)境、受雷電影響的程度做出客觀(guān)的估計，因它與出現過(guò)電壓的幅值、概率、網(wǎng)絡(luò )結構、設備抗電壓能力、保護水平和接地等有關(guān)；防雷工作應作為一項系統工程來(lái)考慮，強調全面防護（包括建筑物、傳輸線(xiàn)路、設備和接地等），綜合治理，且要做到科學(xué)、可靠、實(shí)用和經(jīng)濟。針對感應雷瞬時(shí)能量較大的特點(diǎn)，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(lèi)的原則，需要做多級防護。

　　7.雷電防護措施

　　采用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)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(shí)證明：在安裝了這些避雷裝置的室內，計算機設備、通訊網(wǎng)絡(luò )及微電子器件在雷擊時(shí)，卻仍然會(huì )遭受不同程度的損害。對此，科學(xué)家通過(guò)進(jìn)一步的分析，已經(jīng)找到了其中的原因所在。

　　避雷器的種類(lèi)基本上分三大類(lèi)型：

　�。�1）電源避雷器：按電壓的不同，分22V的單相電源避雷器和380V的三相電源避雷器（安裝時(shí)主要是并聯(lián)方式，也串聯(lián)方式）。“電源防雷器”并接在電力線(xiàn)路上，可遏制瞬態(tài)過(guò)電壓和泄放浪涌電流。從總進(jìn)線(xiàn)到用電設備端通常配置分為三級，經(jīng)過(guò)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(xiàn)式”和“移動(dòng)插座式”等品種。

　�。�2）信號型避雷器：多數用于計算機網(wǎng)絡(luò )、通信系統上，安裝的方式是串聯(lián)。 “信號防雷器”接入信號接口后，一方面能切斷雷電進(jìn)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(huà)、網(wǎng)絡(luò )、模擬通信、數字通訊、有線(xiàn)電視及衛星天線(xiàn)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。

　�。�3）天饋線(xiàn)避雷器：它適用于有發(fā)射機天線(xiàn)系統和接收無(wú)線(xiàn)電信號設備系統，連接方式也是串聯(lián)。

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

　　8.電視監控系統防雷接地方法

　�。�1）電視監控系統應有良好的防雷接地，以保證人身安全以及防干擾和雷擊。

　�。�2）監控設備的工作接地電阻應小于4Ω，當監控系統采用綜合接地網(wǎng)時(shí)，接地電阻應小于1Ω。

　�。�3）防雷接地應采用專(zhuān)用接地干線(xiàn)。由監控控制室引入接地體，專(zhuān)用接地干線(xiàn)采用銅芯絕緣導線(xiàn)或電纜。接地線(xiàn)截面不應小于20m㎡。

　�。�4）監控系統的接地線(xiàn)不能與強電交流的地線(xiàn)以及電網(wǎng)零線(xiàn)短接或混接，接地線(xiàn)不能形成封閉回路。

　�。�5）由控制室引到監控系統其他各監控設備的接地線(xiàn)，應選用銅芯絕緣軟線(xiàn)，其截面面積不應小于4m㎡.

　�。�6）監控系統一般可采用單點(diǎn)接地。

　�。�7）監控系統中三芯電源插座的接地端，應與系統的接地端相連（保護地線(xiàn)）

　　9.選用避雷器的注意事項

　　作為防感應雷工程的設計者，應選擇一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的制造商，產(chǎn)品應具有詳細的說(shuō)明書(shū)、技術(shù)指標、產(chǎn)地、符合各方面的標準證書(shū)及銷(xiāo)售許可證書(shū)等。具體事項有如下幾點(diǎn)，僅供大家參考。

　�。�1）設計是否有利于用戶(hù)并且容易安裝理想的產(chǎn)品應該是一個(gè)小型、緊湊并且能夠安裝在現有的空間內，同時(shí)易于安裝。

　�。�2）反應時(shí)間電涌防護器的反應必須比電涌的速度快。反應時(shí)間在毫微秒（納秒）級均符合技術(shù)要求。

　�。�3）一次能夠處理的最大電流最大電流（即峰流）是指一個(gè)電涌防護器的處理最大電流的能力。Bellcore實(shí)驗室（AT&T－Bell實(shí)驗室的研究機構）為了保護它高度計算機化的實(shí)驗中心，進(jìn)行了廣泛的調研，確定了電涌防護器處理最大電流的能力和所需的技術(shù)參數，一個(gè)20千安的電涌防護器即可滿(mǎn)足要求，起到防電涌、保護設備的作用。由此可見(jiàn)，在任何建筑物內的分支線(xiàn)供電箱處安裝一個(gè)80千安的電涌防護器，便足以解決任何可能出現的電涌問(wèn)題。對多雷擊區的貴重電氣設備，應在建筑物進(jìn)口的交流配電箱處安裝一個(gè)較大的防護器，型號從160千安到400千安。

　�。�4）吸收能量的能力電涌防護器吸收能量的能力以焦耳（joule）來(lái)衡量，焦耳值越高，電涌防護器的使用壽命越長(cháng)。

　�。�5）鉗制電壓的能力也就是將過(guò)電壓鉗制到電器設備所能承受的安全范圍之內的能力。計算機被設計在一定電壓范圍內使用，如果超出了這個(gè)范圍就會(huì )導致計算機的損壞。因此電涌防護器必須把過(guò)電壓鉗制到安全水平。1998年6月1日開(kāi)始實(shí)施的GA173-1998標準規定：用于220/380伏電力系統的計算機防雷保安器（電涌防護器）的鉗制電壓應小于或等于2000伏。

　�。�6）體積的大小非常重要就電涌防護器來(lái)講，體積尺寸的大小非常重要。電涌防護器的內部電感應該低弱，防護器本身的體積尺寸越大，它固有的內部線(xiàn)路電感就越大；防護器本身體積小，電感也小，防護效果也就更好。小體積防護器的另一個(gè)優(yōu)勢是可以安裝在靠近配電箱處，因為連線(xiàn)本身也有電感，連線(xiàn)越長(cháng)，對保護系統的限制水平的不良影響也就越大，因此在安裝電涌防護器時(shí)越靠近配電箱越好，最好是在15厘米以?xún)�。在電氣設備狹小的空間內不可能安裝大體積的防護器。

　�。�7）符合國際和國家標準電涌防護器應符合國際標準，包括UL1449、ANSI/IEEE、NEMA和IEC.在我國同樣有相應的標準，公安部公共信息網(wǎng)絡(luò )安全監察局要求：所有用于保護計算機的防雷保安器（本文中稱(chēng)為電涌防護器），都必須根據GA173-1998的標準通過(guò)檢測并獲得銷(xiāo)售許可證后，方可銷(xiāo)售。

　�。�8）產(chǎn)品的可靠性及客戶(hù)單了解客戶(hù)單以及廠(chǎng)家從事產(chǎn)品生產(chǎn)的歷史有助于了解廠(chǎng)家的信譽(yù)和其產(chǎn)品的可靠性。

　�。�9）質(zhì)量保證保質(zhì)期限的長(cháng)短體現了制造商對其產(chǎn)品是否能不出問(wèn)題、能長(cháng)久的保護設備的自信心。一旦產(chǎn)品出現問(wèn)題，客戶(hù)是否能得到快速免費的服務(wù)，也是用戶(hù)應考慮的因素之一。

　　如何選擇數據線(xiàn)防護器有數百個(gè)不同的連接器類(lèi)型，許多不同的應用程序和規程，6個(gè)不同的電壓電平，這些都影響“我應該買(mǎi)什么樣的數據線(xiàn)防護器”的決定。但是如果您了解了以下三個(gè)重要的事實(shí)，選擇滿(mǎn)足您需要的防護器并不困難。

　�。�1）傳輸電壓（TransmissionVoltage）應用程序中精確的傳輸電壓必須在每筆定單中注明。一個(gè)好的電涌防護器，其鉗制過(guò)電壓的能力應盡可能地接近被保護儀器的額定傳輸電壓。選擇數據線(xiàn)電涌防護器的第一步是：確定設備的傳輸電壓，這可以在您的設備手冊中找到，但如果您不知道，不要猜測�？梢院苋菀椎赜秒妷罕頊y出。下表顯示通常應用程序所設定的電壓。電壓系統應用程序7.5VRS422，RS423，RS485，以太網(wǎng)，大多數LANS以太網(wǎng)，和局域網(wǎng)7.0V數據電話(huà)公司（信道服務(wù)單元/數據服務(wù)單元，DDS，T1，ISDN，等）12V類(lèi)別5、100Base－T、ATM155（100兆赫）18VRS232，令牌環(huán)，數字式4-20毫安電流回路27VArcNet、模擬4-20毫安電流回路60V模擬、租用專(zhuān)用線(xiàn)電話(huà)公司240V撥號線(xiàn)、調制解調器和傳真機。

　�。�2）連接器類(lèi)型（Connectortype）在全世界，有數百種不同類(lèi)型的連接器用于數據線(xiàn)應用程序中。最通常的幾種列表如下。如果你認為你有一種未列在下表中，我們或許也能對其提供保護–只要向我們的工程師了解即可。常用的防護器連接器類(lèi)型——同軸的（Co-axial）雙軸的（Twin-axial）RJ11RJ45串接9，15，或25針Centronics通用串接總線(xiàn)（USBUniversalSerialBus）硬布線(xiàn)（沒(méi)有連接器）

　�。�3）數據傳輸速度（Datatransferspeed）數據傳送是以每秒百萬(wàn)比特或兆赫來(lái)度量的。一個(gè)適合10兆赫應用程序的保護器不能在100兆赫的應用程序下工作。一個(gè)設計為保護有線(xiàn)電視同軸電纜的防護器在1.5千兆赫的衛星傳輸饋線(xiàn)上可能無(wú)法工作。許多辦公應用程序被設定為1至10MHz范圍，但被稱(chēng)做Category5的應用程序（運行在100兆赫）越來(lái)越普及了。數據傳送速度能夠在你的設備手冊中找到并應當包含在每一筆定單中。