防感应雷避雷针论证2

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1、 防感应雷避雷针（计算机信息系统专用避雷针）防感应雷避雷针 1.感应雷雷电脉冲磁场分析 1.1 感应雷击是雷击灾害的一种常用的雷击现象。在大气对流层中，当雷暴天气发生、发展时。由于大气电场的作用，在活跃的雷雨中，常常产生强烈的电荷分离和电荷凝聚现象。雷暴云中电荷凝聚到一定限度就会发生放电。大气放电过程：先由多次上行或下行先导放电，击穿空气电离通道，然后发生雷电初次主放电。主放电结束后，又有多次后续放电，最后完毕闪电全过程。雷电闪电发生时，由于闪电的瞬时间内产生强大的脉冲放电电流，会在闪电通道周边会产生强大的雷电脉冲磁场。在雷电脉冲磁场中的所有的导体、计算机信息系统设备、通信网络设备和微电子设备

2、等都会不同限度的受到雷电脉冲磁场的影响。发生感应雷击灾害。见下图是雷电脉冲磁场分布示意图。 图1、防直击雷避雷针接闪时雷电脉冲磁场分布图 1.2 美国某研究所的一项实验表白：当磁感应强度时计算机浮现误动作；当磁感应强度时计算机浮现假性损坏；当磁感应强度时计算机元件完全损坏。雷电脉冲磁场估算成果显示，雷电通道附近半径1.5公里范畴内，雷电脉冲磁场很容易对计算机信息系统设备和微电子设备导致危害。雷电脉冲磁场直接波及周边计算机信息系统网络设备、监控设备等微电子器件。致使计算机信息系统停止运营，数据丢失， 导致不可挽回的经济损失。 1.3 雷电脉冲磁场分布服从电磁场的理论，遵循法拉第、麦克斯韦定律。按

3、着电磁场的理论,雷电磁场的变化规律应遵循法拉第、麦克斯韦理论： 其中， ：是环绕着导线的闭合回路， ：是磁场， ：是微小线元素矢量， ：是磁常数， ：是此处磁介质的磁导率（如果是真空的话，其值为1）， :是雷电电流。 雷电流闪络时雷电周边的雷电脉冲磁场磁通量应是： 其中，： 是磁场，： 和平面面积法矢量的夹角.。按着法拉第电磁感应定律理论。在雷电脉冲磁场环境中，任一线导体内会产生磁感应电动势，会有感应电流流通。 其中 ：为电动势：为通过开曲面的磁通量，这一开曲面的边界为：为一种随时间变化的闭曲线 ：为电场：为磁场在上述公式中，电动势的生成可以有两种解释：由洛伦兹力引起的电荷在闭合曲线上的运动；

4、通过开曲面的磁通量。这一公式即是发电机的原理。综上所述：按着电磁场的理论，感应雷击是在雷电脉冲磁场环境下的所有导体都能产生感应电动势。按着电磁感应原理，感应电动势的大小，也取决于两个因素，一种是雷电电流强度Imax，一种是雷电脉冲电流的变化速度。雷电脉冲电流的强度越强，磁场的变化速度越快，导体内产生的感应电动势就会越大： 因此，当雷电脉冲产生放电时，在 LPZ0B、LPZ1雷电防护区域内的开路导体的两端的雷电感应电压为：忽视导体的阻值，在导体上的雷电感应电流：雷电脉冲电流前沿的上升时间速度T1和雷电放电电流的强度Imax，直接制约了感应雷击的强度大小。 2. 雷电脉冲磁场的危害评估 2.1距离

5、雷电通道10米处的雷电脉冲磁场强度的基本估算。按着线性的雷电脉冲磁场简易计算措施：其中： 是真空导磁率； ：是距离假设：最大雷电脉冲的电流是：I=100KA；距离避雷针距离 r=10米则： 计算成果表白：距离雷电放电通道10米处，原则雷电电流的雷电脉冲磁场强度是：B=20GS 。远不小于可见，距离避雷针10米处的雷电脉冲磁场，足以使避雷针附近的微电子设备破坏。因此，对气象观测站、环保监测站、水文水利测试站，露天监控探测头、野外多种探测仪等场合的避雷针安装都必须考虑防感应雷的问题。 2.2 雷电脉冲磁场避免问题，应重点考虑初次雷电流的冲击。由于初次雷击电流幅度较大，雷电最大雷电流都是出目前初次雷

6、击。初次雷击电流幅度是后续雷击电流幅度的数倍以上。因此，避免感应雷击，削弱雷电脉冲磁场。重要考虑的是初次雷电的脉冲电流的冲击。对于防直击雷避雷针而言，雷电脉冲阻抗是线性的。防直击雷避雷针的电阻很小，可以忽视不计。为了可以量化阐明问题，抛开接地电阻的影响，可以假设为：0.1至1之间。 2.3 雷电脉冲磁场环境下的线导体中感应电动势分析。雷电脉冲磁场环境下的线导体中感应电动势可以简化为： 可以看出，雷电脉冲电流对时间的变化率越快，则导体感应电动势就会越大。换言之，雷电脉冲电流强度越强，雷电脉冲电流的前沿上升速度越快，上升时间T1越短，则导体感应电动势就会越大，感应雷击就会越严重。从另一种角度分析考

7、虑，雷电脉冲电流放电时，虽然短时间内雷电流强度很大，但是雷电电荷数量是固定，雷电能量是有限的。 避雷针可以将云地间的异性电荷中和掉。福克兰林避雷针的功能，就是将汇集在云中异性电荷在短时间内放掉。保障云地间的电场平衡。2.4避雷针功能分析。福克兰林避雷针声称谓之避雷针，实质上是引雷针，用自身导电功能将云地之间异性电荷迅速中和掉，牺牲自己保护别人。也起到了重要的直击雷防护作用。至今还是避免直击雷的唯一重要工具。福克兰林避雷针虽然可以引雷、泄流、防雷。但是，避雷针在吸引云中电能，产生强大的雷电脉冲电流的同步，会产生强大雷电脉冲磁场，在周边引起感应雷击。这就是福克兰林避雷针的弱点。 在计算机信息时代的

8、今天，计算机网络设备日益增多。感应雷雷击对高科技设备、微电子设备的影响越来越多，经济损失越来越明显。3。防感应雷击采用的技术措施3.1避免雷电感应雷击的措施。避免雷电感应雷击的措施诸多，多数是在多种设备的网络线路上增设过压保护措施。例如：多种网络线路上安装浪涌保护器（SPD)等。网络线路安装多种避雷器（SPD)存在一定的插入衰减，影响信号强度，和网络传播速度。虽然是使用波导短路器做避雷器，也会有雷电脉冲感应电压的残压存在。不能彻底滤掉雷电脉冲感应雷击的残存电压。解决防感应雷击的另一种途径，就是要消除或削弱雷电脉冲磁场的强度和影响范畴。在接闪器上安装上非线性感抗器件，在避雷针引雷泄流放电时，尽量

9、的消除或削弱雷电脉冲磁场的强度和雷电脉冲磁场的影响范畴。比较下两个图可以直观的结识到：防直击雷避雷针无法消除或削弱雷电脉冲磁场，雷电脉冲磁场影响范畴较大见图2中磁力线密度较大。而防感应避雷针，运用电感感抗器件，不同限度的削弱和减少雷电脉冲磁场的强度见图3中磁力线密度相对减少。图2.防直击雷避雷针不能削弱雷电脉冲磁场强度。图3.防感应雷避雷针在接闪雷电电流的同步，可以削弱雷电脉冲磁场强度及磁力线密度减少。3.2防感应雷避雷针具有非线性放电的功能。防感应雷避雷针，一方面引雷泄流，可以完毕云地间的异性电荷中和放电，解除直击雷雷击隐患。另一方面，避雷针引雷电放电时，可以做到云地间异性电荷缓慢的中和放电

10、，尽量放宽初次雷击雷电脉冲电流前沿上升时间T1，减缓雷击脉冲电流幅度，从而削弱雷电脉冲磁场的强度，以削弱感应雷击灾害。采用防感应雷击措施后，雷电脉冲磁场强度、范畴都削弱，磁力线相对减少见图3。防感应雷击避雷针是运用电感感抗的非线性特性，对于雷电脉冲上升前沿而言，增长电感感抗，因而拉宽雷电脉冲前沿 T1 的上升时间，减少梯度。以达到削弱雷电脉冲磁场强度和减少导体感应电动势目的。换言之，防感应雷击避雷针作用是：当雷电脉冲电流变化较大时，防感应雷避雷针的通流阻抗也较大，从而削弱雷电脉冲电流，减缓雷电脉冲磁场变化，减少导体中感应电动势的强度。当雷电脉冲电流变化较小时，防感应雷避雷针的通流阻抗也变小，保

11、证雷电电流泄流畅通。运用电感感抗特性来实现雷电脉冲电流的低频部分通道打开和对雷电脉冲电流的高频部分的阻抗衰减。以达到削弱雷电脉冲磁场的强度和对时间梯度，削弱和减缓感应雷击灾害。由于初次雷击电流幅度较大，是后续雷击电流幅度的数倍以上。避免感应雷击，削弱雷电脉冲磁场。重要考虑的是初次雷电的脉冲电流强度和脉冲前沿上升速度。 4. 放感应雷避雷针器件的特性参数估算4.1经验计算电感量。 环形铁心的绕阻电感(核心物料的的圆形横切面的相对导率)电感量为： L = 电感 单位 H 0 = 真空中的导率 = 4 10-7 H/mr = 核心物料的相对导率N = 匝数r = 缠绕平均半径 单位 米D = 环形线

12、圈的总直径 单位 米4.2电感阻抗为： XL :电感阻抗（）；f：工作频率(Hz）；L：电感量（H)。假设：原则雷电脉冲电流前沿上升时间T1 =10s 为1/4 周期的正玄波，其频率应当是： 防感应避雷针感抗是：5. 防感应雷避雷针对雷电脉冲磁场衰减评估引用雷电脉冲磁场衰减的概念，有助于理解感应雷击的避免也许性。 5.1 假设：防直击雷避雷针放电是以原则雷电脉冲电流放电，避雷针的线性电阻很小。技术条件放宽估计，假设避雷针电阻为0.1。按着欧姆定律原则，则原则雷电流（100KA)放电时在避雷针上呈现的接闪时，避雷针两端的电压为： 对防感应雷避雷针而言，原则雷电电流的前沿上升时间T1时间为基本周期

13、频率的电感感抗为3.69时，雷电脉冲电流应降为：5.1.1雷电脉冲磁场估算按着简朴估算公式：对一种原则雷电脉冲电流而言。原则雷击电流是： ；脉冲电流上升时间：；半功率点时间是：；距离避雷针=10米处的磁场强度为： 5.1.2 原则脉冲雷电磁场衰减估算 距离避雷针=10米处的雷电脉冲磁场强度衰减比为： 用分贝表达衰减比： 5.2假设避雷针电阻为1。按着欧姆定律原则，则原则雷电流（100KA)放电时在避雷针上产生的电压为：对一种原则雷电脉冲电流而言。原则雷击电流是： ；脉冲电流上升时间：；半功率点时间是：；距离避雷针=10米处的磁场强度为：5.2.1对防感应雷避雷针而言，原则雷电电流的前沿上升时间

14、T1时间为基本周期频率的电感感抗为3.69时，雷电脉冲电流应降为：5.2.2 原则脉冲雷电磁场衰减估算 距离避雷针=10米处的雷电脉冲磁场强度衰减比为： 用分贝表达：5.3 分析：以上我们对老式的福克兰林避雷针的放电功能做了做了两种假设：一种是假设防直击雷避雷针导电电阻为0.1，另一种是假设防直击雷避雷针导电电阻为1。并做了简朴的粗线条的计算。其目的是用来阐明防感应雷避雷针的功能，并做一种粗略的估计。事实上我们没有考虑到的因素诸多，不能一一阐明。时间应用中只能做防感应雷的避雷针测试。测试项目重要的是两个：一种是防感应雷避雷针原则雷电脉冲的电抗测试，计量单位为；一种是防感应雷避雷针的原则雷电脉冲

15、磁场衰减测试，计量单位为：分贝。假设避雷针放电是以原则雷电脉冲电流放电，避雷针的线性电阻很小。技术条件放宽估计，假设避雷针电阻为1。按着欧姆定律原则，则原则雷电流（100KA)放电时在避雷针上产生的电压降为：对防感应雷避雷针而言，原则雷电电流的前沿上升时间T1时间为基本周期频率的电感感抗为3.0.41时，雷电脉冲电流应降为：按着简朴估算公式：对一种原则雷电脉冲电流而言。原则雷击电流是： ；脉冲电流上升时间：；半功率点时间是：；距离避雷针=10米处的磁场强度为： 距离避雷针=10米处的雷电脉冲磁场强度衰减比为： 用分贝表达衰减比：6.防感应雷的应用范畴随着信息时代的发展，计算机信息系统网络技术被

16、广泛的运用到社会各个领域。多种高科技技术的发展的需要，越来越多的无人探测、监测设备，监控、检测设备应用到各个领域。这些设备都设立在野外露天地方，如：移动电话基站、通信基站，无人气象站、水利、水文观测站，110安全监控站、环保测试站等，都是在LPZ0A、B防雷区环境下工作，极容易受到感应雷击的影响。为解决以上问题我们研究开发了防感应避雷针。以减缓雷电脉冲磁场，减少感应雷击灾害。设计中我们重点考虑了一下重点：1、 外型上美观大方，凸显高科技理念；2、 尺寸适度，适应小微型检测测试场站安装；3、 材质上选择优质不锈钢材；4、 技术指标，充足考虑地方气象气候雷电分布特点特性，科学合理设计；5、 使用安装以便。