了解“感應雷”危害，針對性防護

時間：2023-05-19作者：廣西地凱科技有限公司瀏覽：69

直擊雷的危害，比較容易理解，其防范措施也相對簡單明了——避雷針、引下線、接地裝置（當然，這里面也有很多的細節(jié)和要求，也是需要專業(yè)人員來從事的，在此就不展開了），所以對直擊雷的防范是比較普及的。而感應雷的危害，則比較抽象，不是那么容易理解。所以要做好感應雷的防護，我們需要了解感應雷的危害途徑/方式。感應雷破壞本質(zhì)是感應過電壓，通常我們稱之為電涌。

首先，電涌可以通過導體直接傳播，這個比較好理解，就不解釋了。其次，電涌可以通過多種耦合途徑產(chǎn)生，不依賴導線的傳播，常見的耦合途徑有以下幾種。

1、電阻耦合（地反擊）

圖1

如上圖，兩個建筑A、B相隔一定的距離，之間有服務設(shè)施（電源、信號、網(wǎng)絡(luò)等線路）連接，而A、B各自獨立接地。當A建筑物上的避雷針接閃后，雷電流經(jīng)引下線流入A處的接地裝置，由于接地電阻的存在，A的地電位會大幅抬升。如雷電流20kA，接地電阻1Ω，那么A處的地電位瞬間將達到20kV，而此時遠端B處的地電位為0（通常認為20m以外的地電位為0，但實際情況和土壤電阻率以及雷電流大小有關(guān)）。這時A、B之間的瞬時地電位差達到20kV。而A、B之間有服務設(shè)施的連接，如此高的電位差就可能造成絕緣擊穿、設(shè)備損壞。

針對這種情況，地凱科技采取的防范措施：

1) 進行等電位連接。建筑物A、B原來是各自獨立接地的，進行等電位連接后，A、B的地電位同時抬升，兩者之間的地電位差將大幅減小。

2) 對A、B之間的服務設(shè)施進行隔離。不過這個辦法一般不適用，因為隔離設(shè)備的隔離電壓存在上限，對于雷電流引起的高達數(shù)十千V的電壓，隔離設(shè)備很難達到這樣的水平。

3) 安裝電涌保護器（SPD）。關(guān)于SPD的原理和應用，后續(xù)將進行介紹。

2、電感耦合（電磁耦合）

圖2

電感性耦合又稱電磁耦合或電磁感應，它是由于磁場的作用而產(chǎn)生的，產(chǎn)生這種耦合的原因是電路間存在著互感。

雷電流峰值通常為幾十kA，而其達到峰值的時間為μs（10^-6s）級，也就是說雷電流的變化率di/dt達到了10^9數(shù)量級。引下線由于自感的存在，會感應出強大的電磁脈沖，以反抗電流的快速變化。電磁脈沖不依賴導線就可以在空間進行傳播，當電磁脈沖通過各種電源、信號回路時，又會感應出電涌。

針對電感耦合，可采取的防范措施：

1) 合理布線。感應電勢的大小取決于磁通量的變化率E=dФ/dt。而磁通量Ф = B*S*sinθ，B為磁場強度，S為環(huán)路面積，θ為磁場與環(huán)路平面夾角。所以我們可以通過相應的辦法來降低磁通量（變化率）：

a) 遠離干擾源（減小B），

b) 減小環(huán)路面積（減小S），

c) 避免平行布線（減小θ）。平行布線時，磁場方向與環(huán)路是垂直的，θ=90°;

圖3

2) 采用（屏蔽）雙絞線。

雙絞線可以有效降低電感耦合影響，這是因為導線經(jīng)過雙絞之后，任一絞距所形成的環(huán)路的磁通方向與相鄰的環(huán)路磁通方向相反，磁通量互相抵消，所以可以認為雙絞線等效環(huán)路面積S接近于0。

3) 合理安裝SPD。

3、電容耦合

電容性耦合又稱靜電耦合或靜電感應，它是由電路間電場的相互作用而產(chǎn)生的，產(chǎn)生這種耦合的原因是電路間存在著分布電容，如天空中的云朵對對地面（或地面上的物體）、高壓線與地面、導線之間等。

針對電容耦合，可以采取相應的改善措施：

1) 合理布線：避免平行布線；遠離干擾源。

我們知道，兩個平板，隔開一定的距離，就構(gòu)成了一個電容。為了減小電容耦合，我們需要減小信號回路和干擾源之間的分布電容C。電容大小與電極板正對面積S成正比，與較板之間的距離d成反比。為了減小C，可以減小較板正對面積S（改為垂直布線），并增大較板間的距離d（信號線路遠離干擾源）。

2) 采用屏蔽線

采用屏蔽線后，感應的靜電荷都處在屏蔽層，將屏蔽層接地后（對于電容耦合，一般采用單端接地），其電位相當于0，不會對屏蔽層內(nèi)的線路造成干擾。

3) 合理安裝SPD

所以，對于雷電的防護，是一個系統(tǒng)性的工程，不僅需要對直擊雷進行防護（外部防雷系統(tǒng)），還要對感應雷進行防護（內(nèi)部防雷系統(tǒng)）。

圖4

在內(nèi)部防雷系統(tǒng)里，SPD是一的“產(chǎn)品”，其他都屬于“工程”。SPD本質(zhì)上是一個“瞬時等電位連接設(shè)備”，對于不帶電的導體，如設(shè)備外殼、金屬罐體、管道等，一般直接接地，而對于帶電導體，如各種電源、信號線路，必須經(jīng)過SPD進行“瞬時”接地。

 


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