1 前言
雷电源是自然界中一种常见的放电现象。在天气闷热潮湿的时候，地面上的水受热变为蒸汽，并且随地面的受热空气而上升，在空中与冷空气相遇，使上升的水蒸汽凝结成小水滴，形成积云。云中水滴受强烈气流吹袭，分裂为一些小水滴和大水滴，较大的水滴带正电荷，小水滴带负电荷。细微的水滴随风聚集形成了带负电的雷云；带正电的较大水滴常常向地面降落而形成雨，或悬浮在空中。由于静电感应，带负电的雷云，在大地表面感应有正电荷。这样雷云与大地间形成了一个大的电容器。当电场强度很大，超过大气的击穿强度时，即发生了雷云与大地间的放电，就是一般所说的雷击。也就是当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团或云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和响雷。雷电是由雷云（带电的云层）对地面建筑物及大地的自然放电引起的，它会对人、建筑物、机电设备以及大地上的生命体都形成了严重的危害。由于全球气温变暖，雷电的强度也在逐年增强，雷电灾害也逐年上升，雷电的巨大破坏力，给人类社会带来惨重的灾难，它极大地影响着地球上生物和人类的生存。
2 雷电的危害
雷电的发生，可能使人体产生触电，建筑物和机电设备也可能将遭受雷击而不同程度地损坏，它带给人类的灾难是巨大的。
（1）危害的分类
雷击的危害主要有三方面：第一是直击雷。是指雷云对大地某点发生的强烈放电。它可以直接击中建筑物和机电设备，雷电击中架空线，如电力线、通讯线等，雷电流便沿着导线进入设备，从而造成损坏；第二是雷电感应，它可以分为静电感应及电磁感应。当带电雷云（一般带负电）出现在导线上空时，由于静电感应作用，导线上束缚了大量的相反电荷。一旦雷云对某目标放电，雷云上的负电荷便瞬间消失，此时导线上的大量正电荷依然存在，并以雷电波的形式沿着导线经设备入地，造成设备损坏。当雷电流沿着导体流入大地时，由于频率高、强度大、在导体的附近便产生很强的交变电磁场，如果机电设备运行在这个电磁场中，便会感应出很高的电压，以致损坏，这对于电子及通讯设备来讲尤为严重；第三是地电位提高。当１０ｋＡ的雷电流通过引下导体入地时，我们假设接地电阻为１０Ω，根据欧姆定律可知，在入地点的电压为１００ｋＶ，这样的１００ｋＶ的电压差，足以将设备损坏。据有关统计表明：直击雷的损坏仅占１５％，感应雷与地电位提高的损坏占８５％.一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的雷电感应和脉冲电压却能潜入室内，危及厂房内的机电设备，工业及民用的电视、电话及网络电脑等弱电设备。
（2）危害的程度
每年雷电灾害给全球造成的经济损失难以估量。雷电顷刻之间会造成人身伤亡、引起火灾、破坏供电系统及机电设备、击毁建（构）筑物，还将由雷电感应出强大的电磁脉冲，造成各种电子设备及网络通讯设备的损坏。雷电对人体的伤害，有电流的直接作用和超压或动力作用，以及高温作用。当人遭受雷击的一瞬间，电流迅速通过人体，重者可导致心跳、呼吸停止，脑组织缺氧而死亡。另外，雷击时产生的是火花，也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。雷电击伤，也可使人体出现树枝状雷击纹，表皮剥脱，皮内出血，造成耳鼓膜或内脏破裂等。
3 雷电的防范
雷电虽然是严重的自然灾害之一，但通过人们正确地认识雷电的形成机理及危害程度，真正掌握防雷避雷的有效方法，从而重视防雷避雷，对症下药，采取切实可行的防范对策，做好各种防雷避雷，一定能把雷电灾害降到最低程度。
雷电对人的危害与普通高低压线路危害有些类似，但也有区别：虽然雷击触电时间较短，但雷电的频率、电压更高、电流更大，危害程度更严重，因此一旦发生雷击，要立即对伤者进行抢救。急救措施也类似于被普通高低压电击后的急救方法，将伤者平躺在地，在进行口对口的人工呼吸，同时要做心外按摩。另外，要立即呼叫急救中心，由专业人员对受伤者进行有效的处置和抢救。
防雷要具有针对性，如防避直击雷通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器。防避感应雷则通常是采用避雷器，避雷器又要根据实际情况及电压等级等因素来选择哪种功能的，一般工业防雷除按电力系统的要求配置了各种电压等级的高压避雷器外，还在低压侧加装各种规格的浪涌
保护器，这样高低压统一考虑，能较好地保护低压电源及信号系统遭受感应雷击。
（1）避雷针与避雷器
避雷针：避雷针实际是引雷针，一般避雷针比所有的被保护物体高，避雷针的顶部为金属尖端，底部与接地网作良好连接，接地电阻一般在１０Ω以下。在雷雨天气，由于顶部尖端对电场的强烈畸变作用，吸引附近雷云对避雷针尖端放电，通过良好的接地中和雷云电荷，从而保护其它物体免遭雷击。由于避雷针直接接地，利用电荷尖端放电现象不让雷击发生，避雷针和被保护物体是分开的，可以保护比较集中的重要物体。
避雷器：避雷器实际上是一种非线性极好的电阻，在高电压下电阻很小，在低电压下电阻很高，作用类似于稳压二极管。目前，普通的避雷器一般为氧化锌避雷器，主要元件为氧化锌阀片。避雷器在电力系统中与被保护设备并联，正常时泄漏电流很小，不影响系统运行。当系统有过电压时（即超过正常运行电压的高电压），避雷器即呈现低电阻泄放能量，同时限制系统电压的幅值，确保
电气设备的绝缘不被击穿。避雷器是间接接地，利用过电压放电现象让雷击电压通过避雷器进入大地。避雷器和被保护物体是相互连接的，可以保护带电物体。
避雷器和避雷针的原理完全不同。避雷器是用来保护电器及线路的，当它感应到电流或电压突然变大时，能及时断开电路，保护电路中的电器在这种时候不受破坏。而避雷针则是用来引导雷电的，当有雷电的危险时，避雷针因为有良好的接地，它能把大地的电压通过尖端放电来释放掉，就算受到雷击，也能把电流引入大地而不会对建筑物造成较大的损害。
避雷针与避雷器的安装位置不同。避雷针一般设在建筑物项部，避雷器可设在路灯、电力铁塔和配电室高
低压开关柜及动力与照明配电箱中。
避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。
（2）浪涌保护器
浪涌保护器也叫电涌保护器，简称ＳＰＤ，也是避雷器的一种，但它的避雷性能比普通的避雷器要好得多，是一种为各种电气设备、仪器仪表、通讯线路等提供过电压安全防护的装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其它设备的损害。
避雷器的基本原理是把雷击电磁脉冲（ＬＥＭＰ）导入地进行消解。但是为什么在安装避雷器后仍有大量的建筑物及其里面的设备被雷击损坏呢？首先，避雷器的导线采用铜铁合金，因此其导线性能是有限的，反应速度仅为２００微妙（ｕＳ）。而ＬＥＭＰ的半峰速度（能量达到最大值）为２０微妙（ｕＳ），也就是说ＬＥＭＰ的速度快于避雷器，这样避雷器把第一次直击雷导入地后，对于二次雷、三次雷往往反应不过来，会直接泄漏打在设备上。也就是说，避雷器对二次雷、三次雷几乎不起作用；其次，ＬＥＭＰ导入地后，会从地返回形成感应雷。感应雷会从所有含有金属的导线上泄漏到设备（网线、
电源线、信号线、传输线等）。由于避雷器是单向作用的，因此它对感应雷不起作用，感应雷可以直接打坏设备。更何况，导线部分往往不会安装避雷器；第三，浪涌只有２０％来自雷击等外部环境，而８０％来自系统内部运行，避雷器对这８０％是不起任何作用的。
浪涌保护器和避雷器的共同点在于都能防止雷电过电压。浪涌保护器和避雷器的区别为：
应用范围不同（电压）：避雷器范围广泛，有很多电压等级，一般从０．４ｋＶ低压到５００ｋＶ超高压都有，而ＳＰＤ一般指１ｋＶ以下使用的过电压保护器；
保护对象不同：避雷器是保护电气设备的，而ＳＰＤ一般除保护电气设备外，还可以保护二次信号、
电子线路等末端供电回路；
绝缘水平或耐压水平不同：电器设备和电子设备的耐压水平不在一个数量级上，过电压保护装置的残压应与保护对象的耐压水平匹配；
安装位置不同：避雷器一般安装在一次系统或线路的首端做一级防雷保护，防止雷电波的直接侵入，保护架空线路及电气设备；而ＳＰＤ多安装于除首端之外的一次线路或二次系统上，是在避雷器消除了一级雷电波的侵入后作为第二级及以后的避雷，或避雷器没有将雷电波消除干净时的补充措施，所以避雷器多安装在进线处，ＳＰＤ多安装于中间电路、末端出线或信号回路处；
通流容量不同：因为避雷器的主要作用是防止雷电过电压，所以相对通流容量较大；而对于电子设备，其绝缘水平远小于一般意义上的电器设备，故需要ＳＰＤ对雷电过电压和操作过电压进行防护，但其通流容量一般不大。ＳＰＤ一般在末端，不会直接与架空线路连接，经过上一级的限流作用，雷电流已经被限制到较低值，这样通流容量不大的ＳＰＤ完全可以起到保护作用，通流值不重要，重要的是残压；其它绝缘水平、对参数的着眼点等也有较大差异。
ＳＰＤ适用于低压供电系统的精细保护，依据不同的交
直流电源电压可选择各种相应的规格。由于终端设备离前级浪涌保护器距离较大，从而使得该线路上容易产生振荡过电压或感应到其它过电压。适用于终端设备的精细电源浪涌保护，与前级浪涌保护器配合使用，则保护效果更好。
避雷器主材质多为氧化锌（金属氧化物变阻器中的一种），而浪涌保护器主材质根据抗浪涌等级、分级防护（ＩＥＣ６１３１２）的不同是不一样的，而且在设计上比普通避雷器精密得多；从技术上来说，避雷器在响应时间、限压效果、综合防护效果、抗老化特性等方面都达不到浪涌保护器的水平。
ＳＰＤ的原理是把ＬＥＭＰ转化为热能进行消解，由于不是导通式，反应速度非常快，可低于纳秒，可以有效防止二次雷和三次雷。ＳＰＤ分为电源ＳＰＤ，精密仪器ＳＰＤ，数字线路ＳＰＤ，而且也是双向作用的，因此可以有效防止感应雷。此外，ＳＰＤ对于内部的８０％的浪涌也能起到有效抑制作用，这是避雷器所不能做到的。总体上讲，避雷器是专门针对电气设备免受雷电冲击波所设置的防护设备，而浪涌保护器是比避雷器更先进的防护设备，除开雷电冲击波，还可以极大程度消弱电力系统自身所产生的其它破坏性浪涌冲击。在用电单位高压进线系统（１０kＶ及以上）已装设避雷器的情况下，低压系统中还应装设浪涌保护器。
（3）避雷器保护原理
１）普通避雷器
雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性。
雷电流强度与地理位置和大气条件相关，在不加装避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻的方式，在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络。
2）浪涌保护器
在常见的浪涌保护器中，都有一个称为金属氧化物变阻器（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｖａｒｉｓｔｏｒ，ＭＯＶ）的元件，用来转移多余的电压。ＭＯＶ由三部分组成：中间是一根金属氧化物材料，由两个半导体连接着电源和地线。这些半导体具有随着电压变化而改变的可变电阻。当电压低于某个特定值时，半导体中的电子运动将产生极高的电阻。反之，当电压超过该特定值时，电子运动会发生变化，半导体电阻会大幅降低。如果电压正常，ＭＯＶ会闲在一旁。而当电压过高时，ＭＯＶ可以传导大量电流，消除多余的电压。随着多余的电流经ＭＯＶ转移到地线，火线电压会恢复正常，从而导致ＭＯＶ的电阻再次迅速增大。按照这种方式，ＭＯＶ仅转移电涌电流，同时允许标准电流继续为与浪涌保护器连接的设备供电。
3）浪涌保护器的应用
电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰，当接通大型容性负载如补偿电容器组时，常会出现大的浪涌电流冲击，使得电源电压突然降低；当切断空载变压器时也会出现高达额定电压８～１０倍的操作过电压。浪涌电压现象日趋严重地危及自动化设备安全工作，消除浪涌噪声干扰、防止浪涌损害一直是关系到自动化设备安全可靠运行的核心问题。
为了避免浪涌电压击毁电气及自动化设备，必须使出现这种浪涌电压的导体在非常短的时间内同电位均衡系统短接（引入大地）。在其放电过程中，放电电流可以高达几千安，与此同时，人们往往期待保护单元在放电电流很大时也能将输出电压限定在尽可能低的数值上。
针对电力及自动控制系统的特性，所配置的浪涌保护器基本上可以分为三级：第一级保护采用的是雷击电流放电器，它们不是安装在建筑物的进口处，就是在总配电箱里。为保证后续设备不承受太高的残压，必须根据被保护范围的性质，在下级配电设施中安装ＳＰＤ，作为二级保护措施。第三级保护是为了保护仪器设备，采取的方法是把ＳＰＤ直接安装在供电系统的末端，也就是仪器设备的前端。在不同等级的ＳＰＤ之间，必须遵守导线的最小长度规定。供电系统中一级ＳＰＤ与二级ＳＰＤ连接线路间距至少１０m，二级ＳＰＤ与三级ＳＰＤ连接线路间距至少５m.
根据不同的应用场合、电路参数以及设备对浪涌电压保护的要求，结合各类产品的特性，通过反复的分析与计算来组合出符合应用要求的过电压保护系统，通过理论分析计算与运行实践的对比，最终可以找出比较切合实际的防雷与避雷方法，使雷电危害能够得到更好的控制。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳