一、雷電的基本理論

　　雷電是一種極具破壞力的自然現象，其電壓可高達數百萬伏，瞬間電流更可高達數十萬安培。千百年來，雷電所造成的破壞可謂不計其數。落雷后在雷擊中心1.5-2Km范圍內都可能產生危險過電壓損害線路上的設備。雷電災害如同暴雨、颶風一樣都屬于氣象（自然）災害，它與水、旱、刑事犯罪、交通事故統稱為影響社會安全和經濟發展的六大災害。

　　雷電產生于雷暴，而雷暴往往伴隨強對流天氣而形成，是由大氣環流和當地氣象因素決定的。雷暴是積雨云中云與云之間或云與地之間產生的放電現象，并伴有火花放電，強大電流通過時，又使空氣迅速膨脹產生巨大的響聲，即雷電。閃電有枝狀、片狀、帶狀、球狀，其中枝狀最為常見。

　　雷暴的能量是由太陽輻射能轉化的大氣不穩定能所供給的。每年進入春季，太陽輻射增強，大氣中的不穩定能增加，因雷暴始發于春季，盛夏，太陽輻射強烈，大氣不穩定能儲存多，雷暴頻繁。秋冬以后，太陽輻射減弱，因而雷暴逐漸減少。但由于全球氣候變化和大氣污染等原因，現在冬季也經常出現雷擊現象。據悉，每個閃電的強度可以高達10億伏，一個中等強度雷暴的功率約有10萬千伏，相當于一座小型核電站的輸出功率。

　　一般而言，雷電災害具有突發性、多樣性、復雜性、破壞性和選擇性等特點。隨著現代化高新技術產業基礎——電子技術的迅速發展和廣泛運用，雷電災害跟蹤而至，還呈現出新的特點：受災面大大擴展，特別容易侵入與高新技術最密切的領域，損失和危害程度大大增加。為此國家于1999年頒布了《中華人民共和國氣象法》；2000年6月30日又頒布了《防雷減災管理辦法》；這對于減輕包括雷電災害在內的氣象災害，保障人民生命財產安全，促進經濟、社會的可持續發展，將起重要的推動作用。

　　近年來，隨著大量的數據設備和精密儀器應用的范圍日益廣泛，雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。由于通訊計算機網絡精密設備內部結構的高度集中化，使設備耐受過電壓、過電流的能力下降，更易遭受雷電破壞。輕者可造成計算機終端和通信設備的接口損壞，使通信中斷，大量信息丟失或無法傳輸；重者使網絡主機損壞，導致網絡癱瘓，工作無法進行。計算機網絡系統易遭受雷擊損壞的設備有：MODEM（調制解調器）、ROUTER（路由器）SWITCH（交換機）、HUB、網卡、通信卡、UPS、計算機電源及主板。

　　在雷電災害防御方面，縱觀人類防雷歷史，已有兩個多世紀，從建筑物防雷發展到供電防雷、電氣和電子設備防雷，現在已進入第四個階段即現代微電子設備防雷。防雷技術和產品，也隨著現代高新技術發展得到顯著發展，除傳統的避雷針引雷攔截技術外，已擁有消散削減、屏蔽隔離、抑制分流、疏導均衡等電位、優化接地泄放和雷電控測定位預警等技術，并相應研制出多種高科技的隔離裝置、電子避雷器、高效防腐降阻劑等設備、器件和產品，出現了火箭與激光等人工影響雷電的裝置和雷電探測預警系統設備，這都為有效防御治理雷電災害奠定了技術和物質基礎。

　　1、雷擊侵入設備的途徑

　　雷擊的途徑主要有兩種形式：

　　A.直接雷擊：

　　雷云之間或雷云對地面某一點的迅猛放電現象稱之為直接雷擊。直接雷擊的主要破壞對象是：建筑物、野外工作臺、森林、架空配電線路、人畜等。

　　B.感應雷擊：

　　雷云放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應等現象稱之為感應雷擊。裝有避雷針的建筑物，可以避免雷擊損壞建筑物，但是雷擊通過避雷針的地線從建筑物頂端瀉放入大地或者附近發生雷擊的時候，會產生很強的電場，建筑物內的所有金屬物品均會產生感應電壓，這些感應電壓的高低隨著金屬形狀、距地線的距離和雷擊大小而變（根據IEC1312標準，當雷擊擊中建筑物時，即使裝有避雷針，大約50%的雷擊能量仍會分配到電源系統）一旦您的電源輸入線、電話線、網絡線或其它電子設備的金屬引出、引入線感應到瞬間高壓，避雷針就無能為力了。感應雷擊破壞的主要對象是電子電氣設備。

　　C．地電位反擊：

　　建筑物的外部防雷系統（如避雷針、避雷網等）遭受直接雷擊，在接地電阻的兩端就會產生危險的過電壓，由設備的接地線引入設備，造成設備的損壞。

　　D．外部避雷和內部避雷：

　　避雷針（或避雷針、避雷網）、引下線和接地系統構成外部防雷系統，主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災事故及人身安全事故；而內部防雷系統則是防止雷電和其它形式的過電壓侵入設備中造成損壞，這是外部防雷系統無法保證的，為了實現內部避雷，需要進出各保護區的電纜、金屬管道等都要連接避雷及過電壓保護器。

　　2、雷擊防護的基本原理

　　所謂雷擊防護就是通過合理、有效的手段將雷電流的能量盡可能的引入到大地，是疏導，而不是堵雷或消雷。

　　一個完整的防雷系統包括兩個方面：直接雷擊的防護和感應雷擊的防護。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潛在危險的。

　　直接雷擊的防護原理：用導體將雷云中的電荷導入大地。簡單地說是人為地給雷云創造一條放電通路，不讓雷云中的電荷流過需要保護的物體。直接雷擊的防護系統包括接閃器、引下線、地網三大部分。其中接閃器主要使用避雷針、避雷帶、避雷網等。在我國，直接雷擊防護系統的設計和施工所必須遵從的規范是《建筑物防雷設計規范》(GB50057－94)。此國標和IEC、BS等國際國外標準大體上是一致的。

　　二、建筑物防雷

　　1、第一類建筑物的防雷措施

　　第一類防雷建筑物是指：

　　(1)制造、使用或貯存：炸藥，如黑索金、特屈兒、三硝基甲苯苦酸等；火藥，如單基無煙火藥、雙基無煙火藥等；起爆藥。如雷汞，氮化鋁等；火工品，如引信雷管火帽等。

　　(2)具有0區或10區爆炸環境的建筑物。所謂0區爆炸環境是指正常情況下能形成爆炸性混合物的場所；所謂10區是指粉塵或纖維爆炸性混合物的爆炸危險場所，在正常情況下能形成爆炸性混合物。

　　A、防直擊雷的措施：

　　應裝設獨立避雷針或架空避雷線（網），使被保護的建筑物及風帽等突出屋面的物體

　　均處于接閃器保護范圍內。

　　排放爆炸危險氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸管等的管口外的以下空間應處于接閃器的保護范圍內。

　　排放爆炸性危險氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥等，當其排放物達不到爆炸濃度，長期點火燃燒，一排放就點火燃燒時，及發生事故時排放物才達到爆炸濃度的通風管、安全閥，接閃器的保護范圍可僅保護到管帽，無管帽時可僅保護到管口。

　　獨立避雷針的桿塔、架空避雷線的端部和架空避雷網的各支柱處應至少設一根引下線。

　　獨立避雷針和架空避雷線（網）的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯系的管道等金屬物之間的距離不得小于3M。

　　架空避雷線至屋面和各種突出屋面的風帽、放散管等物體之間的距離不應小于3M。

　　獨立避雷針，架空避雷線或架空避雷網應有獨立的接地裝置，每一引下線的沖擊接地電阻不宜大于10Ω。

　　B、防感應雷的措施：

　　建筑物內的設備、管道、構架、電纜金屬外皮等較大的金屬物和突出屋面的金屬物，均應接到防雷電感的接地裝置上。

　　金屬屋面周邊每隔18—24M采用引下線接地一次。

　　現場澆制的或由預制構件組成的鋼筋混凝土屋面，其鋼筋宜綁扎或焊接成閉合回路，并應每隔18—24M采用引下線接地一次。

　　平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于100mm時應采用金屬跨接，跨接點的間距不應大于30M，交叉凈距小于100M時，其交叉處變應跨接。

　　當長金屬的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接。對有不少于5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環境下，可不跨接。

　　防雷電感應的接地裝置應和電氣設備接地裝置共用，其工頻接地電阻不宜大于10Ω。

　　屋內接地干線與防雷電感應接地裝置的連接，不應少于兩處。

　　C、防雷電波侵入的措施：

　　低壓線路宜全線采用金屬鎧裝電纜或一般塑料外皮電纜穿金屬管直接埋地敷設，在入戶端應將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應的接地裝置上。當全線采用電纜有困難時，可采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔的架空線，并應使用一段金屬鎧裝腔作勢電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度不應小于15M。

　　在電纜與架空線連接處，尚應裝設避雷器。避雷器、電纜金屬外皮，鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不應大于10Ω。

　　架空金屬管道，在進出建筑物外，應與防雷電感應的接地裝置相連。距離建筑物100M

　　內的管道，應每隔25M左右接地一次，其沖擊接地電阻不應大于20Ω，并宜利用金屬支架或鋼筋混凝土支架的焊接、綁扎鋼筋作為引下線，其鋼筋混凝土基礎宜作為接地裝置。

　　埋地或地溝內的金屬管道，在進出建筑物處亦應與防雷電感應的接地裝置相連。

　　D、特殊情況下的處理：

　　當建筑物太高或其他原因難以裝設獨立避雷針、架空避雷線、避雷網時，可將避雷針或網格不大于5m×5m或6m×4m的避雷網或由其混合組成的接閃器直接裝在建筑物上，避雷網應沿屋角、屋檐等易受雷擊的部位敷設。要求：

　　所有避雷針應采用避雷帶互相連接。

　　引下線不應小于兩根，并應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不應大于12米。

　　筑物應裝設均壓環，環間垂直距離不應大于12M，所有引下線、建筑物的金屬結構和金屬設備均應連到環上。均壓環或利用電氣設備的接地干線環路。

　　防直擊雷的接地裝置應圍繞建筑物敷設成環形接地體，每根引下線的沖擊接地電阻不應大于10Ω，并應和電氣設備接地裝置及所有進入建筑物的金屬管道相連，此接地裝置或兼作防雷電感應之用。

　　建筑物高于30M時，尚應采取以下防側擊的措施：

　　（1）從30M起每隔不大于6M沿建筑物四周設水平避雷帶并與引下線相連，以防側擊雷。

　　（2）30M及以上外墻的欄桿、門窗等較大的金屬物與避雷裝置連接，以防側擊雷襲擊。

　　在電源引入的總配電箱處宜裝設避雷器。

　　2、第二類建筑物的防雷措施：

　　1、國家級重點文物保護的建筑物。

　　2、國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽建筑物，大型火車站、大型給水水泵房等特別重要的建筑物。

　　3、國家級計算中心、國際通信樞紐等對國民經濟有重要意義且裝有大量電子設備的建筑物。

　　4、制造、使用或貯存爆炸物質的建筑物，而電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　5、具有1區爆炸危險環境的建筑物，而電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　6、具有2區或11區爆炸危險環境的建筑物。

　　7、工業企業內有爆炸危險的露天鋼質封閉氣罐。

　　8、預計雷擊次數大于0.06次/a的部、省級辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物；

　　9、預計雷擊次大于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。

　　所謂11區爆炸危險環境是指有時會將積留下的粉塵揚起而偶然出現爆炸性粉塵混合物的環境。

　　1區爆炸危險環境的建筑物是指：正常情況下不能形成，但在不正常情況下能形成爆炸性混合物的場所。

　　2區爆炸危險場所是指：正常情況下不能出現爆炸性混合物的環境，或即使出現也僅是短時存在的爆炸性混合物的環境。

　　A、防直擊雷的措施：

　　突出屋面的危險氣體、蒸氣或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管等管道其防雷保護要求：

　　（1）金屬物體可不裝接閃器，但應和屋面避雷裝置相連。

　　（2）在屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應裝接閃器，并和屋面避雷裝置相連。

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　　B、防感應雷的措施：

　　防感應雷的措施應符合下列要求：

　　1、建筑物內的設備、管道、構架等主要金屬物，應就近接至防直擊雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上，可不另設接地裝置。

　　2、平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物應按第一類建筑物防感應雷的措施，但可免去跨接。

　　3、建筑物內防雷電感應的接地干線與接地裝置的連接不應少于兩處。

　　C、防感應雷的措施：

　　當低壓線路全長采用埋地電纜或敷設在架空金屬線槽內的電纜引入時，在入戶端應將電纜金屬外皮、金屬線槽接地；

　　高度超過45m的第二類防雷建筑物的特殊規定：

　　高度超過45m的鋼筋土結構、鋼結構建筑物，尚應采取以下防側擊和等電位的保護措施：

　　1、鋼構架和混凝土的鋼筋應互相連接。

　　2、應利用鋼柱或柱子鋼筋作為避雷線裝置引下線。

　　3、應將45m及以上外墻的欄桿、門窗等較大的金屬物與避雷裝置連接。

　　4、豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端與避雷裝置連接。

　　3、第三類防雷建筑物的防雷措施：

　　第三類建筑物指：

　　1、省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館。

　　2、預計雷擊次數大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省級辦公建物

　　及其他重要或人員密集的公共建筑物。

　　3、預計雷擊次數大于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。

　　4、預計雷擊次數大于或等于0.06次/a一般性工業建筑物。

　　5、根據雷擊后對工業生產的影響及產生的后果，并結合當地氣象、地形、地質及周圍環境等因素，確定需要避雷的21區、22區、23區的火災危險環境。

　　6、平均雷暴日大于15d/a地區，高度在15M及以上的煙囪、水塔等獨立的高聳建筑物；

　　7、均雷暴日小于或等于15d/a的地區，高度在20M及以上的煙囪、水塔等獨立的高聳建筑物；

　　A、防直擊雷的措施：

　　1、宜采用裝設在建筑物上的避雷網（帶）、避雷針或由這兩種混合組成的接閃器。避雷網（帶）應沿屋角、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設。并應在整個屋角組成大于20m×20m或24m×16m的網格。

　　3、平屋面的建筑物，當其寬度不大于20M時，可僅沿周邊敷設一圈避雷帶。每根引下線

　　的沖擊接地電阻不宜大于30Ω，但雷擊次數大于或等于0.12次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省級辦公建物及其他重要或人員密集的建筑物則不宜大于10Ω。其接地裝置宜與電氣設備等接地裝置共用。避雷的接地裝置宜與埋地金屬管道相連。當不共傷腦筋，不相連時，兩者間在地中的距離不應小于2M。

　　在共用接地裝置宜與埋地金屬管道相連的情況下，接地裝置宜圍繞建筑物敷設忝環形接地體。

　　2、筑物宜利用鋼筋混凝土屋面板、梁、柱和基礎的鋼筋作為接閃器、引下線和接地裝置，當基礎采用硅酸鹽水泥和周圍土壤含水量不低于4%及其基礎外表面無防腐層或有瀝青質的防腐層時，宜利用基礎內的鋼筋作為接地裝置。敷設在混凝土中作為避雷裝置的鋼筋或賀鋼當僅一根時，其直徑不應小于10mm，被利用任避雷的混凝土構件內有箍筋連接的鋼筋，其截面積總和不應小于一根直徑10mm鋼筋的截面積。構件內有箍筋相連的鋼筋或網狀的鋼筋，其箍筋與鋼筋的連接，鋼筋與鋼筋的連接應采用土建施工的綁扎法連接或焊接。單根鋼筋或圓鋼或外引預埋連接板、線與述鋼筋的連接應焊接或采用螺栓緊固的卡夾器連接。構件之間必須連接成電氣通路。

　　3、煙囪、鋼筋混凝土煙囪，宜在煙囪上裝設避雷針或避雷環保護。多支避雷針應連接在閉合環上。

　　當非金屬煙囪無法采用單支或雙支避雷針保護時，應在煙囪口裝設環形避雷帶，并應對稱布置三支高出煙囪口不低于0.5M的避雷針。

　　當兩支或多支煙囪在一起時，即使按理論計算高煙囪的保護范圍能夠覆蓋低煙囪時，然而低煙囪仍然需要安裝防直擊雷的接閃器。

　　鋼筋混凝土煙囪的鋼筋應在其頂部和底部與引下線和貫通連接的金屬爬梯相連。

　　高度不超過40M的煙囪，可只設一根引下線，超過40M時應設兩根引下線。可利用螺栓連接或焊接的一座金屬爬梯作為兩根引下線用。

　　金屬煙囪應作為接閃器和引下線。

　　建筑物的引下線不少于兩根，但周長不超過25M且高度不超過40M的建筑物可只設一根引下線。引下線應沿建筑物四周均勻或對稱布置，其間距不應大于25M，當僅利用建筑物四周的鋼柱或柱子鋼筋作為引下線時，可按跨度設引下線，但引下線的平均間距不應大于25M。

　　B、防感應雷的措施：

　　1、對電纜進出線，應在進出端將電纜的金屬外皮、鋼管等電氣設備接地相連。當電纜換為架空線時，應在轉移處裝設避雷器。避雷器的接地端、電纜金屬外皮和絕緣子鐵腳等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不宜大于30Ω。

　　2、低壓架空進出線，應在進出線外裝設避雷器并與絕緣子鐵腳、金具連在一起接到電氣

　　設備的接地裝置上。當多回路架空進出線時，可僅在母線或總配電箱裝設一組避雷器或其他型式的過電壓保護器，但絕緣子鐵腳、金具仍應接到接地裝置上。

　　3、進出建筑物的架空金屬管道，在進出處應就近接到避雷或電氣設備的接地裝置上或獨

　　自接地，其沖擊接地電阻不大于30Ω。

　　4、建筑物防雷的其它規定：

　　(一)當一座防雷建筑物中兼有第一、二、三類防雷建筑物時：

　　1、當第一類防雷建筑物的面積占建筑物總面積的30%及以上時，該建筑物宜確定為第一類防雷建筑物。

　　2、當第一類防雷建筑物的面積占建筑物總面積的30%及以下時，且第二類防雷建筑物的面積占建筑物總面積的30%及以上的，或當這兩類防雷建筑物的面積均小于建筑物總面積的30%，但其面積之和又大于30%時，該建筑物宜確定為第二類防雷建筑物。但對第一類建筑物部分的防雷電感應和防雷電波侵入，應采取第一類防雷建筑物的保護措施。

　　3、當第一、二類防雷建筑物的面積之和小于建筑物總面積的30%，且不可能遭直接雷擊時，該建筑物可確定為第三類防雷建筑物，但對第一、二類建筑物部分的防雷電感應和防雷電波侵入，應采取各自類加別防雷建筑物的保護措施。當可能遭受直接雷擊時，宜按各自類別采取防雷措施。

　　(二)固定在建筑物上的節日彩燈、航空障礙信號燈及其他用電設備的線路的防雷要求：

　　1、無金屬外殼或保護網罩的用電設備宜處在接閃器的保護范圍內，不宜布置在避雷網之外，并不宜高出避雷網。

　　2、從配電盤引出的線路宜穿鋼管。鋼管的一端宜與配電盤外殼相連，另一端與且電設備外殼、保護罩相連，并宜就近與屋頂避雷裝置相連。當鋼宇航局連接疏結外的絕緣墊層會使其導電不良時宜設跨接線。

　　4、在配電盤內，宜在開關的電源側與外殼之間設過電壓保護器。

　　三、雷電防護的新技術

　　(一)激光束引雷裝置

　　激光束通過空氣時，如果激光的強度足夠，可以使沿光束路徑的空氣產生電離，從而增加了通道的導電性。以此來定向引導雷電。由于激光束的可控性好，作為主動截雷或引雷的手段是比較理想的。

　　(二)火箭引雷

　　這是目前人工引雷比較成熟的辦法。即用小火箭牽引一條金屬絲直接發射到雷云中。但是，由于人工觸發的雷擊是“催熟”的雷擊，記錄到的雷電流的幅值都比較低。它目前主要用于雷電參數的研究，用于避雷尚嫌代價太高。

　　(三)水柱引雷

　　美國海軍曾用深水炸彈激起的水柱成功的引發了雷擊。按照這個思路，現有人在研究用高壓水槍引雷。水柱引雷成本比較低，但是，水柱的射程有限。研究人員正在研究改進噴咀的形狀，并采用脈動加壓的方法以提高水柱射程。

　　(四)放射性避雷針

　　在截閃裝置端部預先裝上有放射性的物質，使空氣發生電離從而增加攔截利率。避雷針的供應商稱，由于避雷針端部放有鈷、镅放射性同位素，避雷針的有效高度大大提高。但實際上，理論分析說明，這類放射性同位素由阿爾法粒子引起的電離的范圍只在約數厘米的范圍內，故對“增高避雷針高度”毫無意義。實驗室中的對比試驗表明，相同高度的普通避雷針和放射性避雷針落雷的概率并無顯著差異。

　　(五)與構架絕緣的外引接地避雷針

　　對于高聳的構架或設施（如航天飛機的發射擊架、軍用天線、微波塔等）的避雷，有的采用獨立的避雷針保護。有的直接將避雷針（或截閃的端子）安裝在被保護的構架上。為了免除截閃器與被保護物在電氣上聯結在一起帶來的麻煩，用絕緣的構架把截閃器與被保護的構架分隔開。截閃器用多根拉線外引單獨接地。

　　(六)排閃器

　　這是與常規的截閃器思路完全相反的一種避雷裝置，即設法將雷擊“拒之門外”。法國電力公司的雷納第實驗室發現，如果在長空氣間隙中的高壓電極下方放置一個大的金屬球體，則先導放電經常繞開金屬球而對地放電。所謂無源的排雷器，就是想利用這種現象，使被保護端的電場盡可能均勻，以免受雷擊。

　　(七)消雷器

　　是一種利用自然電場產生電暈電流去中和抑制雷云的發展，使之不能發生對地閃擊的裝置。如果這種裝置的性能可靠，它將從根本上消除雷害。