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雷电的基本理论

雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象（自然）灾害，它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。 雷电产生于雷暴，而雷暴往往伴随强对流天气而形成，是由大气环流和当地气象因素决定的。雷暴是积雨云中云与云之间或云与地之间产生的放电现象，并伴有火花放电，强大电流通过时，又使空气迅速膨胀产生巨大的响声，即雷电。闪电有枝状、片状、带状、球状，其中枝状最为常见。 雷暴的能量是由太阳辐射能转化的大气不稳定能所供给的。每年进入春季，太阳辐射增强，大气中的不稳定能增加，因雷暴始发于春季，盛夏，太阳辐射强烈，大气不稳定能储存多，雷暴频繁。秋冬以后，太阳辐射减弱，因而雷暴逐渐减少。但由于全球气候变化和大气污染等原因，现在冬季也经常出现雷击现象。据悉，每个闪电的强度可以高达10亿伏，一个中等强度雷暴的功率约有10万千伏，相当于一座小型核电站的输出功率。 一般而言，雷电灾害具有突发性、多样性、复杂性、破坏性和选择性等特点。随着现代化高新技术产业基础——电子技术的迅速发展和广泛运用，雷电灾害跟踪而至，还呈现出新的特点：受灾面大大扩展，特别容易侵入与高新技术最密切的领域，损失和危害程度大大增加。为此国家于1999年颁布了《中华人民共和国气象法》；2000年6月30日又颁布了《防雷减灾管理办法》；这对于减轻包括雷电灾害在内的气象灾害，保障人民生命财产安全，促进经济、社会的可持续发展，将起重要的推动作用。 近年来，随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛，雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。由于通讯计算机网络精密设备内部结构的高度集中化，使设备耐受过电压、过电流的能力下降，更易遭受雷电破坏。轻者可造成计算机终端和通信设备的接口损坏，使通信中断，大量信息丢失或无法传输；重者使网络主机损坏，导致网络瘫痪，工作无法进行。计算机网络系统易遭受雷击损坏的设备有：MODEM（调制解调器）、ROUTER（路由器）SWITCH（交换机）、HUB、网卡、通信卡、UPS、计算机电源及主板。

雷击电子设备的途径和损坏机理

雷击电子设备的途径，雷击电子设备的途径可分为三种情况：

(一)雷电直接击中电子设备网络物理

落雷点为电源高电压侧,雷电沿供电线路侵入到电子设备系统供电部分,产生过电流与过电压造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电、致使整个系统瘫痪。 雷电直击网络无线通信的天线，沿天馈进入网络系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏。

雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、Ｘ.25专线、电话线）产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路 损坏；过电压过电流沿通信有线线路侵入到网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损坏。

(二)感应过电压 １．回路感应过电压 由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路（如电源线、数据通信线、天馈线），这些线路网络结构布局错综复杂，在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路，当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与这回路相接的电子设备。

２．线路感应过电压 是网络通信线路上感应过电压，分静电感应与电磁感应 １）静电感应主要是指架空线路设于雷击点附近，由雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷被速释放，形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线两测传播，侵入导线路端接的网络设备将其损坏。

２）当雷电直接击在避雷针、避雷带上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，在雷电流的通道附近形成一个很强的感应电磁场。这强大的感应电磁场将直接感应在电源 线或网络通信设备上，形成感应过电压侵入到网络系统中，损坏网络设备。高强度（30KA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1KM范围内网络系统产生电磁感应作用，造成系统设备损坏。据统计，这种感应雷击占计算机雷击事故的70%以 上。

３．耦合与转移过电压 雷击引起暂态高电压或过电压常常可以通过网络线路耦合或转移到网络设备上，造成设备的损坏。

(三)雷击地电位抬高入侵 建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至人身安全。这种由于接地技术处理不当引起地电位的反击，造成整个网络系统设备全部击毁。地电位暂态高电位危及到相邻建筑物内网络设备，如网络系统建筑物没有遭雷击又无采取过电压保护措施，附近建筑物遭雷击后，暂态高电位将沿地下管道传至网络设备接地系统中对线路发生反击，使得与这些线路相连接的设备受到暂态高电位的损害。

雷击过电压

不管是雷电冲击波或者是地电位反击，都会在网络、线路或设备上产生瞬时的雷击过电压。雷击过电压又分为纵向过电压和横向过电压。

1、 纵向过电压： 在平衡电路某点出现的对地的过电压称之为纵向过电压。地电位上升起的电压，可看做是从地系统侵入的纵向过电压。

2、 横向过电压： 在平衡电路线与线之间，或不平衡电路的线对地之间出现的过电压称之为横向过电压。连接对称平衡传输线路的设备由于线路中两线分别对地的纵向过电压不平衡，或因纵向防护元件动作时间的差异，都会导致横向过电压的产生。 连接同轴电缆系统的电子设备，纵向过电压即为横向过电压。

电子设备的损坏机理

纵向冲击对平衡电路中设备元部件的损坏有：损坏跨接在线与地之间的元部件或其绝缘介质；击穿在线路和设备间起阻抗匹配作用的变压器匝间、层间或线对地绝缘等。横向冲击则同信息一样可在电路中传输，损坏内部电路的电容、电感及耐冲击能力差的固体元件。

设备中元部件遭受雷击损坏的程度，取决于不同的绝缘水平及受冲击的强度。对具有自行恢复能力的绝缘，击穿只是暂时的，一旦冲击消失，绝缘很快得到恢复，有些非自行恢复的绝缘介质，如果击穿后只流过很小的电流，常不会立即中断设备的运行，但随时间的推移，元部件受潮其绝缘逐渐下降，电路特性变坏，最后将使电路中断。

有的设备元部件如晶体管的集电极与发射极或发射极与基极，若发生反向击穿就出现了永久性损坏，对易受能量损坏的元器件，受损坏程度主要取决于流过其上的电流及持续时间。

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