（一）雷电概述

   自从地球上有了人类，人们就一直未停止过对雷电的产生、雷电的灾害及其活动规律的认识和探索。

   雷电的产生是由云层中的尘埃、水晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂的过程，使这些物质分别带上正电荷与负电荷，带上相同电荷的质量较重的物质会达到云层的下部（一般为负电荷），带上相同质量较轻的物质会到达云层的上部，（一般为正电荷），这样，同性电荷的汇集就形成了一些带电中心，当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿，便会出现“放电”（即闪电）。

   带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物，金属物等会感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成对地放电。在迅猛的放电过程中，不仅会产生强大的雷电流（可达数十至数百 KA），还会伴随有强烈的闪光和巨大的声响。这种雷电流具有发生时间短（微秒级的突变）、幅度值高（几百KA）的特点，其瞬间功率是巨大的，有极大的破坏力。

   早在二百多年前，美国科学家富兰克林，在雷雨天通过放风筝实验，证明了雷击现象，并建立了雷电学说。二百年以来人们一直在探索研究、消除减轻雷电对人类活动带来的破坏，随着国民经济建设的日益发展，雷电造成的灾害越来越严重，各行各业遭受雷电灾害的频率越来越高，经济损失越来越大，尤其是城市高层建筑物、电力设施、通信设施及场、计算机及其场地等极容易遭受雷电袭击。

   地球每年因雷电灾害造成的人员伤亡、财产损失不计其数，导致火灾、爆炸，信息系统瘫痪等事故频繁发生。从计算机网络及至每个家庭的家用电器都会受到雷电灾害的严重威胁，美国每年雷电造成的损失约50—60亿美元，仅1998年就使10万多台计算机受损。

   我国每年因雷击造成人员伤亡达三、四千人，财产损失有50—100亿元人民币。

   在2000年和2007年两年间全国每年损失在百万元以上的雷电灾害就有38起。

   云南地处长江以南，属低纬度地区，全省年平均雷暴日在80天以上。

   云南属于多雷区，每年发生的雷电灾害使财产损失达4000—7000万元之多。

   通过雷电灾害造成的损失，人们越来越认清了雷电灾害的严重性，所以也就不断地增强防雷意识，加强雷电的防护。如今，雷电防护的技术日趋成熟，手段更加先进，产品更加安全可靠；雷电防御的领域更加广泛，它涉及到高层建筑，电力、电信、金融、石油、化工、教育、气象、航天、旅游、弹药库等。而且现代防雷更要求综合性防护措施，这是相对于局部防雷电和单一措施防雷电的一种综合性防雷电。

（二）、防雷原理

   雷击是年复一年的严重自然灾害之一。随着我国现代化建设的不断提高，电子设备越来越多，规模越来越大。一方面大型电子计算机网络，程控交换机组等系统设备耐过电流，耐雷电压的水平越来越低，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。据统计，雷电对电子设备的损坏占设备损坏因素的比例高达26%，防雷过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。

   1、雷击的分类

   雷击一般分为直击雷击和感应雷击。

   直击雷击——指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。

   感应雷击（又称二次雷击）——指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。

   感应雷击对微电子设备，特别是通讯设备和电子计算机网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的。

   另外还有操作过电压，即是指当电流在导体上流动时，会产生磁场储存能量，当负载（特别是电感性大的负载）电器设备开关时，会产生瞬时过电压，操作过电压同感应雷击一样，可以间接损坏微电子设备。

   2、雷电防护区的划分

   按照IEC1312-1及GB50057-94要求，应将要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。防雷 区宜按以下分区：

   （1）、LPZOA区：直击雷非防护区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场没有衰减。

   （2）、LPZOB区：直击雷防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区内的电磁场没有衰减。

   （3）、LPZ1区：屏蔽防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ OB更小；本区内的电磁场可能衰减，这取决于屏蔽措施。

   （4）、LPZ2区等：后续防雷区，当需要进一步减小导入的电流和电磁场时，应引入后续雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。通常，防雷区的数越高电磁环境的参数越低。

   在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位连接，并宜采用屏蔽措施。

   3、雷电对电子设备损害的三个途径

   A、直击雷经过接闪器（如避雷针、避雷带、避雷网等）而直放入地，导致地网地电位上升。高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。

   B、雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管（线）上经感应而产生过电压。

   C、进出大楼或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入，入侵电子设备。

   线路传导过电压的形成可分为三种：

   a. 远点雷电的侵入

   b. 近点雷电磁场耦合

   c. 电感、电容性负载的起动

   远点雷电的侵入对于远距离埋地敷设或存在架空线路的通信系统危害最为严重。处于建筑物内部的通信系统由于建筑物的保护，室内和建筑物近旁不可能遭受直接雷击，但若通信系统内的电力线、信号线为架空引入，则在建筑物远处可能遭受直接雷击，沿线路传导的雷电过电压就会侵入设备内部，造成设备损坏。其形成示意图如下。

   近点雷电磁场感应是近年通信系统设备损坏的主要途径。当建筑物遭受雷击或在建筑物近旁发生雷击时，强大的脉冲电流会在周围空间产生交变磁场(以雷电中心 1.5km-2km的范围内都可产生危险的过电压)，处于磁场中的导体因此而耦合出高电压，沿线路产生的过电压窜入设备，造成设备损坏。其形成过程如下。

   4、地电位反击

   A、地电位反击的形成

   根据GB50057-94（2000版）第6.3.4条“……全部的雷电流的50%流入建筑物防雷装置的接地装置，其另50%分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设备”。电流分配图如下：

   从图中可以看出当建筑物遭受雷击时，约有50%的雷电流通过建筑物的地网泄入大地，另外约有50%的雷电流通过与等电位连接带相连的接地导线进入设备，因此当雷击发生时，地网电位被抬升，与汇流排相连的设备外壳的地电位也随之升高，进入设备通信线的低电位与机架或地线之间的高电位存在高电位差而发生反击放电，从而使电子设备损坏（地电位反击过程见下图）。

   B、地电位反击的解决途径

   对于地电位的解决途径可从两个方面进行考虑，一为联合地网的形成，对于相邻的地网之间在没有达到安全距离时，应采用镀锌扁铁进行互联，形成联合接地网。二为浪通保护器的安装，在通信设备通信线路与设备外壳（地）之间安装过电压保护器，通过过电压保护器的钳位作用，使通信线路与设备之间的过电压限制在设备的耐受能力范围之内，从而达到对设备的保护。保护示意图如下：

   5、针对雷电所造成的三种灾害的保护

   （1）、接闪与接地：大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。这样就形成一个法拉第笼式接地系统。它是消除地电位反击有效的措施。

   （2）、均压连接与屏蔽：安装均压环，同时通信电缆线槽及地线线槽需用金属屏蔽线槽，且做等电位连接。其布放应尽量远离建筑物立柱或横梁，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能与建筑物立柱或横梁交叉。

   （3）、分流：进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在不同的防雷区交界处，以及终端设备的前端根据IEC1312——雷电电磁脉冲防护标准，安装上不同类别的电源类SPD以及通讯网络类SPD（SPD瞬态过电压保护器）。SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。