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雷電防護(hù)：為了防止雷電影響所采取的各種防護(hù)手段。這是因?yàn)槔纂妼?duì)架在空中的通信線路和埋在地下的通信線纜均會(huì)造成嚴(yán)重的影響,必須采取相應(yīng)措施。

中文名：雷電防護(hù)

外文名：Protection Against Lighting

別稱：無(wú)

應(yīng)用學(xué)科：信息通信

特點(diǎn)：防護(hù)手段、架空明線、地下電纜

雷電對(duì)通信線路會(huì)造成哪些影響呢?下面我們簡(jiǎn)單介紹一下：

架空明線

架空明線處于雷雨云與大地之間,也就是電場(chǎng)發(fā)生影響的空間。當(dāng)雷雨云對(duì)大地放電時(shí),如果擊中架空明線,會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的電壓,使線路設(shè)備遭受破壞。

電桿

如果雷電直接擊中電桿,會(huì)擊壞電桿上的專置和導(dǎo)線,通信會(huì)中斷;如果雷電的電流很大時(shí),可能燒毀電桿,甚至將整個(gè)電桿炸成碎片。雷擊在兩電桿中間時(shí),會(huì)把導(dǎo)線擊斷。而且雷擊也會(huì)造成隔電子等附屬設(shè)備損壞。一般情況下,感應(yīng)雷的電壓不高,還不至于損壞外線設(shè)備,如果隔電子的質(zhì)量不良或不干凈時(shí),感應(yīng)雷也能損壞隔電子。

地下電纜

當(dāng)雷電"發(fā)威"對(duì)大地放電時(shí),即使"躲"在地下的通信電纜,也難逃其"毒手",埋設(shè)在地下的通信電纜也會(huì)遭受破壞。當(dāng)雷電流一旦進(jìn)入通信電纜的金屬纜皮時(shí),就會(huì)沿線路傳播,不僅僅使雷擊點(diǎn)附近線路遭到破壞,甚至使幾公里乃至幾十公里范圍內(nèi)的通信線纜都發(fā)生故障,嚴(yán)重阻斷通信。

上文介紹了雷電的這么多危害,因此在通信線路的勘察設(shè)計(jì)和通信線路的長(zhǎng)期使用整個(gè)過(guò)程中,都要注意雷電的防護(hù)工作,既要摸清通信線路經(jīng)過(guò)地區(qū)的雷電活動(dòng)規(guī)律,又要分析考慮線纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和客觀外界條件,有針對(duì)性地采取必要防護(hù)措施。雷電防護(hù)采取的措施主要如下：

加裝跨接線：將通信線纜接續(xù)處兩側(cè)金屬外皮及鋼帶等都通過(guò)導(dǎo)線連接在一起,減小纜皮電阻,增強(qiáng)防雷能力,同時(shí)避免跳弧擊穿。

加裝均壓線：將同一條電纜溝中敷設(shè)的多條通信電纜的金屬外皮及鋼帶都并聯(lián)起來(lái),共同分擔(dān)外來(lái)的雷擊,同時(shí)避免因產(chǎn)生電弧而擊穿通信電纜的纜皮和包裹的鋼帶。

強(qiáng)化接地：將通信線纜的金屬外皮接地,并確保很小的接地電阻,使線纜上的電荷迅速入地,避免雷擊形成的高電壓擊壞線纜。

埋設(shè)消弧線：當(dāng)雷電擊中通信線纜附近的大樹(shù)、高塔等其它物體時(shí),可能會(huì)在雷擊點(diǎn)和通信線纜之間產(chǎn)生電弧,因電弧擊穿而損壞電纜。通過(guò)埋設(shè)消弧線可以進(jìn)行有效防護(hù)。

裝設(shè)避雷針：在通信線纜附近裝設(shè)避雷針,把雷電云對(duì)大地的放電引向避雷針,放電進(jìn)入大地。如圖1所示,需要注意,避雷針與受保護(hù)的通信線纜距離應(yīng)該大于4米。

圖1 裝設(shè)避雷針

敷設(shè)地下防雷線：對(duì)于防雷電區(qū)域較長(zhǎng)的地區(qū)或地下通信線纜的保護(hù),可以采用敷設(shè)地下線防雷線的措施。

架空防雷線：對(duì)于架設(shè)在空中的通信線纜,架設(shè)空中的防雷線能很好地防止直擊雷。

防雷電纜：特制的通信電纜,它的線纜外皮電阻小,而心線與外皮間的絕緣耐壓值高。可以防止雷電對(duì)電纜心線的損壞。

雷電及其它強(qiáng)干擾對(duì)通信系統(tǒng)的致?lián)p及由此引起的后果是嚴(yán)重的,雷電防護(hù)將成為保障生命財(cái)產(chǎn)的必需措施。雷電脈沖由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成,其主要通過(guò)兩種形式來(lái)作用于設(shè)備：一種是通過(guò)金屬管線或地線直接傳導(dǎo)雷電致?lián)p設(shè)備;一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應(yīng)到金屬管線或地線產(chǎn)生浪涌致?lián)p設(shè)備,絕大部分雷損由這種感應(yīng)而引起。對(duì)于電子信息設(shè)備而言,危害主要來(lái)自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量,通過(guò)以下三個(gè)通道所產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌。1、金屬管線通道,如自來(lái)水管、電源線、天饋線、信號(hào)線、航空障礙燈引線等產(chǎn)生的浪涌;2、地線通道,地電位反擊;3、空間通道,電磁場(chǎng)的輻射能量。

其中金屬管線通道的浪涌和地線通道的地電位反擊是電子信息系統(tǒng)致?lián)p的主要原因,它的最見(jiàn)的致?lián)p形式是在電力線上引起的雷損,所以需作為防護(hù)的重點(diǎn)。由于雷電無(wú)孔不入地侵襲電子信息系統(tǒng),雷電防護(hù)將是個(gè)系統(tǒng)工程。雷電防護(hù)的中心內(nèi)容是泄放和均衡。

1、泄放是將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過(guò)大地泄放,并且應(yīng)符合層次性原則,即盡可能多、盡可能遠(yuǎn)地將多余能量在引入通信系統(tǒng)之前泄放入地;層次性就是按照所設(shè)立的防雷保護(hù)區(qū)分層次對(duì)雷電能量進(jìn)行削弱。防雷保護(hù)區(qū)又稱電磁兼容分區(qū),是按人、物和信息系統(tǒng)對(duì)雷電及雷電電磁脈沖的感受強(qiáng)度不同把環(huán)境分成幾個(gè)區(qū)域：LPZOA區(qū),本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊,因此各特體都可能導(dǎo)走全部雷電流,本區(qū)內(nèi)電磁場(chǎng)沒(méi)有衰減。LPZOB區(qū),本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊,但本區(qū)電磁場(chǎng)沒(méi)有衰減。LPZ1區(qū),本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊,流往各導(dǎo)體的電流比LPZOB區(qū)進(jìn)一步減少,電磁場(chǎng)衰減和效果取決于整體的屏蔽措施。后續(xù)的防雷區(qū)(LPZ2區(qū)等)如果需要進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的電流和電磁場(chǎng),就應(yīng)引入后續(xù)防雷區(qū),應(yīng)按照需要保護(hù)的系統(tǒng)所要求的環(huán)境區(qū)選擇且續(xù)防雷區(qū)的要求條件。保護(hù)區(qū)序號(hào)越高,預(yù)期的干擾能量和干擾電壓越低。在現(xiàn)代雷電防護(hù)技術(shù)中,防雷區(qū)的設(shè)置具有重要意義,它可以指導(dǎo)我們進(jìn)行屏蔽、接地、等電們連接等技術(shù)措施的實(shí)施。

2、均衡就是保持系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差,即系統(tǒng)所在環(huán)境及系統(tǒng)本身所有金屬導(dǎo)電體的電位在瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)保持基本相等,這實(shí)質(zhì)是基于均壓等電位連接的。由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線和等電位連接器(防雷器)組成一個(gè)電位補(bǔ)償系統(tǒng),在瞬態(tài)現(xiàn)象存在的極短時(shí)間里,這個(gè)電位補(bǔ)償系統(tǒng)可以迅速地在被保護(hù)系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)所有導(dǎo)電部件之間建立起一個(gè)等電位,這些導(dǎo)電部件也包括有源導(dǎo)線。通過(guò)這個(gè)完備的電位補(bǔ)償系統(tǒng),可以在極短時(shí)間內(nèi)形成一個(gè)等電位區(qū)域,這個(gè)區(qū)域相對(duì)于遠(yuǎn)處可能存在數(shù)十千伏的電位差。重要的是在需要保護(hù)的系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)部,所有導(dǎo)電部件之間不存在顯著的電位差。

3、雷電防護(hù)系統(tǒng)由三部分組成,各部分都有其重要作用,不存在替代性。外部防護(hù),由接閃器、引下線、接地體組成,可將絕大部分雷電能量直接導(dǎo)入地下泄放。過(guò)渡防護(hù),由合理的屏蔽、接地、布線組成,可減少或阻塞通過(guò)各入侵通道引入的感應(yīng)。內(nèi)部防護(hù),由均壓等電位連接、過(guò)電壓保護(hù)組成,可均衡系統(tǒng)電位,限制過(guò)電壓幅值。

人類(lèi)對(duì)雷電采取防護(hù)措施,最早可追溯到12世紀(jì)。中國(guó)湖南現(xiàn)存的岳陽(yáng)慈氏塔(約在1100年重建),自塔頂有6條鐵鏈沿6個(gè)角下垂至地面上一定高度,可用來(lái)防止雷擊損壞。有的古塔還將此類(lèi)鐵鏈沉入水井,實(shí)現(xiàn)良好接地。中國(guó)古代屋宇頂上的龍嘴伸出舌須,其根部用細(xì)鐵絲直通地下,這可能是現(xiàn)代避雷針的雛形。1750年,美國(guó)B.富蘭克林提出了以避雷針保護(hù)建筑物的理論和方法。

19世紀(jì)80年代末,人們?cè)?a href="/baike/list_386.html">電話線路上采用了導(dǎo)雷器。其結(jié)構(gòu)是一個(gè)裝于管內(nèi)的火花間隙,串聯(lián)一個(gè)熔斷器,與今天電信臺(tái)、站采用的放電管串聯(lián)熔斷器的保護(hù)裝置在原理上完全相同,隨即電工設(shè)備也采用了導(dǎo)雷器。到90年代初,E.湯姆孫又制出了磁吹間隙,即由一角形間隙和一磁吹線圈組成,后者用來(lái)吹滅間隙的電弧,這種裝置用于直流發(fā)電機(jī)的保護(hù),它是20世紀(jì)50年代研制的磁吹避雷器的前身。

20世紀(jì)初,為限制電力系統(tǒng)在間隙放電時(shí)的工頻續(xù)流,德國(guó)人在1901年制成用串聯(lián)線性電阻限流的角形間隙,這是現(xiàn)代閥型避雷器的前身。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的增高,十幾種保護(hù)裝置先后出現(xiàn)。當(dāng)今,各類(lèi)防雷裝置和器件,有大到縱橫覆蓋數(shù)百公里的雷電定向定位預(yù)警系統(tǒng),小到只有幾厘米長(zhǎng)的能將電壓限制到 9.5伏、可防護(hù)從微秒級(jí)的雷電波到納秒(10-9秒)級(jí)的核電磁脈沖(NEMP)。

雷電危害

雷電產(chǎn)生的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、熱效應(yīng)、力學(xué)效應(yīng)等,均會(huì)引起不同的危害。

雷電感應(yīng)

由于雷閃放電的強(qiáng)大電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用,在鄰近導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。它可能引起金屬部件之間產(chǎn)生火花放電。它對(duì)一般電力設(shè)備、電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾;對(duì)儲(chǔ)存易燃、易爆物品的建筑物引起燃燒或爆炸。被雷擊中的物體通過(guò)電流時(shí)會(huì)出現(xiàn)高電位,此高電位又可能擊壞鄰近的低電位物體,稱為反擊。

熱效應(yīng)

雷電擊中金屬導(dǎo)體或其他物體時(shí),強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使物體發(fā)熱熔毀或燃燒。一次中等雷閃放電的電量約為25庫(kù),最大可達(dá)100庫(kù)。經(jīng)估算,雷擊點(diǎn)的發(fā)熱量約為500~2000焦。這一能量可熔化50~200毫米3的鋼材。

力學(xué)效應(yīng)

雷電流通過(guò)物體或金屬導(dǎo)體時(shí),產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊性的電動(dòng)力。它的作用時(shí)間很短,遠(yuǎn)小于導(dǎo)體機(jī)械振動(dòng)周期。其振動(dòng)力可達(dá)5000~6000牛,使被擊物體斷裂破碎。

雷電侵入波

雷電襲擊到遠(yuǎn)離建筑物的架空輸電線路、通信線、各種金屬管道或電視天線等高出建筑物的金屬突出物上(見(jiàn)圖4),從而產(chǎn)生高電位、大電流的雷電沖擊波。沖擊波沿著這些金屬導(dǎo)體侵入建筑物內(nèi),稱為雷電侵入波。它同樣會(huì)危及人身及設(shè)備的安全。

防雷器又稱等電位連接器、過(guò)電壓保護(hù)器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等,用于電源線防護(hù)的防雷器稱為電源防雷器。鑒于目前的雷電致?lián)p特點(diǎn),雷電防護(hù)尤其在防雷整改中,基于防雷器防護(hù)方案是最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的雷電防護(hù)解決方案。防雷器的主要作用是瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)將其兩端的電位保持一致或限制在一個(gè)范圍內(nèi),轉(zhuǎn)移有源導(dǎo)體上多余能量。

進(jìn)入地下泄放,是實(shí)現(xiàn)均壓等電位連接的重要組成部分。防雷器的一些主要技術(shù)參數(shù)：額定工作電壓、額定工作電流,串并式電源防雷器的載流量。通流能力,即防雷器轉(zhuǎn)移雷電流的能力,以千安為單位,與波形形式有關(guān)。防雷器在功能上可分為可防直擊雷的防雷器和防感應(yīng)雷的防雷器,可防直擊雷的防雷器通常用于可能被直擊雷擊中的線路保護(hù),如LPZOA區(qū)與LPZ1區(qū)交界處的保護(hù)。用10/35μs電流波形測(cè)試與表示其通流能力。防感應(yīng)雷的防雷器通常用于不可能被直擊雷擊中的線路保護(hù),如LPZOB區(qū)與LPX1區(qū)、LPZ1區(qū)交界處的保護(hù),用8/20μs電流波形測(cè)試與表示其通流能力響應(yīng)時(shí)間,防雷器對(duì)瞬態(tài)浪涌起控制作用所需的時(shí)間,與波形性質(zhì)有關(guān)。殘壓,防雷器對(duì)瞬態(tài)浪涌的電壓限制能力,與雷電流幅值及波形性質(zhì)有關(guān)。

雷電防護(hù)措施

各種建筑物、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、大型物理裝置、電子計(jì)算機(jī)及火箭發(fā)射系統(tǒng)等等,對(duì)雷電防護(hù)的要求各異。

建筑物

可采用直擊雷防護(hù)裝置。它由接閃部分、引下線和接地裝置組成,有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和避雷線等類(lèi)型。沿屋脊、屋檐敷設(shè)的金屬導(dǎo)體(避雷帶)或網(wǎng)格狀導(dǎo)體(避雷網(wǎng)),或高出屋面豎立的金屬棒以及金屬屋面和金屬構(gòu)件等,統(tǒng)稱為接閃裝置或接閃器。連接接閃裝置與接地裝置的金屬導(dǎo)體稱為防雷引下線(簡(jiǎn)稱引下線)。為將接閃器雷電流擴(kuò)散到大地中而埋設(shè)在土壤中的金屬導(dǎo)體(接地極)和連接線總稱為接地裝置。利用建筑物屋頂?shù)慕饘贅?gòu)件和建筑物內(nèi)部的鋼筋組成一個(gè)整體的大網(wǎng)籠稱為籠式避雷網(wǎng)。它具有良好的分流、均壓和屏蔽作用,是保護(hù)性能最好的防雷方式。

電力系統(tǒng)

發(fā)電廠和變電所廣泛使用獨(dú)立避雷針。變電架構(gòu)上的避雷針(110千伏及以上電壓變電所)和煙囪、水塔上的避雷針可防護(hù)直擊雷。大中型變電所常需安裝8~10支高30米左右的避雷針群。裝于發(fā)電廠煙囪上的避雷針可用來(lái)保護(hù)發(fā)電廠,其高度可達(dá)120米。這樣,直擊雷防護(hù)的可靠性可達(dá)安全運(yùn)行1000~1300年的耐雷指標(biāo)(MTBF)。有些變電所是用避雷線來(lái)保護(hù)。為防護(hù)由輸電線傳入的雷電侵入波,可采用閥型避雷器或氧化鋅避雷器。對(duì)其保護(hù)性能及通流能量等要求甚高,還需嚴(yán)格作到全伏秒特性與被保護(hù)的變壓器等相配合(圖5),避雷器的尺寸亦甚龐大,如500千伏變電所的避雷器高達(dá)5米以上。110、220千伏變電所對(duì)侵入波的防護(hù),其平均無(wú)故障時(shí)間MTBF運(yùn)行值分別可達(dá)80年和200年,330~500千伏級(jí)的目標(biāo)值均為300~500年。繼電保護(hù)和控制回路多用電纜的金屬屏蔽層,并在兩端接地,或?qū)⒔^緣電線、塑料電纜穿入鐵管,將兩端接地,以防護(hù)感應(yīng)雷和侵入波。對(duì)發(fā)電機(jī)的雷電侵入波防護(hù),則采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)專用避雷器,并配以由50~100米長(zhǎng)的金屬屏蔽電纜(電纜埋入地中且在兩端和中間設(shè)置多點(diǎn)接地)和電纜首端的避雷器及其前方的避雷針或避雷線保護(hù)段(作為第一道防線)組成進(jìn)線保護(hù)段。這一保護(hù)系統(tǒng)能確保發(fā)電機(jī)的MTBF達(dá)100~300年。若采用防雷線圈(不用電纜)和避雷器的保護(hù)方式,MTBF超過(guò)600年。輸電線路用避雷線保護(hù)。110千伏、220千伏、330~500千伏線路分別可達(dá)到平均事故 0.2次、0.17次和0.1次/百公里年。為使避雷針、避雷線的布置處于屏蔽雷閃的最佳位置和獲得較好的計(jì)算方法,并將保護(hù)失效率──繞擊率(即每1000次雷擊,繞過(guò)保護(hù)裝置而擊于被保護(hù)物上的次數(shù))限制到最低限度,自1925~1926年美國(guó)人PEEK在實(shí)驗(yàn)室用"人工雷"首次對(duì)避雷針模型進(jìn)行試驗(yàn)以來(lái),一直在進(jìn)行研究。中國(guó)在避雷針設(shè)計(jì)、計(jì)算上較為先進(jìn),實(shí)際繞擊率已達(dá)到0.5%。各國(guó)為研究超高壓、特高壓輸電的長(zhǎng)間隙和絕緣子串的雷電沖擊特性、變電設(shè)備的沖擊特性,先后制出高達(dá)3600千伏、4800千伏、6000千伏、甚至10000千伏的沖擊電壓發(fā)生器,用以進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究工作。

通信系統(tǒng)

通信明線一般不設(shè)直擊雷保護(hù),只在個(gè)別重要電桿上裝設(shè)高出桿頂 0.5米或略長(zhǎng)一點(diǎn)的鋼棒(一般為4毫米直徑),并用引下線接地。對(duì)地下通信電纜,為防止雷擊,根據(jù)國(guó)際電信電報(bào)咨詢委員會(huì)(CCITT)的建議采取下列保護(hù)措施。對(duì)重要的電纜(如同軸電纜)：若土壤電阻率ρ<100歐米時(shí),不專設(shè)保護(hù);ρ=100~1000歐米時(shí),在電纜上方埋設(shè)1根屏蔽(排流)線,埋深約為電纜埋深的1/2;ρ=1001~3000歐米時(shí),設(shè)2根屏蔽線,或采用鎧裝電纜;ρ>3000歐米時(shí),將電纜敷設(shè)在鐵管中。對(duì)較次要的電纜：若ρ≤1000歐米,不設(shè)屏蔽線;ρ>1000歐米,且位于雷電頻繁地區(qū),設(shè)1~2根屏蔽線。

廣播電臺(tái)

微波通信站、衛(wèi)星地面站、雷達(dá)站、廣播臺(tái)、電視臺(tái)等的防雷采用基本相同的措施。主要有：

①天線防雷：宜設(shè)直擊雷保護(hù),避雷針可固定在天線架上,對(duì)天線保護(hù)角45°。避雷針應(yīng)避免對(duì)天線方位角內(nèi)電波的屏蔽影響。若布置上有困難時(shí)可采用玻璃鋼支柱,在其上敷設(shè)截面積為25平方毫米的銅絞線作接閃器的引下線。接地電阻一般不超過(guò)5歐,在土壤電阻率較低的有條件地區(qū),不宜超過(guò)1歐。接地體應(yīng)圍繞塔基做成閉合環(huán)形,以減小接觸電壓和跨步電壓。

②機(jī)房防雷：波導(dǎo)管或同軸電纜的金屬外皮,至少應(yīng)在上、下兩端與塔身金屬結(jié)構(gòu)連接,并在引進(jìn)機(jī)房處與接地網(wǎng)連接。機(jī)房若未在天線避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi),應(yīng)另設(shè)直擊雷防護(hù)。可在房頂四周敷設(shè)閉合的避雷帶,它可兼作均壓帶之用。沿機(jī)房的四角敷設(shè)引下線,并兼作均勻帶,在地下與圍繞機(jī)房四周敷設(shè)的水平閉合接地帶連接。當(dāng)機(jī)房較大時(shí),需增加引下線,使兩相鄰引下線間的距離不超過(guò)18米。在機(jī)房?jī)?nèi),圍繞機(jī)房四周,在地上設(shè)接地母線。此母線在四角與機(jī)房外的接地帶連接,連接點(diǎn)間的距離不大于18米。房?jī)?nèi)各種電纜的金屬外皮,金屬外殼和不帶電的金屬部分、各種金屬管道、金屬門(mén)框、金屬進(jìn)風(fēng)道、走線架、濾波器架等,以及保護(hù)接地、工作接地,均應(yīng)以最短距離與環(huán)形接地母線連接。機(jī)房?jī)?nèi)的電力線、通信線均應(yīng)有金屬外皮或屏蔽層,或敷設(shè)在鋼管內(nèi)并將外皮兩端接地。這樣,設(shè)備和導(dǎo)線即處在一個(gè)法拉第籠內(nèi)。電力線、通信線均應(yīng)在機(jī)房?jī)?nèi)裝設(shè)放電器。在微波站,機(jī)房的接地網(wǎng)與微波塔接地網(wǎng)之間,至少應(yīng)敷設(shè)兩根接地均壓帶,以均衡電位。

③臺(tái)站供電設(shè)備防雷：變壓器的高壓、低壓側(cè)均應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器。

電子計(jì)算機(jī)

現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)對(duì)雷電極為敏感。即使幾公里以外的高空雷閃或?qū)Φ乩组W也有可能導(dǎo)致電子計(jì)算機(jī)的誤算或擊穿,因?yàn)?.07高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度可造成元件失效,2.4高斯即可使元件擊穿。所以對(duì)于特別重要的計(jì)算機(jī),應(yīng)采取措施防護(hù)遠(yuǎn)方的感應(yīng)雷。那些與微波塔(站)、雷達(dá)站、衛(wèi)星地面站裝在同一高大建筑物內(nèi)的大型計(jì)算機(jī),由于上述各高聳天線的引雷作用,防雷措施更為必要,需采用分流、屏蔽、搭接、接地、保護(hù)系統(tǒng)(D.S.B.G.P系統(tǒng))。①分流(D)：樓頂裝設(shè)高出天線的避雷針,將大量電流引到大樓金屬結(jié)構(gòu)和接地網(wǎng),進(jìn)行分流和降低電位。②屏蔽(S)：所有波導(dǎo)管、信號(hào)線、計(jì)算機(jī)各導(dǎo)線均采用屏蔽線或穿入鐵管,且屏蔽層或鐵管的兩端接地。③搭接(B)：所有電纜連接處、電纜與機(jī)器連接處進(jìn)行電氣搭接。④接地(G)：整個(gè)大樓的所有金屬架構(gòu)、管道、導(dǎo)線金屬屏蔽層或穿線鐵管連在一起與總地網(wǎng)連接,形成法拉第籠。大樓內(nèi)的防雷接地、工作接地、保護(hù)接地均需連在一起,以均衡電位�？偨拥鼐W(wǎng)主要由沿大樓四周敷設(shè)閉合的接地帶構(gòu)成。為解決電磁兼容性問(wèn)題,計(jì)算機(jī)的邏輯接地可用電纜外包絕緣層,引到樓下數(shù)十米以外單獨(dú)接地。為防止反擊,需在入戶處用一放電器接于電纜金屬皮與主地網(wǎng)間,在雷擊時(shí)實(shí)行暫態(tài)均壓。⑤保護(hù)(P)：計(jì)算機(jī)引出的信號(hào)線應(yīng)裝設(shè)多級(jí)保護(hù),以防止信號(hào)線遭雷擊或發(fā)生雷電感應(yīng)時(shí)侵入波損壞計(jì)算機(jī)。上述保護(hù)方式,其MTBF值約在100年左右。

火箭發(fā)射系統(tǒng)

這種高技術(shù)裝置對(duì)雷電極為敏感,對(duì)防雷可靠性的要求甚高。70年代美國(guó)阿波羅登月火箭在飛行中通過(guò)雷云時(shí),觸發(fā)閃電,擊壞了計(jì)算機(jī)和電源設(shè)備,從而引起美國(guó)重視,開(kāi)展了航天器防雷計(jì)劃的研究,并呼吁國(guó)際科學(xué)界給予支持。80年代末,又曾有5個(gè)待發(fā)射火箭在雷暴中因閃電觸發(fā)了3支火箭,結(jié)果4支火箭燒毀。這再次引起各國(guó)航天工作者的關(guān)注。

火箭發(fā)射系統(tǒng)由發(fā)射塔架、火箭、測(cè)控電纜和測(cè)試車(chē)間、主控室組成,需通過(guò)約為1∶10的雷電模擬試驗(yàn),研究其響應(yīng)特性,才能選定優(yōu)化防雷方案。發(fā)射塔架和火箭防止直擊雷較為可靠的措施是采用獨(dú)立避雷針,但這也需考慮雷繞擊于塔架的情況(發(fā)生概率約為0.005~0.01)。作為第二道防線,塔架良好接地分流,通過(guò)各擺桿和測(cè)控電纜流到箭體的電流約為雷電流的18%。此時(shí)通過(guò)各測(cè)控電纜侵入箭內(nèi)的侵入波應(yīng)不致引起元件擊穿,或?qū)е率Э囟�點(diǎn)火發(fā)射。此外,采用雷擊獨(dú)立避雷針時(shí),考慮火箭測(cè)控導(dǎo)線中的雷電感應(yīng)影響也必須采用屏蔽措施。在設(shè)計(jì)中必須通過(guò)試驗(yàn),確定箭內(nèi)電路的響應(yīng)特性和耐受雷電沖擊波的能力,使防雷系統(tǒng)與被保護(hù)系統(tǒng)在雷電暫態(tài)過(guò)程中相互配合,同時(shí)做到箭內(nèi)部電磁兼容以及箭內(nèi)-箭外電磁兼容。當(dāng)電磁兼容性問(wèn)題能妥善解決時(shí),可采用塔架上裝設(shè)避雷針?lè)桨�。中�?guó)、蘇聯(lián)、日本等國(guó)采取獨(dú)立避雷針?lè)绞�。美�?guó)80年代初開(kāi)始采用塔架上裝設(shè)避雷針?lè)绞?如休斯敦航天飛機(jī)發(fā)射中心即采用這種方案。為了盡量減少雷電流直接流過(guò)發(fā)射塔架的概率,用一螺旋形玻璃鋼棒支撐接閃器,多數(shù)情況下雷電流由接閃器的3根金屬拉線泄入大地,只有很大的雷電流(估計(jì) 150千安以上)才通過(guò)玻璃棒放電后流入發(fā)射塔架。

箭內(nèi)的電力、電子元件和爆破螺栓、電子計(jì)算機(jī)等需具有一定的抗干擾能力,它應(yīng)與防雷系統(tǒng)的防護(hù)能力相適應(yīng),并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。美國(guó)規(guī)定,對(duì)一些火箭,侵入箭內(nèi)的沖擊波不得超過(guò) 300伏。由各電纜傳至主控室、測(cè)試車(chē)間的沖擊波,由于塔架接地的分流作用,以及電纜的屏蔽、搭接、接地等保護(hù)作用,到達(dá)末端儀表處一般已無(wú)危險(xiǎn)。由于各測(cè)控信號(hào)線路的電磁兼容性要求極高,這種高技術(shù)系統(tǒng)的測(cè)控和信號(hào)電纜的接地與一般民用設(shè)施的多點(diǎn)接地方式不同(發(fā)射基地的供電系統(tǒng)即采用多點(diǎn)接地),必須采用單點(diǎn)接地技術(shù),以防止干擾電波亂竄。

一個(gè)接地系統(tǒng)的效果,取決于系統(tǒng)中兩點(diǎn)之間可能存在的電位差及通過(guò)該系統(tǒng)的電流大小。一個(gè)好的"地",其電位應(yīng)該是：與電路中任何功能部分的電位比較都可忽略不計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn),發(fā)射中心的各子系統(tǒng)分別采用浮地(如某些計(jì)算機(jī)的邏輯"地")、單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地方式。發(fā)射中心的單點(diǎn)接地點(diǎn)設(shè)置在測(cè)試室內(nèi),這一"地"電位(接地參考點(diǎn))由十幾條同軸電纜的心線接到箭體和主控室,同軸電纜的外皮用絕緣子必須與地絕緣。電氣搭接是指在兩金屬表面間建立低阻抗的通路,而且以對(duì)電磁場(chǎng)的盡可能?chē)?yán)密屏蔽為最佳。試驗(yàn)表明,那種通常使用的球珠搭接,在高技術(shù)領(lǐng)域不能符合要求,只有實(shí)體的全面閉合搭接才能顯著減少心線中的干擾電壓。測(cè)控電纜的屏蔽層只要有一個(gè) 1毫米直徑的小孔,即能使電纜的轉(zhuǎn)移阻抗(亦即侵入箭中的沖擊波)顯著增大。主控室和測(cè)試車(chē)間均應(yīng)在室外四周敷設(shè)閉合的環(huán)形接地。發(fā)射塔架區(qū)則設(shè)置極為有效的直徑約為60米的主接地網(wǎng),網(wǎng)格為1×1平方米,每個(gè)節(jié)點(diǎn)打入長(zhǎng)約2米的垂直電極,接地網(wǎng)的接地電阻在0.6歐以下。為防止雷電感應(yīng)在間隙處產(chǎn)生火花放電,導(dǎo)致火箭加注液體燃料后泄漏揮發(fā)易燃?xì)怏w而燃燒爆炸,塔頂旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及箭外圍自行塔的所有門(mén)窗都應(yīng)各設(shè)兩個(gè)電氣搭接。這有利于釋放旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可能產(chǎn)生的靜電積聚。捆綁式同步衛(wèi)星火箭的4只助推火箭,其每只與主箭連接的2個(gè)螺栓,都必須保證良好的電氣連接,以便4個(gè)助推火箭下端的兩個(gè)消靜電針能釋放整個(gè)多級(jí)火箭箭體在空氣中飛行時(shí)所產(chǎn)生的靜電電荷。否則主箭箭體產(chǎn)生的電荷積聚到一定程度就會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)大放電電流的靜電擊穿現(xiàn)象。這種放電是一種破壞性很大的強(qiáng)干擾源,可以造成箭內(nèi)電子元件損壞或引爆爆炸螺栓。歐洲 2號(hào)火箭即因未能處理好飛行中的靜電積聚問(wèn)題而導(dǎo)致空中爆炸。

大型物理裝置

托卡馬克裝置一般裝于機(jī)房?jī)?nèi),雷電防護(hù)易于解決。機(jī)房如為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),只需將其各部件的鋼筋連接在一起,并在機(jī)房四周做閉合環(huán)形接地即可。磚結(jié)構(gòu)的機(jī)房需在房頂設(shè)避雷網(wǎng),并連線使其接地。供電電源如果與架空線路連接,應(yīng)裝設(shè)避雷器防護(hù)雷電波的侵襲。控制回路應(yīng)采用有屏蔽層的導(dǎo)線,將金屬皮在兩端接地。數(shù)萬(wàn)安的單向脈沖電流對(duì)電子計(jì)算機(jī)和控制回路造成強(qiáng)大的干擾,后兩者必須采取屏蔽電纜等措施,解決電磁兼容性問(wèn)題。同時(shí)還要特別注意這種大電流對(duì)接地裝置所造成的腐蝕影響,需加大接地體的截面。串列加速器在防雷方面可采取上述相似的措施。對(duì)其靶點(diǎn)無(wú)法防護(hù),因?yàn)榧尤氡Ｗo(hù)器件將影響粒子的走向,只可在其外圍盡量減少雷電影響。此外,其電子計(jì)算機(jī)應(yīng)采用完全獨(dú)立的接地網(wǎng),以解決電磁兼容性問(wèn)題。若將計(jì)算機(jī)接地敷設(shè)在防雷接地和保護(hù)接地網(wǎng)中間,由于電阻耦合作用,相當(dāng)于兩接地網(wǎng)相連,效果欠佳。

爆炸試驗(yàn)系統(tǒng)

地下核爆炸試驗(yàn)系統(tǒng)的防護(hù)。地下核爆炸試驗(yàn)系統(tǒng)的塔架應(yīng)設(shè)良好的接地(如在塔基周?chē)�敷設(shè)長(zhǎng)達(dá)40米的垂直電極群,直到地下水面以下4~5米深);通往地下核爆炸裝置的各種導(dǎo)線應(yīng)采用屏蔽層,且應(yīng)實(shí)行可靠的搭接和接地等。

加強(qiáng)雷雨天氣自我防護(hù)意識(shí)：

1、應(yīng)該留在室內(nèi),并關(guān)好門(mén)窗;在室外工作的人員應(yīng)躲入建筑物內(nèi)。

2、雷雨天盡量不打電話,不收看電視,不操作微機(jī),以防雷電磁脈沖、雷電波侵入,造成人身傷害。

3、不要使自己成為尖端,盡量降低自己高度,不應(yīng)該把鐵鍬、雨傘等金屬物體抗在肩上,高于頭頂,這樣會(huì)增加雷擊接閃機(jī)會(huì)。

4、盡量縮小與大地的接觸面積,切不可大步奔跑,以縮小跨步電壓。

5、最好找一個(gè)溝、谷、凹地,或在平地上,雙腳并攏蹲下。

6、若能躲入裝有金屬門(mén)窗(已良好接地)或裝設(shè)避雷針的建筑物內(nèi),則更安全。

7、汽車(chē)是雷雨天良好的壁雷所,金屬車(chē)身可有效的屏蔽雷電。

8、在大樹(shù)下高樓旁躲雨,是不安全的。因?yàn)楦叽笪矬w更易遭受雷擊,引發(fā)旁側(cè)閃絡(luò),或?qū)е陆佑|雷擊、跨步電壓。

9、躲入山洞、可以避雷,但應(yīng)并攏雙腳,身體任何部位都不能接觸洞壁、洞頂。

10、在密林中應(yīng)該選擇與四周樹(shù)木距離相等的地方,雙腳并攏,蹲下身體。