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Hello，各位伙伴们，今天开始防雷保护和SPD选用系列专题（1）----雷电的危害
写在前面的话：—→缘起
某一个工程，安装在房间内的一个仪表在某次雷电雨期间损坏了。笔者前去检查，翻阅当时的设计图纸，发现房间并不是很大，普通的工业用房，里面就几个少量的泵以及仪表。房间设置了屋顶避雷带防护，接地设施也完好。
但是，有个关键，仪表供电是220V，从本房间内配电箱供电。配电箱的上级电源通过电缆沿厂区桥架敷设二来，在上级配电房内的配电柜总箱上设置了I类SPD防护。但是在本房间内配电箱并未设置。
至此，原因基本清晰，雷雨时引起的雷电电流及电涌，虽然经过第1级防雷SPD泄放保护，但是到本房间却无第2级防护，因本房间存在仪表，仪表的耐冲击电压相对电机较弱，且电缆是通过架空的桥架敷设引来，雷电时容易引发闪电感应导致冲击电压。
仪表在高的雷击冲击电压下，内部电子元件发生了损坏，这就是仪表损坏的主要因素。现场提出整改意见是加装II类防雷SPD，根据现场情况，其In选用40kA等级。
以上是一个实际案例，其实在很多场合，会发现工程中对SPD的不重视，其实SPD是非常重要的一个元器件，虽然它很不起眼，但是它的正确选用却是涉及到很多的问题，它所起到的作用，关键时刻可以挽救大量的经济损失。
因此，从本期开始，本公众号力图从防雷的本质开始说起，把SPD的选用方法力求一网打尽，破解迷惑。
->>第（1）--雷电的危害<<-
首先，从了解雷电开始吧。了解雷电，才会更深刻理解防雷的措施以及SPD选用。
雷电危害性大，这是众所周知的。
在GBT 21714.1-2015 《雷电防护 第1部分 总则》中就明确指出“迄今尚无设备和方法能够改变自然界的天气现象，以阻止雷电的发生。雷电击中建筑物或建筑物附近（或击中连接至建筑物的线路）对人、建筑物本身、其内部物体、设备以及线路都是危险的，因此应考虑采取雷电防护措施。”
一、防雷措施
相应的防雷措施分为：外部防雷、内部防雷以及防雷击电磁脉冲。
（1）外部防雷：就是防直击雷，但是不包括外部防雷装置受到直击后向其他物体的反击的情况。
（2）内部防雷：包括防闪电感应、防反击以及防闪电电涌侵入。
（3）防雷击电磁脉冲：对建筑物内部的系统（包括线路和设备）防雷电流引发的电磁效应，包含的范围是由导体传导的闪电电涌和防辐射脉冲电磁场效应。
二、雷电危害效应
（1）直接雷击：直接雷击产生瞬态电涌效应和热效应、机械效应。
●--→瞬态电涌效应：是雷电直接击中地面物体或者防雷装置时，强大的雷电流（数十上百kA）经过引下线泄放到大地时，会在引下线和接地电阻上产生非常高的瞬态电压。
这是因为引下线存在电感、接地体存在电阻，这个瞬态高电压公式如下：
由上面公式可以知道，就是根据欧姆定律，雷电流流过引下线以及接地装置后，产生高电压。
我们依据GB50057-2010-《建筑物防雷设计规范》里面的数值和例子计算看看。
【例子】：假设一个接闪线立杆高度为20m、接闪线长度为50m～150m、冲击接地电阻为3Ω～10Ω 的条件下，当接闪线立杆顶点受雷击时，流经该立杆的雷电流为全部雷电流的63%～90%。
根据规范的表F.0.1-1，第一类防雷建筑物雷电流值取I＝200kA，其波头时间T1是10us，所以其di/dt＝200/10＝20kA/us。
假设就2根杆引到地下，由于两端分流，对于任一端可近似地将雷电流幅值和陡度减半计算，按在引下线上方2m处考虑，就可以计算出来电压了：
● 空气和土壤的击穿电压大概是500~600kV/m，可见这么大电压很容易击穿附近空气。
● 同样当人在接地装置附近会承受过高“跨步电压”而造成伤害。
● 另外，当人直接接触防雷引下线，还可能遭受高达数十至数百kV的“接触电压”的电击危险。
● 在引下线上产生的高电压还会对引下线附近不满足安全距离而且没有作等电位联结的金属物体“反击”放电。
● 当雷电直击于架空电气线路或天线杆等物体时，强大的雷电涌流还会直接沿架空线路侵入建筑物内，对建筑物和电气设备损害。
●--→热效应：
高达数百千安的雷电流持续时间可长达数百毫秒甚至ls 以上，雷电流流经导体所产生的焦耳热会导致导体的温度急速升高，影响导体的热稳定，使导体的机械强度降低甚至被熔化或击穿，还可能因此而导致其他二次事故。
例如，雷电击在树木或建筑物构件上，被雷击的物体瞬间将产生大量热，又来不及散发，以致物体内部的水分大量蒸发变成蒸汽，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏；
热效应主要是用于对防雷装置的导体截面及温升进行校验。
●--→机械效应
雷电流产生的冲击力可达数千牛或数十千牛，可能导致建筑设施及防雷设施的损坏。
PS：这里面最主要最广泛的就是瞬态电涌效应的危害，需要采取不同措施来防范。
（2）闪电感应
●--→闪电静电感应：
例如铁皮的屋顶、各种储气罐、储油罐采用金属制成，雷雨来临的时候，因为静电感应，就会产生和云层相反的电荷，云层和金属屋顶之间可以看做一个巨大的电容器，此时屋面上电荷被束缚住了。
但是随着云层的雷击放电，云层里面的电荷消失了，此时金属屋面上的电荷就不再被束缚，可以自由流动。但是感应的电荷量实在是太大了，一时半会来不及快速消散，就会和四周地面上之间产生电场，进而产生很高的电位差（也即高电压），就可能产生闪络，形成二次雷电效应。
由于这种雷击是静电感应造成的，也称为“感应雷击”。
防范措施就是让电荷快速的大量消散，毫无疑问那就是接地，使用引下线把电荷引入到大地消散。
再比如高压输电线路，云层放电后，聚集在线路上的感应电荷自由移动，沿着高压线以光速向导线两端传播，那么这就是感应过电压，其数值可高达数百千伏，感应过电压波沿输电线或电话线传播至工厂或住宅内，就会击穿绝缘，损坏配电系统，损害电器设备及电子设备，或者产生电弧、电火花引起火灾。
●--→闪电电磁感应：
由于雷电流有极大峰值和陡度，在它周围的空间有强大的变化的电磁场，处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。
以上是雷电的一些简介，以及雷电所引发的危害。了解清楚这些危害，才会有相应的应对措施，也就是防雷保护。
好了，暂时说再见吧。
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好了，到此暂时结束。个人难免存在错漏之处，请大家多包涵，多指正。
下期预告：防雷保护和SPD选用之（2）--雷电流的波形和防雷体系。敬请关注。
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