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雷云对大地的电压低则几百万伏，高则数千万伏，甚至更高，雷云对大地一次闪击放电的峰值电流平均为30多千安，它的瞬时功率很高，由于瞬时功率很大，所以它的破坏力是相当大的。
到现在为止.直击雷的防护都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流引下来，然后通过良好的接地装置迅速而地引入大地。
常用的接闪装置，如避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等，它们都是用金属做成，安装在建筑物的高点，如屋脊或尾角等易受雷击的地方。避雷网是用金属线、带做成的网格，架在建筑物顶部空间或者利用建筑物屋面板筋连接成网格状，然后与大地可靠地连接。
当高空出现雷云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷云相反的电荷，然而接闪设备(避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等)都处于地面上建筑物的高处.与雷云的距离近，而且与大地有良好的电气连接，所以它与大地有相同的电位、以致接闪设备附近空间电场强度相对比较大.比较容易吸引需电先导，使主放电集中到地面，因而在它附近尤其是比它低的物体受雷击的几率就大大减少。而接闪器被雷击的几率却大大提高，所以就接闪器本身而言.它不但不能避免雷击.相反是招来更多的雷击，它以自身多受雷击而使周围免受雷击.
由于接闪器都与大地有良好的电气连接，使大地积存的电荷能量迅速与雷云的电荷中和。这样由雷击而造成的过电压的时间大大地缩短.雷击危害性就
大大减少。
雷击的时候，雷云通过接闪器向大地放电的过程，可以近似用RC放电过程来模拟。因为大地和雷云之间相当于一个充了电的电容器，如图1.5所示。图中雷云与大地之间的电容用电容器C表示.雷云内部和雷电流通道的电阻用R1表示，接闪器和它与大地之间连接的电阻(包括连接线的电阻和接地体的散流电
阻)用R2来表示。
由等效电路图可知，雷击时电流i与R及接闪器上的高电压相互关系适合
RC放电方程:
iR-Uc=0
R=R1+R2
式中:R1-雷云内部和雷电流通道的电阻;
R2-接闪器和它与大地之间的连接电阻。
雷电流源的电阻包括主放电通道的电阻，大约几千欧，如果把带电的雷云当作电源，接闪器到大地看作是负载。那么，放电的时候就相当于一个有几千欧内阻的电源，与一个仅有几欧接地电阻和少许引线的阻抗的负载连接(如图1.5所示)，这电源一般为几百万伏和几千万伏，甚至更高。雷击时接闪器对大地的电压就是雷云的电压，在雷云内阻(包括通道电阻)与接地电阻(包括引线电阻)的分压，接地电阻越小.其分压值越小，相对来讲就越。所以，理论上要求避雷装置接地电阻越小越好，但是如果要求做到接地电阻很小，势必造价很高。工程上往往只要求做到足够的范围即可。以上说明避雷装置必须有足够可靠和足够小接地电阻的接地装置，否则它不但起不到避雷的作用，反而增加雷击的危险。
需要指出的是,大气变化是大规模的，雷云的发生也是大规模的，而且雷云的移动受很多可变因素支配.很多条件是随机的，因此，认为有了避雷装置就万无一失的想法是错误的。避雷装置只能大大地减少被雷击的可能性。
（a）雷击时雷云与大地的示意图
（b）雷击时的等效电路图
图1.5 雷击时的电气原理图
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高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到其他地方和室内造成破坏的雷害现象。这种雷害现象占雷害的绝大部分，所以按《建筑物防雷规范》的规定，凡是有用电设备的建筑物都要考虑防高电压引入的措施。
高电压引入的高电压源有三种:其一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内;第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应.它们在各种电线中感生几千伏到几十千伏的高电位，以波的形式沿着导线传播而引入室内的;第三种是由于直击雷在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会发生数十千伏至数百千伏的高电位.这种高电位通过电力系统的零线、保安接地线和通系统的地线，也是以波的形式传人室内，并沿着导线传播到远处，殃及更大的范围。
高电压雷电脉冲的电压到底有多高?这是读者关心的问题。由直击雷直接击中电力线，线等金属导线时，虽然直接被击中点的电位与雷云的电位相等.即具有数百万伏至数千万伏甚至更高的电位。但是当雷电流沿着导线向两边传播的时候，高电压每经过一根电线杆，电杆上的瓷瓶就会对地发生闪络.这样就把雷电的高电位降落成瓷瓶的闪络电压，这电压一般只有30~40kV.一般低压架空线的波限抗为300~600欧姆。假设线路的波阻抗为500欧姆，那么它在终端入地的电流为40000/500=80A，所以只要距离雷击点有3杆以上(即I000m以上)，其终端入地电流峰值不会大于20OA，但是，如果雷击点很近.在三根电杆之内，入地峰值电流可能达到10 kA以上。由感应雷引起的高压源。理论上也可以达到100 kV，但是它的实际电压和电流值不可能大于上面所讲的直击雷高压源的数值。
第三种高压源是指直击雷直接击中大楼或附近时所形成的高压源。这时，高压源的电压由冲击电流峰值和地网的冲击接地电阻决定。根据资料报道.按50%概率统计.直击雷的峰值电流为30 kA，如果接地网接地电阻以4欧姆计，则接地网接引线端与大地间的电压为30 kA×4=120 kV，即达到120000V。也就是说，零线与相线间的电压有120000V(以上都是以低压电网和通架空电线计)。这样高的电压对于低压电器和一般通设备都是无法承受的。
由于高压雷电脉冲是雷害中年损害设备多的，所以对高压雷电引人的设备必须予以足够重视，在工程上往往要根据设备的重要性和其对高电压的耐受能力采用一级或多级设防。其中级设防，往往是把高电压雷电脉冲的幅值降低，其办法有下列三种。1. 输电网金具接地法
如果电源输入是明线输入，应把入室前三根电杆的线码铁脚用金属线引下接地，以便降低闪击电压。并且进房屋前后一根电杆的零线(或接地系统的地线)重复接地，接地电限不应大于10欧姆(见图1)。并在相线与地之间留有2 mm的空气间隙，把从相线引来的过电压降下来，可能的悄况下，进户线应尽量采用有金属屏蔽层的电缆直接埋地或穿金属管进线。在雷电高发区，房尾前为开阔地，或房子内有精密电子设备和电子计算机的情况更应该是这样.并且埋地的电缆其长度不应小于15m。并要求从架空线转电缆的进线端，和电缆入屋的输出端，都接避雷器。避雷器的接地端、电缆的金属屏蔽层、钢管都必须接到防雷电感应的接地装置上。按供电部门要求.供电零线进人钢筋水泥大楼后，仍必须与从大楼、梁、柱内引出的一条主钢筋作电气连接，无钢筋连接的建筑物应做接地极，把零线重复接地。
图1 接零系统在架空线路上零线重复接地做法图
当雷电波到达电缆首端(输人端)时，避雷器被击穿，电缆外皮导体与电缆芯接通。一部分雷电流经电缆首端接地电阻入地;另一部分雷电流流经电缆芯。由于雷电流高频谐波相当丰富.产生集肤效应，流经电缆芯的电流被排挤到外皮导体去。同时，流经外皮导体的电流在芯中产生感生反电势.使流经电缆芯的雷电流就被抑制到很小。2. 相线与地线间并联电容器法
架空电线引入的地方装设保护电容器对感应雷有良好的保护效果，但对直击雷则无能为力，原因是直击雷能量太大.电容器承受不了。装设保护电容器能对感应雷高电压引入起到良好保护作用的原因是;
当天空出现雷云的时候，地面即感应出与它相反的电荷.显然架空电线上也感应到与地面大致密度相同的电荷.设其电量为Q。当闪击使雷云与大地之间的电荷迅速中和而使雷云与大地之间的电场，由于架空线与大地之间有较大的电阻而不能及时使它上面的电荷，这就使架空线与大地之间形成感应高电压，该电压为
V感=Q/C
式中:
C-架空线对大地之间的电容，该电容很小，通常只有百分之几法;
Q-导线与大地间存储的电荷。
如果在架空线引入房尾端与大地之间接入一个电容器，即使只有很小.也可以使架空线路的引入高电压降低到原来的几十分之一。
如果接人电容的容量再大些，感应电压将可以降到更低。
在架空电线装电容器防止感应雷的优点是时间响应为零，因为电容的瞬变电流是超前于电压的;其次是使雷电压波形变钝.钝波形比尖波形危害要小.并联电容器对直击雷无能为力，但将电容器与保护间隙合并使用会得到更好的效果。因为放电间隙电流通流容量很大，从几千安到几十千安。但它有时间滞后，它们并联使用互补其短.对防止高电压引人能起到很好的作用。架空电线引入和电缆输入、输出端接口也可以用氧化锌避雷器来防止高电压引入。它的时间响应小于50ns。当采用电容器与其他器件并联避雷时，电容器的耐受电压应高于所并联器件的残压。3.变压器隔离法
在电源线和号传输线上装变压器可以对雷电高电压引入起很有效的限制作用.当强大的雷电波输入变压器时，由于雷电波电压比变压器正常的电压高很多倍，使得激励的磁感应强度远远大于铁芯允许通过的大磁感应强度，因而变压器铁芯饱和，变压器的磁-电变换暂时失效，雷电高电压不能传输到变压器的副边.从而保护了用电设备。所以，凡是装了变压器的电子仪器比未装变压器的电子器被雷击损坏的概率小得多。
电力系统中将电源避雷器分为高压和低压两种.其技术要求和指标如下:
一、高压避雷器验收技术要求和指标
A.避雷器型号:检查是否按设计要求安装相应的避雷器。要求3-10 kV配电变压器。采用阀式避雷器保护(型号有:FS,FZ阀式，FCD,FCZ磁吹式，GB管式).
B.安装位置:要求每相线上安装一只阀式避雷器;也可两相装阀式避雷器，一相装保护间隙或三相均用保护间隙.避雷器应并列安装在同一直线上并保持垂直.支架牢固。
C.拉紧绝缘子串受力:拉紧绝缘子串必须紧固，弹簧应能伸缩自如.同相各拉紧绝缘子串的拉力应均匀。
D.器件外观:避雷器外部应完整无损，封口处密封良好，器件的铭牌应位于易观察的同一侧，油漆完整，相色正确。
E.倾斜角度:阀式避雷器必须垂直安装.排气式避雷器应倾斜安装，其轴线与水平方向夹角不应小于15°;无续流避雷器不应小于45°;装于污秽地区时，应加大倾斜角度。
F.绝缘垫:放电计数器密封良好，绝缘垫子及接地良好，牢靠。
G.接地电阻:避雷器应用短的接地线接地，并与绝缘子铁脚、变压器接地连接.接地电阻值R≤5欧姆.
二、低压防雷器验收技术要求和指标
A. 防雷器型号:检查是否按设计要求安装相应的防雷器.检查通流量是否符合指标数据及防爆要求。根据IEC的规定，防雷器的选择应根据雷电流分配原理确定各级防雷器通流量的大小.在可能被直击雷击中的线路上，采用10/350 雷电流波形测试表示其通流能力的防雷器.在不可能被直击雷击中的线路上，采用8/20雷电流波形测试表示其通流能力的防雷器.
B.安装位置及保护等级:要求多级防护.每级防护器件安装位置为:
级:应安装在架空线和埋地电缆的连接处，或安装在总配电柜(屏)架上。
第二级:要求安装在楼层的配电箱(柜)_上。
第三级:要求安装在被保护设备前端的配电柜处或设备处。
三、接地电阻:
接地线共用接地时，R≤4欧姆，单独接地时，R≤5欧姆。根据防雷器所处位置，接地线应采用≥6mm2(LPZ1与LPZ2区处交界处)或16mm2(LPZ-PB区与LPZ1区交界处)以上的多股或单股铜芯线，并尽量短。
四、状态显示:
检查器件工作状态是否正常，观察状态显示窗口或按下号显示按钮，窗口或发光二极管为绿色时为正常，红色为不正常，重要场所应选用带有声光报替装置的SPD.
五、漏电流和启动电压:
用防雷元件测试仪检测所需安装的防雷器的漏电电流、启动电压值是否符合出厂时的检测结果，是否符合设计要求。
中国雷电灾害的现状
雷电灾害是一种不可抗拒的自然性灾害，危害着人类的人身和财产。安迅电源防雷器主要通过地区分析、行业分析、时间分析、人身雷电灾害四个方面来讲解中国雷电灾害的现状。1998-2001年全国直接经济损失超过100万元的雷电灾害每年都在10次以上.其损失每年都大于5000万元。全国同期平均每年雷击死亡379人.受伤310人。
一、雷电灾害地区分析
全国重大雷电灾害在空间上呈现明显的区域性分布特点.1998-2001年这四年间.全国56次重大雷电灾害的46.4%(约一半)发生在5个省，其中山东7次、广东6次、江西5次、河南4次、浙江4次，这5省重大雷电灾害的直接经济损失为8337万元，占全国的57.9%;其余的发生在贵州等17个地区，另外，新疆等9个省区没有重大雷电灾害的记录。图6.1给出了1998-2001年中国重大雷电灾害空间分布(各省用省会城市来表示).全国重大雷电灾害主要分布在东南地区和华北地区.形成一南一北的两个明显的雷灾中心区。雷灾在南方集中在浙江——江西——广东，呈带状分布。在北方集中在山东和河南，呈圆形分布。这两个雷灾中心区在地形上具有很好的代表性，北区以平原为主。南区以山地为主。在直接经济损失方面，北区的损失强度为235万元/次，比北区更严重的南区为383万元/次，其原因主要是南区发生了3次损失都在1000万元以上的重大
雷电灾害.其中1998年2月和6月江西两次棉麻储备库遭雷击引发火灾分别造成1800万元和1200万元的损失，2001年5月广东某厂房遇雷击并引发爆炸造成1000万元的损失并有人员伤亡。这3次雷电灾害都与仓储行业有关，和下面所做的雷灾行业分析的结果是吻合的.从整体来看，全国重大雷电灾害在东部比西部更严重，其原因主要是社会状况尤其是经济水平存在差异，经济相对发达的东部地区发生重大雷电灾害的可能性较大。西南地区的雷电灾害也比较严重，成为仅次于两大雷灾中心区的第三雷灾区。整个广大的西北地区是全国雷电灾害轻的地区。
图6.1 1998-2001年中国重大雷电灾害空间分布图(单位:次)
二、雷电灾害行业分析
1998-2001年全国重大雷电灾害56次分布在采矿、仓储、电力、纺织、旅游、农业、石化、通、冶金、医药等10个行业.其中雷灾严重的三大行业是通、电力和仓储，雷灾次数(指重大雷电灾害次数，下同)分别为15次、14次和9次，占全部的67. 9%。这三大行业的直接经济损失为10757.8万元，占全部的74.7%。图6.2给出了1998-2001年中国重大雷电灾害行业分布，实线代表雷灾直接经济扭失，虚线代表雷灾次数，行业损失和雷灾次数的相关系数为0.6965，存在一定的相关性。通和仓储行业具有代表性，通行业的重大雷电灾害发生频繁，而仓储行业的经济损失严重。通行业自身的特点以及伴随电子化的发展是导致雷电灾害日益频繁的根本原因，特别是雷电电磁脉冲(LEMP)的危害变得越来越严重，这也是雷电灾害的发展趋势之一。通行业的雷电灾害往往有一个明显的特点，就是其经济损失不仅存在严重的直接经济损失，而且伴有更严重的间接经济损失如服务中断和数据丢失等。而仓储行业的重大雷电灾害的发生有两个显著的特点:一是雷灾损失强度很大，即单次雷电灾害造成的经济损失很高，全国9次重大雷电灾害的直接经济损失高达5470万元，平均607. 8万元/次;二是雷灾的后续危害很严重，容易发生雷击火灾和雷击爆炸等，尤其是当雷电袭击存放棉麻、火药、粮食等易燃易爆物品的仓库或厂房时.对重大雷电灾害单次直接经济损失按行业进行比较，高的是仓储行业.其次为农业、采矿和石化行业，居中的是电力、医药和冶金行业，而通、纺织和旅游行业低。
图6.2 1998 -2001年中国重大雷电灾害行业分布图
(实线代表雷灾直接经济损失，单位:万元.坐标左轴;虚线代表雷灾
次数,单位:次,坐标右抽)三、雷电灾害时间分析
全国1998-2001年56次重大雷电灾害分布在各年分别为21次、17次、8次和10次，其中52次发生在4-8月的时间段内，占全部的92.9%. 4-8月的重大雷电灾害在很大程度上可以代表全年的同类灾害，这一点在下面的雷电灾害预测中将会得到应用。全部56次雷灾按月统计。8月多为18次，其次7月为14次，1、3、11、12月为0次。图6.3给出了1-12月的重大雷电灾害次数的季节指数，显著表明雷灾集中发生在4-8月，尤其是7月和8月。雷电灾害次数和直接经济损失之间的相关系数r为0.9284，具有良好
的相关性，因此，下面的雷电灾害分析与预测将以雷灾次数为主，其直接经济损失可以用雷灾次数乘以单次雷灾损失而得到.按月的距平百分率分析结果表明，重大雷电灾害每月平均发生1.167次。1998年的7月与8月和1999年的7月与8月是主要的正偏移月份，而每年的1,2,3月和9,10,11,12月几乎没有重大雷电灾害的发生，为主要的负偏移月份。雷灾的发生呈现周期性，集中在每年的4-8月，并且有逐渐递减的趋势，重大雷电灾害次数1998-2001年的48个月中平均每月递减0.027次.但由于年度数据太少，并不能得出确切的雷灾年际周期及年际趋势。
图6.3重大雷电灾害次数的季节指数
四、人身雷电灾害
雷电灾害的危害不仅体现在经济损失方面，也多造成人身伤亡。1998-2001年雷击死亡人数每年分别为421,227,451和417人，四年共死亡1516人，平均每年379人；同期雷击受伤分别为192,194,372和483人，四年共受伤1241人.平均每年310人.其中严重的1998年8月发生在湖北的炸药库雷灾，一次性造成197人死伤。造成人身伤亡的雷击多发生在海边、河边、树下、农村田间和山坡等易受雷击的地方。全国雷电典型灾害造成人身伤亡多的是广东省，其次为广西、贵州、福建、云南等4省区，这5个省区每年的雷击人身伤亡人数占全国的60%左右，其中广东约占全国的1/4。这类灾害主要发生在广大的农村，具有很大的不确定性.很难得到根本的防治.有效的防治方法就是加强雷电灾害的宜传和教育，提高人们的防雷意识，让人们主动避开易受雷击的时候和远离易受雷击的地方。
对于雷电灾害，开展灾害预测是必要的，可以对未来雷电灾害的风险评估提供重要的指导.钟万强等人对中国的雷电灾害做过初步的预测，雷电灾害的预测主要根据雷灾与时间的关系，分别采用时间序列平滑法和季节变动预测法，预测结果表明，在2002-2005年期间全国将分别发生重大雷电灾害14,12,11,11次，四年合计47次，平均每年12次，每年将造成直接经济损失约3000万元，平均每年人身伤亡580人左右。
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