通信设备环境知识点精讲之雷电分类及危害

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       雷电分类及危害

       雷电的产生原因目前学术界仍有争论，普遍的解释是地面湿度很大的气体受热上升与冷空气相遇形成积云，由于云层的负电荷吸附效应，在运动中聚集大量的电荷。当不同电荷的积云靠近时，或带电积云对大地的静电感应而产生异性电荷时，宇宙间将发生巨大的电脉冲放电，这种现象称为雷电。

       1.雷电流

       据实验资料报道，雷电过电压产生雷电的冲击波幅值可高达1亿伏，其电流幅值也高达几十万安培。

       雷电流波形如图8-9(a)所示。由图8-9可见，形如锯齿波。图中在0点通过C点(电流峰值的10%处)和S点(电流峰值的90%处)作一条直线与横轴相交的点。图中乃称为波前时间指0点到?点(1.257处)的时间间隔。r2称为半峰值时间指由0点到电流峰值再到峰值下降至一半的时间间隔。例如，较常见的8/20jis模拟雷电流波形(在很多避雷元件上均标有8/20岬或10/350|is等)，指该雷电流波形为TSnstZO0/,r2=20ns±20%的典型雷电流。

       雷击分为两种形式：感应雷与直击雷。感应雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应所产生的雷击;直击雷是雷电直接击中电气设备或线路，造成强大的雷电流通过击中的物体泄放入地。

       直击雷与感应雷波形如图8-9(b)所示，由图8-9可见，直击雷峰值电流可达75kA以上，所以破坏性很大。大部分雷击为感应雷，其峰值电流较小，一般在15kA以内。

       依据雷电活动的日期，将发生雷闪或雷声的时间称为雷暴日。年平均雷暴小于15天的地区称为少雷区，超过40天的地区称为多雷区。又依据雷电过电压大小及每年平均发生雷暴过电压次数，可将雷电地区分为髙、中、低区。

       由图8-9(c)可见，以6kV雷击过电压而论，在低雷区每年不发生这种过电压雷击，而在中雷区每年平均发生3?4次，在高雷区每年平均有70次。说明同一雷击过电压情况下，高雷区雷击次数最多。

       (b)iii尔号感应雷电池波形

       2.雷电流的危害

       雷电流在放电瞬间浪涌电流高达lkA?lOOkA,其上升时间不到ljxs,其能量巨大，可损坏建筑物，中断通信，危害人身安全。但因遭受直接甫击范围小，故在造成的破坏中不是主要的危险，而其间接危害则不容忽视。

       ①产生强大的感应电流或高压直击雷浪涌电流，若使天线带电，就会产生强大的电磁场，使附近线路和导电设备出现闪电的特征。这种电磁辅射作用，破坏性很严重。

       ②地面雷浪涌电流使地电位上升，依据地面电阻率与地面电流强度的不同，地面电位上升程度不一。但由于地面过电位的不断扩散，会对周围电子系统中的设备造成干扰，甚至被过压损坏。

       ③静电场增加接近带电云团处周两静电场强度可升至50kV/m,K于这种环境的空中线路电势会骤增，而空气中的放电火花也会产生高速电磁脉冲，造成对电子设备的干扰。

       当代微电子设备的应用已十分普及，由于雷浪涌电流的影响而使设备酎过压、耐过电流水平下降，并已在某些场合造成了雷电灾害。

       3.雷电流干扰

       (1)直击雷对通信大楼的环境影响

       现代通信大楼虽然己采用钢框架及钢筋互连结构，同时也采用常规防雷措施，如在大楼房顶上若设有天线铁塔时，在铁塔上安装了避雷针，而且避雷针由引线与接地装置互连：还在大楼顶层安装了避雷带和避雷网，又用连线与地相连。因此，现代通信大楼已几乎不再发生直接雷击。但是环境恶劣的移动通信站、程控交换模块局、无人值守网络终端单元，均可遭受到直击雷。

       据资料报道：具有钢框架及钢筋互连结构的电信大楼，倘若发生直击雷电时，其雷流涌电流也不可以低估，这种电流从雷击点侵入，流至大楼的墙、柱、梁、地面的钢框架和钢筋中。而经避雷针流入的电流不多，绝大部分电流集中从外墙流入(也有少量从立柱中流入)。又发现在大楼内的雷浪涌电流几乎都从纵向立柱中侵入，而通过横向梁侵入的电流很少。

       依据实验资料，若大楼外墙为混凝上钢筋结构时，由雷浪涌电流产生的楼层间电位差很小，如峰值为200kA,波长为12ns的浪涌电流层间电位差仅为0.8kV.若在相同条件下大楼外墙无钢筋结构时，层间电位差高达8.2kV.此外，在雷浪涌电流入侵的柱子附近，还存在着很强的磁场(但是在柱子与柱子之间的磁场有所削弱)。

       从过去遭受直击雷实例来看，当大楼的钢框架或钢筋侵入雷浪涌电流时，使设在同一大楼内的各种电气设备之间产生电位差，同时还会出现很强的磁场。另外还引起地电位上升，所以对大楼内通信装置或电源设备及其馈线路造成很大下扰。

       (2)雷击对电力电缆的影响

       直击雷的冲击波作用于电力电缆附近大地时，蛍电流会使雷击点周围土壤电离，并产生电弧，由于电弧形成的热效应、机械效应及磁效应等综合作用而使电缆压扁，并可导致电缆的内外金属粘连短路。另外，雷击电缆附近树木时，雷电流又可经树根向电缆附近土壤放电，也可使电统损坏。

       感应雷可在电缆表层与内部的导体间产生过电压，也会使电缆内部遭受破坏?因为雷电流在电缆附近放电入地时，电缆周围位置将形成很强的磁场，进而使电缆的内外产生很大的感应电压，造成电缆外层击穿和周围绝缘层烧坏。

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