了解“感應(yīng)雷”危害，針對性防護(hù)

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(dāng)然，這里面也有很多的細(xì)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(yīng)雷的危害，則比較抽象，不是那么容易理解。所以要做好感應(yīng)雷的防護(hù)，我們需要了解感應(yīng)雷的危害途徑/方式。感應(yīng)雷破壞本質(zhì)是感應(yīng)過電壓，通常我們稱之為電涌。
首先，電涌可以通過導(dǎo)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(dǎo)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(wù)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(dāng)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(dá)到20kv，而此時遠(yuǎn)端b處的地電位為0（通常認(rèn)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(dá)到20kv。而a、b之間有服務(wù)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(jìn)行等電位連接。建筑物a、b原來是各自獨立接地的，進(jìn)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(wù)設(shè)施進(jìn)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(dá)數(shù)十千v的電壓，隔離設(shè)備很難達(dá)到這樣的水平。
3) 安裝電涌保護(hù)器（spd）。關(guān)于spd的原理和應(yīng)用，后續(xù)將進(jìn)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(yīng)，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(dá)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(dá)到了10^9數(shù)量級。引下線由于自感的存在，會感應(yīng)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(dǎo)線就可以在空間進(jìn)行傳播，當(dāng)電磁脈沖通過各種電源、信號回路時，又會感應(yīng)出電涌。
針對電感耦合，可采取的防范措施：
1) 合理布線。感應(yīng)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(yīng)的辦法來降低磁通量（變化率）：
a) 遠(yuǎn)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(dǎo)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(rèn)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(yīng)，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(dǎo)線之間等。
針對電容耦合，可以采取相應(yīng)的改善措施：
1) 合理布線：避免平行布線；遠(yuǎn)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(yuǎn)離干擾源）。
2) 采用屏蔽線
采用屏蔽線后，感應(yīng)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(dāng)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(hù)，是一個系統(tǒng)性的工程，不僅需要對直擊雷進(jìn)行防護(hù)（外部防雷系統(tǒng)），還要對感應(yīng)雷進(jìn)行防護(hù)（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(dǎo)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(dǎo)體，如各種電源、信號線路，必須經(jīng)過spd進(jìn)行“瞬時”接地。
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