[原创]防雷不轻信，接地要小心，防雷与接地图解->admin转移-千家论坛

lilucool 发表于 2010-9-29 11:52:00

闪电的结构

<table class="fo" id="pid210767" cellspacing="0" cellpadding="0" summary="pid210767">
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<td class="t_f" id="postmessage_210767">被人们研究得比较详细的是线状闪电，我们就以它为例来讲述闪电的结构。闪电是大气中脉冲式的放电现象。一次闪电由多次放电脉冲组成，这些脉冲之间的间歇时间都很短，只有百分之几秒。脉冲一个接着一个，后面的脉冲就沿着第一个脉冲的通道行进。现在已经研究清楚，每一个放电脉冲都由一个“先导”和一个‘回击”构成。第一个放电脉冲在爆发之前，有一个准备阶段—“阶梯先导”放电过程：在强电场的推动下，云中的自由电荷很快地向地面移动。在运动过程中，电子与空气分子发生碰撞，致使空气轻度电离并发出微光。第一次放电脉冲的先导是逐级向下传播的，象一条发光的舌头。开头，这光舌只有十几米长，经过千分之几秒甚至更短的时间，光舌便消失；然后就在这同一条通道上，又出现一条较长的光舌(约30米长)，转瞬之间它又消失；接着再出现更长的光舌……光舌采取“蚕食”方式步步向地面逼近。经过多次放电—消失的过程之后，光舌终于到达地面。因为这第一个放电脉冲的先导是一个阶梯一个阶梯地从云中向地面传播的，所以叫做“阶梯先导”。在光舌行进的通道上，空气已被强烈地电离，它的导电能力大为增加。空气连续电离的过程只发生在一条很狭窄的通道中，所以电流强度很大。当第一个先导即阶梯先导到达地面后，立即从地面经过已经高度电离了的空气通道向云中流去大量的电荷。这股电流是如此之强，以至空气通道被烧得白炽耀眼，出现一条弯弯曲曲的细长光柱。这个阶段叫做“回击”阶段，也叫“主放电”阶段。阶梯先导加上第一次回击，就构成了第一次脉冲放电的全过程，其持续时间只有百分之一秒。第一个脉冲放电过程结束之后，只隔一段极其短暂的时间(百分之四秒)，又发生第二次脉冲放电过程。第二个脉冲也是从先导开始，到回击结束。但由于经第一个脉冲放电后，“坚冰已经打破，航线已经开通”，所以第二个脉冲的先导就不再逐级向下，而是从云中直接到达地面。这种先导叫做“直窜先导”。直窜先导到达地面后，约经过千分之几秒的时间，就发生第二次回击，而结束第二个脉冲放电过程。紧接着再发生第三个、第四个…．。直窜先导和回击，完成多次脉冲放电过程。由于每一次脉冲放电都要大量地消耗雷雨云中累积的电荷，因而以后的主放电过程就愈来愈弱，直到雷雨云中的电荷储备消耗殆尽，脉冲放电方能停止，从而结束一次闪电过程。</td></tr></tbody></table></div>
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lilucool 发表于 2010-9-29 11:57:00

闪电的过程

<table class="fo" id="pid210765" cellspacing="0" cellpadding="0" summary="pid210765">
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<td class="t_f" id="postmessage_210765">如果我们在两根电极之间加很高的电压，并把它们慢慢地靠近。当两根电极靠近到一定的距离时，在它们之间就会出现电火花，这就是所谓“弧光放电”现象。雷雨云所产生的闪电，与上面所说的弧光放电非常相似，只不过闪电是转瞬即逝，而电极之间的火花却可以长时间存在。因为在两根电极之间的高电压可以人为地维持很久，而雷雨云中的电荷经放电后很难马上补充。当聚集的电荷达到一定的数量时，在云内不同部位之间或者云与地面之间就形成了很强的电场。电场强度平均可以达到几千伏特／厘米，局部区域可以高达1万伏特／厘米。这么强的电场，足以把云内外的大气层击穿，于是在云与地面之间或者在云的不同部位之间以及不同云块之间激发出耀眼的闪光。这就是人们常说的闪电。肉眼看到的一次闪电，其过程是很复杂的。当雷雨云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场。在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称梯级先导。这种电离气柱逐级向地面延伸，每级梯级先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱，它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面，在离地面5─50米左右时，地面便突然向上回击，回击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底，发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超过1万安培，这即第一次闪击。相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大电流，沿第一次闪击的路径飞驰向地面，称直窜先导，当它离地面5─50米左右时，地面再向上回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次闪击。接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。通常由3─4次闪击构成一次闪电过程。一次闪电过程历时约0.25秒，在此短时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能，因而形成强烈的爆炸，产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说“打雷”。</td></tr></tbody></table></div>
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eie1992 发表于 2010-9-29 13:46:00

拜读上面大作，有关雷电形成机理的论文。
 
本主题帖是关于安防系统防雷设计和产品应用的范围，上述内容是雷电专家和研究部门所关心的，在这里关系不是太大。我从头看到底，也没有涉及本主题的相关讨论内容。希望能结合本贴主题来谈。期待参与。我很欣赏这句话：
“是“拒雷”还是“引雷”？其实从物理思维方法看，是对闪电的研究是用“场”的概念还是用“路”的概念。”

eie1992 发表于 2010-9-29 22:56:00

<div class="quote">以下是引用wy882200在2010-9-28 13:52:00的发言： 
我知道你要说的是什么意思，这跟跨步电压的形成的原理应该是一样的道理，关键是落雷点的位置，电流可以沿大多数的导体传播，线缆上的感应电动势在没有足够大的驱动下是不会做功的，也就是不会随我们的意愿流入大地对不对？我也提到过SPD起阻拦和拦截的作用，并将浪涌分流入地。没有说SPD有驱动电流的能力啊。这应该是多数信号SPD的设计原理吧？
 
这个论坛里很多厂家和使用者，他们也生产和使用了那么多的SPD保护器，问问他们有没有效果，我认为事实应该说明一切。如果过半数的同行们认为SPD正确使用后没有效果或不起作用，那这个话题我就不发言了。</div>
今天晚上有解锁了，才看到这个帖子。
视频线上的雷电感应电动势，跟“跨步电压”形成原理怎么会一样？
 
“线缆上的感应电动势在没有足够大的驱动下是不会做功的，也就是不会随我们的意愿流入大地对不对？我也提到过SPD起阻拦和拦截的作用，并将浪涌分流入地。没有说SPD有驱动电流的能力啊。这应该是多数信号SPD的设计原理吧？”——没看懂在说什么。
 
“这个论坛里很多厂家和使用者，他们也生产和使用了那么多的SPD保护器，问问他们有没有效果，我认为事实应该说明一切。如果过半数的同行们认为SPD正确使用后没有效果或不起作用，那这个话题我就不发言了。”——原来你相信的是小数服从多数啊。

eie1992 发表于 2010-9-30 10:37:00

讨论时间不短了，既然不愿谈，不能谈实质问题，我看该了结了。

eie1992 发表于 2010-9-30 10:41:00

仅以此贴作为2010年国庆献礼——eie1992
 
  
【探讨的问题】：质疑感应雷防护：“防雷器必须接地，不接地就不能防雷”的传统宣传观点；
eie1992观点：防感应雷，接地没有用，还有害，接地是“瞎指挥”。
 
我在132楼说了：雷电感应，也就是雷电干扰，本质上就是导体上耦合的电动势，他可以等效成一个“交流信号源”（干扰源），这和带电云层上的单极性电荷，性质完全是两回事。带电云层电荷可以通过避雷针导入地下，是因为云层和地面避雷针之间形成有强大的静电场，云层电荷在电场的推动下，经空气电离通道和避雷针接地导体，顺利的流入大地。模仿这个原理，进行想象推理，就说雷电感应也可以通过接地线导入地下，合理么？感应电动势怎么流动？动力是什么？这都是一些最基本的概念问题。所以我说：
    首先要把“信号线缆上的浪涌（雷电感应）”，信号性质搞清楚，再谈接地又是怎么把它引入地下的。
 
47楼：anyly：必须接地才能泄放雷电流---当视频线缆当中有一个过电压产生时不会凭空消失，才用大地中和的方式，所谓的必须“接地”这里可以理解为两部分，一部分是接地体，二是大地，就是一个回路一样，从SPD的观点出发的-必须接地才能泄放雷电流--接“地”时指接地体，只有通过接地体才可以把电荷泄放到大地。---毋庸置疑
 
不是毋庸置疑，该质疑的就是这一概念错误。
 
我用图解来分析这个质疑点：
系统主机接地，前端摄像机分两种情况：与大地绝缘和通过立杆接地。
A) 视频线AB上，有雷电感应电动势Uo；这是由与视频线平行的雷电感应交变电场分量激励产生的；只有与视频线平行的水平极化分量，才能在水平走向的视频线上产生感应电动势；它分布在整个AB导体全部长度上。
B) 立杆接地情况下：除视频线AB上有雷电感应电动势Uo外，垂直接地线（或立柱）上也产生感应电动势Ud；这是由与接地线平行的雷电感应交变电场分量激励产生的——垂直极化分量激励的；例如避雷针接闪巨大的放电电流产生的垂直极化交变电磁场，周围垂直导体上，都会产生感应电动势，这就是Ud；
    
A) Uo和Ud性质是高频电磁感应“电压”，需要用电磁场的概念来理解。这对部分人来说会感到很奇怪，例如：从电路的概念看，你把“电压”Uo两端用导线“短路”，就可以把电压短路为0了，但是从高频电磁感应“场”的概念来看，在AB之间加一根“短路导线”，实质是加大“接收天线的面积”，产生的感应电动势更大了。同样，摄像机端接地线上的雷电感应电动势Ud，也是无法短路消失，更无法引入地下“中和”没有了的。
B) 前面我说过：防雷器接地，不仅不能把雷电感应导入地下，反而会加大感应电动势，因为接地线变成了“接收天线”，会使雷电感应加大；这里可以看到：前端摄像机不接地，只有视频线接收的感应电动势Uo,有了接地线，是“Uo+Ud”；
 
【基本论点】
1）前端摄像机立杆避雷针化接地，会引入雷电反击电压和地电位环路电压——这是双杀手设计；
2）前端摄像机如果立杆接地（上端不按避雷针），对雷电感应来说，立杆也是接收天线，会加大感应电动势，也会引入地电位环路电压这个杀手，也是系统防雷设计的严重错误。
3）对雷电感应来说，防雷器接地没用，且有害；
4）目前广泛流行的“防雷器必须接地，不解地就不能防雷”,和所谓“防雷器有用”的说法，来源于广泛误导的错误系统防雷设计：立杆避雷针化设计和制造系统多点接地，从而错误的把“雷电反击电压”和“地电位环路”引入了安防系统，再用浪涌保护器或防雷器接地，来抵御这两个杀手。这叫引狼入室，再用麻杆打狼。这就是为什么系统装了防雷，还反复被雷击，反复烧毁设备的根本原因。
5）本贴本意，是揭示所谓专业防雷错误的防雷设计，提醒安防系统的设计：防雷不轻信，接地要小心。
[此贴子已经被作者于2010-9-30 10:49:07编辑过]

Tcl1869 发表于 2010-10-3 15:48:00

非常好的资料谢谢！！！

eie1992 发表于 2010-10-6 09:52:00

1）我们都知道，视频线或双绞线不要和电源线同管布线，电源线220VAC,原因之一就是防干扰；电梯视频线容易受到变频电机干扰，这都属于“电磁感应干扰”，雷电感应，本质上也是雷电电磁干扰，也会在视频线上产生感应电动势，形成干扰；视频线，与高压线平行走线，干扰最大，垂直交叉走线几乎没有影响，这都是安防设计施工的常识。
2）避雷针接闪放电脉冲电流，可以达到或超过100KA,脉冲电流会产生交变电磁场，在周围导体上产生感应电动势。视频线一般是水平布线为主，防雷器接地线是与避雷针平行又靠近的金属导线，显然，与雷电电磁感应耦合关系最紧密、最有效的是“垂直的接地线”；如果说雷电会在水平走向的视频线上产生感应电动势，那么在接地线上产生的感应电动势，就更不能忽略了。这个电动势就是我在146楼图示里所说的Ud,
3)如果说防雷器可以用接地线“泄放雷电感应”（视频线上的），那么这个接地线上的雷电感应Ud,也应该能用接地的办法“泄放掉了”？地线接在哪里?怎么接地？在Ud下端接地，没用吧，在Ud的上面并一根接地线“短路Ud”——结果不会少反而会大一点。
    从这里来理解我上面说的，防雷器接地不仅没用，反而有害——天线效应，可能更形象一些。
[此贴子已经被作者于2010-10-6 9:52:23编辑过]

wuxitangnan 发表于 2010-10-6 12:21:00

真的很难说好坏，先记在心里以后作比较了。

tianyazhuixue 发表于 2010-10-7 10:22:00

不错描述的挺详细

eie1992 发表于 2010-10-7 13:08:00

关于雷电感应电动势的理解： 空间电磁波可以在手机小天线上产生感应电动势（电压），也可以在小电视机的拉杆天线上产生感应电动势； 避雷针接闪放电时，脉冲雷电流可以达到100KA,甚至更高，电流可以在周围产生辐射交变电磁场，形成雷电波； 避雷针旁立着一根接地导线(或金属杆)CD,由于CD与避雷针平行，雷电波可以在接地导线CD上产生感应电动势Ud; CD下端本来就是接地的，CD上感应电动势Ud，怎么能放掉呢？把CD两端再并联一个导线，用来“短路”Ud可以么？不行。因为并联这根导线本身也会感应出电动势。 避雷针放电产生的雷电波极化方向主要是“垂直极化波”，垂直放置的导线（接地引线）和立杆可以有效接收这种“垂直极化波”，这就是平行导线相互干扰大的原理； 基本水平走向的视频线（控制、电源线也一样），可以接收到同方向水平极化雷电波的电磁感应，形成Uo感应电动势；而对于避雷针放电产生的“垂直极化波”，接收效率很低。 【Uo,Ud的影响分析】 视频线上的雷电感应电动势Uo，可以直接通过两端75欧姆匹配电阻，进入视频信号传输回路，威胁前后端设备的安全； 接地线上的雷电感应电动势Ud，抬高了摄像机视频信号地电位，通过地环路，威胁前后端设备的安全； 这个例子说明，对于雷电感应，用防雷器接地的办法，企图把视频线上的感应电动势“泄放到大地”，是违背基本电磁场原理的主观臆想。不了解雷电感应的空间电磁耦合本质和感应电动势的本质，也想不到接地线也会像天线一样，接收到雷电感应。
[此贴子已经被作者于2010-10-8 10:54:31编辑过]

xiaojunhua 发表于 2010-10-12 09:46:00

学习了

lihuayudai 发表于 2010-10-12 12:26:00

真是好贴啊
谢谢楼主啊

jimmylee 发表于 2010-10-15 22:04:00

学习了,谢谢.....

eie1992 发表于 2010-10-17 23:22:00

感应雷与电缆感应电动势
    以视频线AB为例。空间电磁场可以在视频线屏蔽层上产生感应电动势。这就是我们常说的“干扰”。
    雷电放电时，巨大的脉冲电流，可以在周围空间辐射出很强的交变电磁场——雷电波。雷电流包括发生在空中的带电云层间的“云-云”放电电流，“云-地”放电电流，也包括避雷针接闪放电电流。雷电波可以在任何导体上耦合出感应电动势，在视频线的屏蔽层上也会产生雷电感应电动势Uo;雷电感应电动势Uo,性质是一个交变电压。
    同样，一根垂直的导线也会耦合出感应电动势。避雷针接闪时巨大放电电流的辐射电磁场，可以在离避雷针很近的摄像机立杆上，防雷器垂直接地线上，耦合出很强感应电动势Ud;
【雷电感应电动势模拟】
    如图所示：AB为模拟视频线屏蔽层，AD为模拟立杆或接地线，BD为主机接地线。为了理解感应电动势的性质，我们设计了这个模拟电路。用一个变压器，初级接高频信号源或脉冲信号源，次级串接在视频线中间，在视频线两端就可以观察到（测到）“感应电动势Uo”；同样在接地线中间，也串一个变压器次级，也可以得到一个“感应电动势Ud”；
    
 
变压器的原理也是电磁感应，性质上和雷电感应电动势一样，不同的是变压器是集中参数元件的有源电流和磁路耦合，雷电感应是空间电磁场的耦合关系，模拟实验的信号幅度也与实际雷电大不相同。但这不影响我们对感应电动势性质的认识，它也是交变电压性质，都是等效在导线两端。
    先看接地线的感应电动势，它不因为导线下端接地而不产生感应电动势，也不因为它下端接地而被“泄放到大地”。对于实际的雷电感应，即使在AD两端再并一个“短路线”，那也只能增加导线面积，提高感应效率，感应电动势不会有丝毫减少。视频线上的感应电动势性质也一样。
    这就是说，防雷器接地，不仅不能够把感应电动势“泄放到大地”，而且本身还会产生感应电动势，增大雷电感应。
所以防雷器接地是无用而有害。所谓防雷器接地泄放雷电流的说法，是对雷电感应本质的一种错误认识，这是首先要从原理上搞清楚的问题。[ 
[此贴子已经被作者于2010-10-17 23:24:42编辑过]

xiaoyu17926 发表于 2010-10-19 11:18:00

精彩啊！！！！！

xiaoyu17926 发表于 2010-10-19 11:23:00

这个的顶起来！！！

eie1992 发表于 2010-10-23 20:47:00

防雷器接地泄放什么雷电流,怎么理解？
什么东西可以通过接地泄放到大地？ 电位φ，是观察点相对于参考点的电压。 对地地电位φ，参考点是大地； 感应电动势U0，他不是静电场的概念，是交变电磁场的概念，属于无线的空间电磁感应现象。
 
雷电在视频线上的电磁感应产生出来的是什么东西？能用接地的办法把它泄放到大地？
第一个可能：感应出的是“对地电位φ”，表示视频线上“感应出”了正（或负）电荷增加，根据电容充电原理，视频线上电荷增加，对大地静电场电压升高，这时，用防雷接地办法，可以把视频线上的电荷，泄放到大地——合理。显然这是模仿带电云层与大地静电感应，通过避雷针放电原理想象推理出来的概念。 问题是，雷电波的电磁感应，是怎么通过“无线方式”在瞬间把单极性电荷“注射到”视频线上的？这种单极性电荷注射到视频线上的物理机制是什么？推动电荷瞬间注射到视频线上的动力是什么场？恐怕无人能回答这个超现实问题。 第二个可能：感应出的是一个“电压”，准确讲，必须是一个一端接大地另一端接视频线的“电压”。这样，用接地的办法，短路这个电压，把它放“干净”，或者放到“残压”电平——似乎也合理； 问题是，雷电波的电磁感应，是怎么通过“无线方式”在瞬间把一个“电压”加在了视频线和大地之间的？它的形成机制又是什么？谁能告诉我？ 除了上述两种“东西”之外，还有什么“东西”可以通过接地就能泄放到大地呢？无法想象。
 
电磁感应在线缆上形成的电动势（也是电压），是谁把它一端接地形成“线-地电压”的？防雷器的接地端，又是把感应电动势哪一端接地呢？ 所以，防雷器接地泄放什么雷电流的说法，从理论上和实践上，估计都难找到依据。
 
我们安防行业的现实是：大量产品在这么应用，烧了设备还要用，系统瘫痪也得用。用了就有GDP，烧了设备换新的，又一个GDP，“业绩”大大的。但不知是“可庆可贺”呢？还是“可悲可叹”。

cydj 发表于 2010-10-24 18:47:00

学习，感慨啊。

eie1992 发表于 2010-10-26 11:00:00

如果您也曾经认为：防雷器必须接地，不接地就不能防雷。
您是否想过：
 
1）感应雷在线缆上感应出来的到底什么东西？
2）什么东西可以通过接地，把它泄放到大地？
3）接地会不会有什么负面影响呢？
带着这些问题，来看本贴，可能会有一定收获的。
 
例如，立杆避雷针化设计，确实给施工带来“方便”，它能够像避雷针一样的接闪，把云层电荷泄放到大地，这一点没错。
但能否达到被保护设备不被袭击目的呢？不能。这种“施工带来方便”，却给雷电反击电压袭击安防系统带来了更大的“方便”。这就是立杆避雷针化设计的“负面影响”，影响到什么程度呢？成为安防系统最大的安全隐患，是安防系统的定时炸弹。
<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /><o:p></o:p> 
这个立杆避雷针化设计，曾经被专业防雷厂家作为“标准设计”来宣传、推广。今天，“立杆避雷针化设计”，却几乎成了判断真假防雷设计的试金石和分水岭了。
 
    同样，我们也会思考，防雷器接地又有什么道理呢？又有什么负面影响呢？<o:p></o:p>
 
[此贴子已经被作者于2010-10-27 8:58:33编辑过]

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