自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年” 公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计资料表明,雷电造成的损失 已经上升到自然灾害的第三位。全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失 不计其数。据不完全统计,我国每年因雷击以及雷击负效应造成的人员伤 亡达3000 ~ 4000人,财产损失在50亿元到100亿元人民币。
雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。现代电子技术的高速发 展,带来的负效应之一就是其抗雷击浪涌能力的降低。以大规模集成电路 为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛 运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其 它现代生活的各个领域,以大型集成元件组成的这些电子设备普遍存在着 对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点,暂态过电压不仅会造成电子 设备产生误操作,也会造成更大的直接经济损失和广泛的社会影响。
雷击造成的危害主要有直击雷,系统内部操作过电压和地电位反击三种。直击雷:带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象,称为直 击雷。它的破坏力十分巨大,若不能迅速将其泻放人大地,将导致放电通 道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑 物损坏、电子电气系统摧毁,甚至危及人畜的生命安全。
雷电波侵人:雷电不直接放电在建筑和设备本身,而是对放在建筑物 外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩 散,侵人并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此,往往在听 到雷声之前,我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。
感应过电压:雷击在设备设施或线路的附近发生,或闪电不直接对地自 放电,只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷,并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。雷击放电于具有避雷 设施的建筑物时,雷电波沿着建筑物顶部接闪器(避雷带、避雷线、避雷 网或避雷针)、引下线泄放到大地的过程中,会在引下线周围形成强大的 瞬变磁场,轻则造成电子设备受到干扰,数据丢失,产生误动作或暂时瘫 痪;严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁,使整个系统陷于瘫痪。
系统内部操作过电压:因断路器的操作、电力重负荷以及感性负荷的 投人和切除、系统短路故障等系统内部状态的变化而使系统参数发生改变 引起电力系统内部电磁能量转化,从而产生内部过电压,即操作过电压。操作过电压的幅值虽小,但发生的概率却远远大于雷电感应过电压。
实验办 证明,无论是感应过电压还是内部操作过电压,均为暂态过电压(或称瞬 时过电压),最终以电气浪涌的方式危及电子设备,包括破坏印刷电路印 制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作,使一 些控制元件失控。地电位反击:如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施,接地 网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。
高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分,流向供电系统或各种网络信号系统,或者击穿 大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统,从而反击破坏 或损害电子设备。同时,在未实行等电位连接的导线回路中,可能诱发高 电位而产生火花放电的危险。
雷击具有明显的选择性。主要为高大和突出的建筑物、容易导电的物 体、潮湿地带以及容易导电的地层等。人在旷野上行走,或扛着带铁的金属农具,或骑在摩托车上,或恰恰 举起髙尔夫球杆,或在电线杆、大树下避雨,都可能招来雷击。建筑物越 高,顶部越尖,遭雷击的机会就越多。
水位高和特别潮湿的地带,如河 床、池沼、盐场、苇塘等处以及地下水出口和金属管线集中的交叉地点, 铁路集中的枢纽、铁路终端和高架输电线的拐角处也容易落雷。此外,收 音机天线、电视机天线和屋顶上的各种金属突出物,如旗杆等,较易接闪。易遭受雷击的地点:水面和水陆交界地区以及特别潮湿的地带,如河 床、盐场、苇塘、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方;土壤中电阻率不 连续的地点,如岩石和土壤的交界处、岩石断层处、较大的岩体裂缝、露 出地面的岩层、河沿,以及埋藏的管道的地面出口处等等;地势较高和旷 野地区;土壤电阻率较小的地方,如有金属矿床的地区、河岸、地下水出 口处和金属管线集中的交叉地点、铁路集中的枢纽、铁路终端和高架输电线路的拐角处。
易遭受雷击的建筑物和物体:孤立、突出出在旷野的建筑物以及自然 界中的树木;排出导电尘埃、废气热气柱的厂房、管道等;高耸突出的建 筑物,如水塔、电视塔、高耸的广告牌等;内部有大量金属设备的厂房; 电视机天线和屋顶上的各种金属突出物,如旗杆等;建筑物屋面的突出部 位和物体,如烟囱、管道、太阳能热水器,还有屋脊和檐角等。