1.雷電的產(chǎn)生

　　人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云，其實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，一般專業(yè)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(jīng)由各種原因達到飽和或過飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)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：

　�。�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(dǎo)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(jù)力學(xué)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(jié)而出現(xiàn)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(jié)高度（-10攝氏度），由于過冷水大量凍結(jié)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，是積雨云的顯著特征。

　　積雨云形成過程中，在大氣電場以及溫差起電效應(yīng)、破碎起電效應(yīng)的同時作用下，正負電荷分別在云的不同部位積聚。當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會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(zāi)難，尤其是近幾年來，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對國民經(jīng)濟。造成的危害日趨嚴(yán)重。我們應(yīng)當(dāng)加強防雷意識，與氣象部門積極合作，做好預(yù)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，所發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象。

　　通常雷擊有三種形式，直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。

　　直擊雷是帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)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(shè)施的作用。

　　感應(yīng)雷是當(dāng)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(xiàn)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(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓、而發(fā)生閃擊現(xiàn)象的二次雷。雖然在避雷針的保護范圍內(nèi)，物體可免遭直接雷擊，但“感應(yīng)雷”可在電力、通信、網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星天線及有線電視等線纜上產(chǎn)生高壓感應(yīng)和電流“浪涌”，并通過導(dǎo)線引入配電間、機房、辦公室和住宅等，使電源、通訊及電子設(shè)備不可避免地受到損害。因此，防止這些現(xiàn)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(xiàn)象。

　　3.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(nèi)部，即來自電氣裝置內(nèi)的電器設(shè)備。

　　來自外部的電涌這種電涌由雷電或公用電網(wǎng)開關(guān)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(tǒng)的工作，引起停工或永久性設(shè)備損壞。

　　當(dāng)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，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(fā)生雷擊時以若干千安設(shè)計的電流通過雷擊放電，經(jīng)過所有設(shè)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(shè)備。電涌防護的關(guān)鍵概念是給雷電感應(yīng)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(shè)備外分流。所示為設(shè)備處雷電流減少的情況。大的雷擊電流值常被例舉應(yīng)用，其實它發(fā)生的可能性很小。

　　來自內(nèi)部的電涌來自內(nèi)部的電涌是經(jīng)常發(fā)生的，諸如來自空調(diào)機、空壓機、電弧焊機、電泵、電梯、開關(guān)電源和其它一些感性負荷的電涌。例如一臺20hp的感應(yīng)電動機（線電壓230V，4級，Y結(jié)線）在最大轉(zhuǎn)矩時每相具有約39J的儲存能量，當(dāng)其標(biāo)稱方根值電流被截斷時，它將產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓。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線上的過電壓防護器可以保護電氣設(shè)備不受內(nèi)部電涌的危害。它不能，它只能對沿電源線進入電氣裝置的外部電涌進行防范，因大容量的進線防護器具內(nèi)部電涌發(fā)生處的距離太遠。戴恩？內(nèi)里（DionNeri）作，王余厚譯，黃妙慶校《EC&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，故事的真實性斑竹未考究過。“不一定只有總統(tǒng)才會被瞬態(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(shè)備受到瞬態(tài)過電的破壞。每年半導(dǎo)體器件的集成化都在提高，元件的間距在減小，半導(dǎo)體的厚度在變薄。這使得電子設(shè)備受到瞬態(tài)過電破壞的可能性越來越大。如果一個電涌導(dǎo)致的瞬態(tài)過電壓超過一個電子設(shè)備的承受能力，那么這個設(shè)備或者被完全破壞，或者壽命大大縮短。

　　雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的原因，雷電擊中輸電線路會導(dǎo)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縮短各種計算機、通訊設(shè)備、儀器儀表和PLC的壽命。另外，大型電機設(shè)備、電梯、發(fā)電機、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會引發(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(yán)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(xiàn)電涌更為常見的來源是電力公司的電網(wǎng)開關(guān)和大型電力設(shè)備（如空調(diào)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(shè)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(shè)備的建筑都安裝了電涌保護器。

　　4.電涌容易損壞的電氣設(shè)備

　　含有微處理器的電氣設(shè)備極易受到電涌的損壞，這包括計算機和計算機的輔助設(shè)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(fā)送機、微波中繼設(shè)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(diào)查數(shù)據(jù)表明，在保修期內(nèi)出現(xiàn)問題的電氣產(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(shè)備的危害

　　計算機技術(shù)發(fā)展至今，多層、超規(guī)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(dǎo)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(xiàn)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(shè)計和結(jié)構(gòu)決定了它應(yīng)在特定的電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)電涌超出計算機能承受的水平時，計算機將出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼，芯片被損壞，部件提前老化，這些癥狀包括：出乎預(yù)料的數(shù)據(jù)錯誤，接收/輸送數(shù)據(jù)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題等等。

　　雷電電涌遠遠超出了計算機和其它電氣設(shè)備所能承受的水平，絕大多數(shù)情況下，造成計算機和其它電器設(shè)備的當(dāng)即毀壞，或數(shù)據(jù)的永遠丟失。即使是一個20馬力的小型感應(yīng)式發(fā)動機的啟動或關(guān)閉也會產(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受到損壞或干擾，這種電涌的次數(shù)非常頻繁。

　　CBEMA-計算機商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會制定了國際標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是IBM等計算機制造商們設(shè)計、制造計算機的依據(jù)。中國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用220/380伏電力系統(tǒng)的計算機所能承受的過電壓不高于2000伏。

　　美國廣泛地應(yīng)用計算機比中國早約20年，是通過慘痛的教訓(xùn)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(wèi)設(shè)施、金融保險系統(tǒng)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、電訊網(wǎng)絡(luò)、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(shè)備的重要性。我國于1998年頒布并實施了計算機信息系統(tǒng)防雷保安器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　6.雷擊保護的基本原則

　　欲使設(shè)備得到很好的保護，首先應(yīng)對其所處的環(huán)境、受雷電影響的程度做出客觀的估計，因它與出現(xiàn)過電壓的幅值、概率、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備抗電壓能力、保護水平和接地等有關(guān)；防雷工作應(yīng)作為一項系統(tǒng)工程來考慮，強調(diào)全面防護（包括建筑物、傳輸線路、設(shè)備和接地等），綜合治理，且要做到科學(xué)、可靠、實用和經(jīng)濟。針對感應(yīng)雷瞬時能量較大的特點，根據(jù)IEC國際標(biāo)準(zhǔn)對能量逐級吸收的理論，及防護區(qū)間量級分類的原則，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。但已有大量事實證明：在安裝了這些避雷裝置的室內(nèi)，計算機設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)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(xué)家通過進一步的分析，已經(jīng)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”并接在電力線路上，可遏制瞬態(tài)過電壓和泄放浪涌電流。從總進線到用電設(shè)備端通常配置分為三級，經(jīng)過逐級限壓和放電，逐步消除雷電能量，保證用電設(shè)備的安全。根據(jù)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。

　�。�2）信號型避雷器：多數(shù)用于計算機網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)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入設(shè)備的通路，另一方面能迅速對大地放電，確保信號設(shè)備的正常工作。信號防雷器具有多種規(guī)格，分別可用于電話、網(wǎng)絡(luò)、模擬通信、數(shù)字通訊、有線電視及衛(wèi)星天線等設(shè)備的防雷，各種設(shè)備的輸入口特別是室外引入端，均應(yīng)安裝信號防雷器。

　�。�3）天饋線避雷器：它適用于有發(fā)射機天線系統(tǒng)和接收無線電信號設(shè)備系統(tǒng)，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，重要場所應(yīng)設(shè)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，

　　8.電視監(jiān)控系統(tǒng)防雷接地方法

　�。�1）電視監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)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(jiān)控設(shè)備的工作接地電阻應(yīng)小于4Ω，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)采用綜合接地網(wǎng)時，接地電阻應(yīng)小于1Ω。

　�。�3）防雷接地應(yīng)采用專用接地干線。由監(jiān)控控制室引入接地體，專用接地干線采用銅芯絕緣導(dǎo)線或電纜。接地線截面不應(yīng)小于20m㎡。

　　（4）監(jiān)控系統(tǒng)的接地線不能與強電交流的地線以及電網(wǎng)零線短接或混接，接地線不能形成封閉回路。

　�。�5）由控制室引到監(jiān)控系統(tǒng)其他各監(jiān)控設(shè)備的接地線，應(yīng)選用銅芯絕緣軟線，其截面面積不應(yīng)小于4m㎡.

　�。�6）監(jiān)控系統(tǒng)一般可采用單點接地。

　�。�7）監(jiān)控系統(tǒng)中三芯電源插座的接地端，應(yīng)與系統(tǒng)的接地端相連（保護地線）

　　9.選用避雷器的注意事項

　　作為防感應(yīng)雷工程的設(shè)計者，應(yīng)選擇一個技術(shù)先進的制造商，產(chǎn)品應(yīng)具有詳細的說明書、技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)地、符合各方面的標(biāo)準(zhǔn)證書及銷售許可證書等。具體事項有如下幾點，僅供大家參考。

　　（1）設(shè)計是否有利于用戶并且容易安裝理想的產(chǎn)品應(yīng)該是一個小型、緊湊并且能夠安裝在現(xiàn)有的空間內(nèi)，同時易于安裝。

　�。�2）反應(yīng)時間電涌防護器的反應(yīng)必須比電涌的速度快。反應(yīng)時間在毫微秒（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）是指一個電涌防護器的處理最大電流的能力。Bellcore實驗室（AT&T－Bell實驗室的研究機構(gòu)）為了保護它高度計算機化的實驗中心，進行了廣泛的調(diào)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(shù)，一個20千安的電涌防護器即可滿足要求，起到防電涌、保護設(shè)備的作用。由此可見，在任何建筑物內(nèi)的分支線供電箱處安裝一個80千安的電涌防護器，便足以解決任何可能出現(xiàn)的電涌問題。對多雷擊區(qū)的貴重電氣設(shè)備，應(yīng)在建筑物進口的交流配電箱處安裝一個較大的防護器，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）來衡量，焦耳值越高，電涌防護器的使用壽命越長。

　　（5）鉗制電壓的能力也就是將過電壓鉗制到電器設(shè)備所能承受的安全范圍之內(nèi)的能力。計算機被設(shè)計在一定電壓范圍內(nèi)使用，如果超出了這個范圍就會導(dǎo)致計算機的損壞。因此電涌防護器必須把過電壓鉗制到安全水平。1998年6月1日開始實施的GA173-1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用于220/380伏電力系統(tǒng)的計算機防雷保安器（電涌防護器）的鉗制電壓應(yīng)小于或等于2000伏。

　�。�6）體積的大小非常重要就電涌防護器來講，體積尺寸的大小非常重要。電涌防護器的內(nèi)部電感應(yīng)該低弱，防護器本身的體積尺寸越大，它固有的內(nèi)部線路電感就越大；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優(yōu)勢是可以安裝在靠近配電箱處，因為連線本身也有電感，連線越長，對保護系統(tǒng)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越靠近配電箱越好，最好是在15厘米以內(nèi)。在電氣設(shè)備狹小的空間內(nèi)不可能安裝大體積的防護器。

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

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

　　（9）質(zhì)量保證保質(zhì)期限的長短體現(xiàn)了制造商對其產(chǎn)品是否能不出問題、能長久的保護設(shè)備的自信心。一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問題，客戶是否能得到快速免費的服務(wù)，也是用戶應(yīng)考慮的因素之一。

　　如何選擇數(shù)據(jù)線防護器有數(shù)百個不同的連接器類型，許多不同的應(yīng)用程序和規(guī)程，6個不同的電壓電平，這些都影響“我應(yīng)該買什么樣的數(shù)據(jù)線防護器”的決定。但是如果您了解了以下三個重要的事實，選擇滿足您需要的防護器并不困難。

　　（1）傳輸電壓（TransmissionVoltage）應(yīng)用程序中精確的傳輸電壓必須在每筆定單中注明。一個好的電涌防護器，其鉗制過電壓的能力應(yīng)盡可能地接近被保護儀器的額定傳輸電壓。選擇數(shù)據(jù)線電涌防護器的第一步是：確定設(shè)備的傳輸電壓，這可以在您的設(shè)備手冊中找到，但如果您不知道，不要猜測。可以很容易地用電壓表測出。下表顯示通常應(yīng)用程序所設(shè)定的電壓。電壓系統(tǒng)應(yīng)用程序7.5VRS422，RS423，RS485，以太網(wǎng)，大多數(shù)LANS以太網(wǎng)，和局域網(wǎng)7.0V數(shù)據(jù)電話公司（信道服務(wù)單元/數(shù)據(jù)服務(wù)單元，DDS，T1，ISDN，等）12V類別5、100Base－T、ATM155（100兆赫）18VRS232，令牌環(huán)，數(shù)字式4-20毫安電流回路27VArcNet、模擬4-20毫安電流回路60V模擬、租用專用線電話公司240V撥號線、調(diào)制解調(diào)器和傳真機。

　�。�2）連接器類型（Connectortype）在全世界，有數(shù)百種不同類型的連接器用于數(shù)據(jù)線應(yīng)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（USBUniversalSerialBus）硬布線（沒有連接器）

　　（3）數(shù)據(jù)傳輸速度（Datatransferspeed）數(shù)據(jù)傳送是以每秒百萬比特或兆赫來度量的。一個適合10兆赫應(yīng)用程序的保護器不能在100兆赫的應(yīng)用程序下工作。一個設(shè)計為保護有線電視同軸電纜的防護器在1.5千兆赫的衛(wèi)星傳輸饋線上可能無法工作。許多辦公應(yīng)用程序被設(shè)定為1至10MHz范圍，但被稱做Category5的應(yīng)用程序（運行在100兆赫）越來越普及了。數(shù)據(jù)傳送速度能夠在你的設(shè)備手冊中找到并應(yīng)當(dāng)包含在每一筆定單中。