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直击雷的防护措施

  
评论: 更新日期:2015年05月21日
雷云对大地的电压低则几兆伏,高则数10MV甚至更高,雷云对大地一次闪击放电的峰值电流平均约为30KA,它的瞬时功率为109—1012W以上,由于瞬时功率很大,所以它的破坏力是相当大的。
大部分电子计算机机房都拥有微波天线,而微波天线一般是安置在机房所在建筑物的屋顶或制高点。在便于收发微波信号的同时,也带来易受直接雷的危害。所以对于机房微波天线必须慎重做好直击雷的防范措施。
到现在为止,防直击雷都是采用避雷针、避雷带、避雷网、避雷线作为接闪器,把雷电流接收下来,然后通过良好的接地装置迅速而安全地把它送回大地。所有的避雷装置都只是把雷击的几率和强度大大地降低,百分之百可靠的避雷装
置即使做出来,造价也是十分昂贵的。
常用的接闪装置,如避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等,它们都是用金属做成,安装在建筑物的最高点,如屋脊或屋角等最易受雷击的地方,避雷网是用
金属线造成的网,架在建筑物顶部空间,然后用截面积足够大的金属物让它与大地连接。
当高空出现雷云的时候,大地上由于静电感应作用,必然带上与雷云相反的电荷,然而接闪设备(避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等)都处于地面上建筑物的最高处与雷云的距离最近,而且与大地有良好的电气连接,所以它与大地有相同的电位,以致接闪设备附近空间电场强度相对比较大,比较容易吸引雷电先驱,使主放电集中到它上面,因而在它附近尤其是比它低的物体受雷击的几率就大大减少。而接闪器被雷击的几率却大大提高,所以就接闪器本身而言,它不但不能避免雷击,相反是招来更多的雷击,它以自身多受雷击而使周围免受雷击。
由于接闪器都与大地有良好的电气连接,使大地积存的电荷能量迅速与雷云的电荷中和。这样由雷击而造成的过电压的时间大大地缩短,雷击危害性就大大减少。
雷击的时候,雷云通过接闪器向大地放电的过程,可以近似用RC放电过程来模拟。因为大地与雷云之间相当于一个充了电的电容器,如图2—1所示。图中雷云与大地之间的电容用电容器C表示,雷云内部和雷电流通道的电阻用R1表示,接闪器和它与大地之间接地电阻(包括连接线的电阻和接地体的散流电阻,)R2表示。
 

 
2—1 雷击时的电气原理
由等效电路图可知,雷击时电流iR及接闪器上的高电压相互关系适合RC放电方程:iR – UC = 0(其中: R = R1 + R2
式中:R1 为雷云内部和雷电流通道的电阻;
R2 为接闪器和它与大地之间的连接电阻。
又因:I = - C·dUC/dt。所以:RC·dUC/dt+UC = 0
解此微分方程得:UC = Ae-t/RC (a)
由式(a)可知,当t=0 时,A=UC为最大值,所以A就是刚刚发生闪击那一瞬间接闪器对大地的电压,也就是雷云对大地的电压。并且R越小,UC衰减得越快,表示雷击时散流得越快。
雷电流源的电阻包括主放电通道的电阻,大约几。如果我们把带电的雷云当作电源,接闪器到大地看作是负载。那么,放电时,就相当于一个有几内阻的电源,与一个仅有几Ω接地电阻和少许引线的阻抗的负载连接(如图2—1)这电源一般为几MV到几10MV,甚至更高。雷击时接闪器对大地的电压就是雷云的电压,在雷云内阻(包括通道电阻)与接地电阻(包括引线电阻)的分压,接地电阻越小,其分压值越小,相对来讲就越安全。所以,理论上要求避雷装置接地电阻越小越好,但是如果要求做到接地电阻很小,势必造价很高。工程上往往只要求做到足够安全范围即可。以上说明避雷装置必须有足够可靠和足够小接地电阻的接地装置,否则它不但起不到避雷的作用,反而增加雷击的危险。
需要指出的是,大气变化是大规模的,雷云的发生也是大规模的,而且雷云的移动受很多可变因素支配,很多条件是随机的,因此认为有了避雷装置就万无一失的想法是错误的,避雷装置只能大大减少被雷击的可以有性。
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