了解“感應(yīng)雷”危害，針對(duì)性防護(hù)

直擊雷的危害，比較容易理解，其防范措施也相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)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(gè)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）

防雷接地，感應(yīng)雷

如上圖，兩個(gè)建筑A、B相隔一定的距離，之間有服務(wù)設(shè)施（電源、信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)等線路）連接，而A、B各自獨(dú)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(huì)大幅抬升。假如雷電流20kA，接地電阻1Ω，那么A處的地電位瞬間將達(dá)到20kV，而此時(shí)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(shí)際情況和土壤電阻率以及雷電流大小有關(guān)）。這時(shí)A、B之間的瞬時(shí)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(duì)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(dú)立接地的，進(jìn)行等電位連接后，A、B的地電位同時(shí)抬升，兩者之間的地電位差將大幅減小。

2) 對(duì)A、B之間的服務(wù)設(shè)施進(jìn)行隔離。不過這個(gè)辦法一般不適用，因?yàn)楦綦x設(shè)備的隔離電壓存在上限，對(duì)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）

防雷接地，感應(yīng)雷

電感性耦合又稱電磁耦合或電磁感應(yīng)，它是由于磁場(chǎng)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(shí)間為μs（10^-6s）級(jí)，也就是說雷電流的變化率di/dt達(dá)到了10^9數(shù)量級(jí)。引下線由于自感的存在，會(huì)感應(yīng)出強(qiáng)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(hào)回路時(shí)，又會(huì)感應(yīng)出電涌。

針對(duì)電感耦合，可采取的防范措施：

1) 合理布線。感應(yīng)電勢(shì)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(chǎng)強(qiáng)度，S為環(huán)路面積，θ為磁場(chǎng)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(shí)，磁場(chǎng)方向與環(huán)路是垂直的，θ=90°;

防雷接地，感應(yīng)雷

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?yàn)閷?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(chǎng)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(duì)對(duì)地面（或地面上的物體）、高壓線與地面、導(dǎo)線之間等。

針對(duì)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(gè)平板，隔開一定的距離，就構(gòu)成了一個(gè)電容。為了減小電容耦合，我們需要減小信號(hào)回路和干擾源之間的分布電容C。電容大小與電極板正對(duì)面積S成正比，與極板之間的距離d成反比。為了減小C，可以減小極板正對(duì)面積S（改為垂直布線），并增大極板間的距離d（信號(hào)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(duì)于電容耦合，一般采用單端接地），其電位相當(dāng)于0，不會(huì)對(duì)屏蔽層內(nèi)的線路造成干擾。

3) 合理安裝SPD

所以，對(duì)于雷電的防護(hù)，是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，不僅需要對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)（外部防雷系統(tǒng)），還要對(duì)感應(yīng)雷進(jìn)行防護(hù)（內(nèi)部防雷系統(tǒng)）。

防雷接地，感應(yīng)雷

在內(nèi)部防雷系統(tǒng)里，SPD是唯一的“產(chǎn)品”，其他都屬于“工程”。SPD本質(zhì)上是一個(gè)“瞬時(shí)等電位連接設(shè)備”，對(duì)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(duì)于帶電導(dǎo)體，如各種電源、信號(hào)線路，必須經(jīng)過SPD進(jìn)行“瞬時(shí)”接地。

審核編輯黃宇