正确应用两种不同的防雷保护方法

文章摘要：最近几十年来，一种以信息技术为核心的高技术得到了迅速发展，从而引发了一场新的科技革命，信息技术已成为这场科技革命的基础与核心。因此，国内外都十分重视信息技术的开发与应用，尤其是最近10年来，国内各行各业都在日益广泛地采用信息技术装备自己，其规模和速度都是空前的，但是在这种信息技术的开发与应用中，由于信息系统的电磁兼容能力低下，抗雷电电磁脉冲过电压的能力十分脆弱，在闪电环境下的易损性较高，因此雷电已成为信息技术应用中的一大公害。为了消除这一公害，人们采用了各种防雷保护措施，以求雷电安全，但是其结果是有的取得了预期的防雷效果，保证了电子信息系统的雷电安全；而有的则反遭雷击，损失更大。究其原因就在于

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最近几十年来，一种以信息技术为核心的高技术得到了迅速发展，从而引发了一场新的科技革命，信息技术已成为这场科技革命的基础与核心。因此，国内外都十分重视信息技术的开发与应用，尤其是最近10年来，国内各行各业都在日益广泛地采用信息技术装备自己，其规模和速度都是空前的，但是在这种信息技术的开发与应用中，由于信息系统的电磁兼容能力低下，抗雷电电磁脉冲过电压的能力十分脆弱，在闪电环境下的易损性较高，因此雷电已成为信息技术应用中的一大公害。为了消除这一公害，人们采用了各种防雷保护措施，以求雷电安全，但是其结果是有的取得了预期的防雷效果，保证了电子信息系统的雷电安全；而有的则反遭雷击，损失更大。究其原因就在于不同的防雷保护方法，其保护对象、保护重点、保护措施都是截然不同的，如不能正确的应用，必然会造成不良的后果，为此本文特作如下阐述，以供交流。 

1　常规（传统）的防雷保护方法

　　 由《建筑物防雷设计规范》可以看出，常规防雷的保护对象主要是保护建筑物免遭直接雷击，防雷保护的措施主要是装设避雷针或避雷网（带），其中避雷针的应用最为普遍，如各种建筑物、各种设施的顶端（如楼顶、塔顶、油罐顶、烟囱顶、柱灯顶、独立避雷塔顶等）都布满了避雷针，这说明避雷针是深受“欢迎”的。问题在于这种常规的防雷方法已有250年的历史了，人们经过长期的实践证明它对直击雷的保护是有效的，因此给人们一种错觉，以为防雷就是装避雷针保护就行了，但实际上它是引雷的。它是通过自身的高度，在其尖端的高突处形成电场的畸变，在雷云电场的作用下，当尖端的电场强度大于空气电离场强时，开始电离空气，形成迎面先导，并与雷云的雷电先驱相遇，完成雷击过程，也就是说避雷针是通过把雷电引向自身来完成避雷针周围保护区范围内的被保护对象免遭直接雷击的，所以避雷针的保护是靠“引火烧身”来实现的。但在这“引火烧身”的过程中会产生许多负面效应，其中最主要的有：产生感应雷、增加雷击概率和地电位反击。

1.1　产生感应雷

　　 避雷针引雷后，在强大的雷击电流入地的过程中，由于雷电流陡度ｄｉ/ｄｔ的作用，在其周围金属体内产生再生电压，即感应脉冲过电压，它可以来自云中放电，也可以来自对地雷击，所以其概率比直击雷大得多，而且作用范围也大，如一个30ｋＡ的中等雷落在避雷针上所产生的感应脉冲过电压为：、

　　 ｕｊ＝0.2（ｌｎ1000/ａ－1/2）ｄｉ/ｄｔ10-6（ｋＶ/ｍ）（1）

式中，ａ为雷电流引线与被感应导体间的平行距离（ｍ）；ｄｉ/ｄｔ为雷电流陡度，为30/2.6＝11.5（ｋＡ/μｓ）。

　　 由式（1）可知，30ｋＡ的雷击在避雷针周围导体上耦合的感应脉冲过电压值见表1。

　　 由表可以看出，避雷针周围500ｍ范围内的电子信息设备都是其破坏对象。

　　 根据（1）式可以看出，感应雷的幅值与雷击点的距离成反比，与雷电流的幅值和陡度成正比，所以雷击点越近，雷电流的陡度越大，感应脉冲过电压就越大，也就越危险，所以用避雷针保护时，由于雷击点距被保护设备最近，耦合的感应脉冲过电压最大、危害也就最大。

1.2　增加雷击概率

　 避雷针保护必须要有足够的高度才能完成其防直击雷的目的，而避雷针的高度与雷击概率的关系是

　　 Ｎ＝0.015ＴＫ1Ｋ2ｈ2×10－4（次/年）（2）

式中，Ｔ为年雷电日数（日）；Ｋ1为落雷不均匀系数，易受雷击的建筑物Ｋ1＝1.5～2.0；Ｋ2为建筑物材料影响系数。金属材料Ｋ2＝1.5，非金属材料Ｋ2＝0.15；ｈ为避雷针高度（ｍ）。

　　 由此可知，在同样条件下雷击概率Ｎ与避雷针高度ｈ平方成正比，因此采用避雷针保护不但是引雷的，而且会大大增加雷击概率。例如，仪征油库于1990年6月安装了两座65ｍ高的消雷器，据计算雷击概率增加4.7倍，建成后第10天就招来了第一次雷击，事隔4年又招来了第二次雷击，使库区内的测控设备损坏，造成严重的经济损失。

1.3　地电位反击

　　 在强大的雷击电流入地后，地电位会瞬间升高，这时的地电位是

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