雷電的產(chǎn)生

　　人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云,其實(shí)有幾種云都與閃電有關(guān),如層積云、雨層云、積云、積雨云，*重要的則是積雨云，一般專業(yè)書中講的雷雨云就是指積雨云。

　　云的形成過程是空氣中的水汽經(jīng)由各種原因達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)的過程。使空氣中水汽達(dá)到飽和是形成云的一個(gè)必要條件，其主要方式有：

　�。�1） 水汽含量不變，空氣降溫冷卻；

　�。�2） 溫度不變，增加水汽含量；

　　（3） 既增加水汽含量，又降低溫度。

　　但對(duì)云的形成來說，降溫過程是*主要的過程。而降溫冷卻過程中又以上升運(yùn)動(dòng)而引起的降溫冷卻作用*為普遍。積雨云就是一種在強(qiáng)烈垂直對(duì)流過程中形成的云。由于地面吸收太陽的輻射熱量遠(yuǎn)大于空氣層，所以白天地面溫度升高較多，夏日這種升溫更為明顯，所以近地面的大氣的溫度由于熱傳導(dǎo)和熱輻射也跟著升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，壓強(qiáng)也隨著降低　，根據(jù)力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密度相對(duì)說來就較大，就要下沉。熱氣流在上升過程中膨脹降壓，同時(shí)與高空低溫空氣進(jìn)行熱交換，于是上升氣團(tuán)中的水汽凝結(jié)而出現(xiàn)霧滴，就形成了云。在強(qiáng)對(duì)流過程中，云中的霧滴進(jìn)一步降溫，變成過冷水滴、冰晶或雪花，并隨高度逐漸增多。在凍結(jié)高度（-10攝氏度），由于過冷水大量凍結(jié)而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)展，達(dá)到對(duì)流層頂附近后向水平方向鋪展，形成云砧，是積雨云的顯著特征。

　　積雨云形成過程中，在大氣電場以及溫差起電效應(yīng)、破碎起電效應(yīng)的同時(shí)作用下，正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚。當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會(huì)在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說的閃電。

　　雷電以其巨大的破壞力給人類、社會(huì)帶來了慘重的災(zāi)難，尤其是近幾年來，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)。造成的危害日趨嚴(yán)重。我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防雷意識(shí)，與氣象部門積極合作，做好預(yù)防工作，將雷害損失降到*低限度。

　　2. 雷電的破壞

　　雷電的破壞主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差達(dá)到一定程度（25—30kV/cm）時(shí)，所發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象。　

　　通常雷擊有三種形式，直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。

　　直擊雷是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。避雷針等裝置可將“直擊雷”產(chǎn)生的高電壓、強(qiáng)電流迅速引入大地，消除雷擊的影響，從而起到保護(hù)設(shè)施的作用。

　　感應(yīng)雷是當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，地面某些范圍由于散流電阻大，出現(xiàn)局部高電壓，或在直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對(duì)周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓、而發(fā)生閃擊現(xiàn)象的二次雷。雖然在避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)，物體可免遭直接雷擊，但“感應(yīng)雷”可在電力、通信、網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星天線及有線電視等線纜上產(chǎn)生高壓感應(yīng)和電流“浪涌”，并通過導(dǎo)線引入配電間、機(jī)房、辦公室和住宅等，使電源、通訊及電子設(shè)備不可避免地受到損害。因此，防止這些現(xiàn)代社會(huì)的雷害顯得十分緊迫和必要。

　　球形雷是球狀閃電的現(xiàn)象。

　　3. 電涌的來源

　　電涌可來自電氣裝置外部，也可來自電氣裝置內(nèi)部，即來自電氣裝置內(nèi)的電器設(shè)備。

　　來自外部的電涌 這種電涌由雷電或公用電網(wǎng)開關(guān)的投切引起，這兩類有害的電源擾動(dòng)都可擾亂計(jì)算機(jī)和微機(jī)信息處理系統(tǒng)的工作，引起停工或**性設(shè)備損壞�！　�

　　當(dāng)云層上有電荷儲(chǔ)蓄，云層下表面產(chǎn)生極性相反的等量電荷時(shí)，將引起雷電放電。其后的情況就像一個(gè)大電池組或一個(gè)大電容器的放電那樣，云層和地面間的電荷電位高達(dá)若干百萬伏。發(fā)生雷擊時(shí)以若干千安設(shè)計(jì)的電流通過雷擊放電，經(jīng)過所有設(shè)備和大地返回云層，從而完成電的通路。不幸的是這個(gè)雷電通路常常取道重要或貴重的設(shè)備。電涌防護(hù)的關(guān)鍵概念是給雷電感應(yīng)電流提供一個(gè)通向大地的短捷有效的通路。這樣雷電涌流將從設(shè)備外分流。所示為設(shè)備處雷電流減少的情況。 大的雷擊電流值常被例舉應(yīng)用，其實(shí)它發(fā)生的可能性很小。

　　來自內(nèi)部的電涌 來自內(nèi)部的電涌是經(jīng)常發(fā)生的，諸如來自空調(diào)機(jī)、空壓機(jī)、電弧焊機(jī)、電泵、電梯、開關(guān)電源和其它一些感性負(fù)荷的電涌。例如一臺(tái)20hp的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（線電壓230V，4級(jí)，Y結(jié)線）在*大轉(zhuǎn)矩時(shí)每相具有約39J的儲(chǔ)存能量，當(dāng)其標(biāo)稱方根值電流被截?cái)鄷r(shí)，它將產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓。它經(jīng)常發(fā)生，和它自同一配電箱供電的其它負(fù)荷將因此易受損壞或工作失常。

　　不要以為電氣裝置電源進(jìn)線上的過電壓防護(hù)器可以保護(hù)電氣設(shè)備不受內(nèi)部電涌的危害。它不能，它只能對(duì)沿電源線進(jìn)入電氣裝置的外部電涌進(jìn)行防范，因大容量的進(jìn)線防護(hù)器具內(nèi)部電涌發(fā)生處的距離太遠(yuǎn)。戴恩.內(nèi)里（Dion Neri）作，王余厚譯，黃妙慶校 《EC&M 電氣施工與管理》1998年10月*一卷*一期如下趣聞，摘自其他網(wǎng)站，故事的真實(shí)性斑竹未考究過。 “不一定只有總統(tǒng)才會(huì)被瞬態(tài)電涌擊中”　　電涌是微秒量級(jí)的異常大電流脈沖。它可使電子設(shè)備受到瞬態(tài)過電的破壞。每年半導(dǎo)體器件的集成化都在提高，元件的間距在減小，半導(dǎo)體的厚度在變薄。這使得電子設(shè)備受到瞬態(tài)過電破壞的可能性越來越大。如果一個(gè)電涌導(dǎo)致的瞬態(tài)過電壓超過一個(gè)電子設(shè)備的承受能力，那么這個(gè)設(shè)備或者被完全破壞，或者壽命大大縮短。

　　雷電是導(dǎo)致電涌*明顯的原因，雷電擊中輸電線路會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。每一次電力公司切換負(fù)載而引起的電涌都會(huì)縮短各種計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、儀器儀表和 PLC的壽命。另外，大型電機(jī)設(shè)備、電梯、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會(huì)引發(fā)電涌。UPS 也可被電涌摧毀。
　
　　建筑物頂部的避雷針在直擊雷時(shí)可將大部分的放電分流入地，避免建筑物的燃燒和爆炸。UPS 不間斷電源是處理電壓的嚴(yán)重下降。二者非常有用，但都不能保護(hù)計(jì)算機(jī)免受電涌的破壞，而且UPS 本身集中很多微處理器，也可被電涌摧毀。 25年之前，IBM發(fā)現(xiàn)電涌更為常見的來源是電力公司的電網(wǎng)開關(guān)和大型電力設(shè)備(如空調(diào)和電梯)。每天都有這樣的電涌通過配電盤進(jìn)入工作室破壞電子設(shè)備或縮短其壽命。因此，在美國幾乎所有的有計(jì)算機(jī)或其它敏感電氣設(shè)備的建筑都安裝了電涌保護(hù)器。

　　4. 電涌容易損壞的電氣設(shè)備

　　含有微處理器的電氣設(shè)備極易受到電涌的損壞，這包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)備、程序控制器、PLC、傳真機(jī)、電話、留言機(jī)等；程控交換機(jī)、廣播電視發(fā)送機(jī)、微波中繼設(shè)備；家電行業(yè)的產(chǎn)品包括電視、音響、微波爐、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)和電冰箱等。美國的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在保修期內(nèi)出現(xiàn)問題的電氣產(chǎn)品中，有63％是由于電涌造成的。

　　5. 電涌對(duì)計(jì)算機(jī)和其它敏感電氣設(shè)備的危害

　　計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今，多層、超規(guī)模的集層芯片，電路密集，趨向是集成度更高、元器件間隙更小、導(dǎo)線更細(xì)。幾年前，一平方厘米的計(jì)算機(jī)芯片有 2,000個(gè)晶體管而現(xiàn)在的奔騰機(jī)則超過10,000,000個(gè)。從而增加了計(jì)算機(jī)受電涌損壞的概率。由于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)決定了它應(yīng)在特定的電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)電涌超出計(jì)算機(jī)能承受的水平時(shí)，計(jì)算機(jī)將出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼，芯片被損壞，部件提前老化，這些癥狀包括：出乎預(yù)料的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，接收/輸送數(shù)據(jù)的失敗，丟失文檔，工作失常，經(jīng)常需要維修，原因不明的故障和硬件問題等等。
　　雷電電涌遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了計(jì)算機(jī)和其它電氣設(shè)備所能承受的水平，絕大多數(shù)情況下，造成計(jì)算機(jī)和其它電器設(shè)備的當(dāng)即毀壞，或數(shù)據(jù)的**丟失。即使是一個(gè)20馬力的小型感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或關(guān)閉也會(huì)產(chǎn)生3,000－5,000伏的電涌，使和它共用同一配電箱的計(jì)算機(jī)在每一次電涌中都會(huì)受到損壞或干擾，這種電涌的次數(shù)非常頻繁。

　　CBEMA -計(jì)算機(jī)商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會(huì)制定了國際標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)是IBM等計(jì)算機(jī)制造商們?cè)O(shè)計(jì)、制造計(jì)算機(jī)的依據(jù)。中國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用 220/380伏電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)所能承受的過電壓不高于2000伏。

　　美國廣泛地應(yīng)用計(jì)算機(jī)比中國早約20年，是通過慘痛的教訓(xùn)后才重視了對(duì)計(jì)算機(jī)的電涌防護(hù)。美國的銀行、前 500強(qiáng)公司、防衛(wèi)設(shè)施、金融保險(xiǎn)系統(tǒng)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、電訊網(wǎng)絡(luò)、石油化工廠等都裝有電涌防護(hù)器。 中國將是世界上*大的計(jì)算機(jī)消費(fèi)市場。五年前的中國銀行還未計(jì)算機(jī)化。隨著計(jì)算機(jī)的普及，人們也認(rèn)識(shí)到保護(hù)這種電子設(shè)備的重要性。我國于1998年頒布并實(shí)施了計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　6. 雷擊保護(hù)的基本原則

　　欲使設(shè)備得到很好的保護(hù)，首先應(yīng)對(duì)其所處的環(huán)境、受雷電影響的程度做出客觀的估計(jì)，因它與出現(xiàn)過電壓的幅值、概率、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備抗電壓能力、保護(hù)水平和接地等有關(guān)；防雷工作應(yīng)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程來考慮，強(qiáng)調(diào)全面防護(hù)（包括建筑物、傳輸線路、設(shè)備和接地等），綜合治理，且要做到科學(xué)、可*、實(shí)用和經(jīng)濟(jì)。針對(duì)感應(yīng)雷瞬時(shí)能量較大的特點(diǎn)，根據(jù)IEC國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)能量逐級(jí)吸收的理論，及防護(hù)區(qū)間量級(jí)分類的原則，需要做多級(jí)防護(hù)。