作者：周志敏,纪爱华
出版社：电子工业出版社
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电子信息系统防雷及接地实用技术试读：
电子工程技术丛书电子信息系统防雷及接地实用技术周志敏 纪爱华 编著内容简介本书以电子信息系统的防雷及接地实用技术为主线，系统地讲述了雷电形成机理、雷电危害与干扰、雷电的防护设计、过电压抑制器件，根据电子信息设备的应用领域，重点讲述信息网络系统、智能建筑、通信系统、CATV系统、微波站和移动基站、低压配电系统、智能家居的防雷技术。列举了电信机房、有线电视中心、计算机机房、移动基站、网络中心等具体的工程应用实例。本书题材新颖实用，内容丰富，深入浅出，文字通俗，具有很高的实用价值。
本书可供电信、智能建筑、信息、视频传输等行业从事防雷技术应用的工程技术人员和高等院校师生阅读参考。
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版权所有，侵权必究。图书在版编目(CIP)数据电子信息系统防雷及接地实用技术/周志敏，纪爱华编著．—北京：电子工业出版社，2014.1(电子工程技术丛书)ISBN 978－7－121－21770－8Ⅰ．①电… Ⅱ．①周…②纪… Ⅲ．①电子系统－引伸体接地－研究 Ⅳ．①TN103中国版本图书馆CIP数据核字(2013)第257631号策划编辑：富 军责任编辑：侯丽平印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036开 本：787×1092 1/16 印张：15.25 字数：390.4千字印 次：2014年1月第1次印刷印 数：4 000册 定价：45.00元
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在国民经济的许多重要领域(航天、军事、电信、工控、信息产业、金融、广电、电力、交通等)防雷已经是热门话题，这是因为电子信息设备的广泛应用，引发了对传统防雷技术的创新和发展，因此推动了各种防雷新产品的开发和研制，使得现代防雷技术不断地创新和完善。
电子信息系统对防雷抗干扰技术提出了更新更高的挑战。在防雷技术相对滞后于电子信息技术发展的今天，在电子信息系统的防雷方案规划设计中，应结合电子信息设备的特点，遵循雷电自然规律，要整体、全面、系统地考虑电子信息系统的防雷设计，并要综合运用传统的和现代的防雷技术。
本书结合现代防雷技术的发展，将常规防雷技术与现代防雷技术，雷击危险评估和防雷工程的规划设计，防雷产品的开发和应用以及防雷施工技术有机结合。本书对防雷技术的发展、雷电形成机理、现代防雷技术、防雷装置的应用、防雷工程设计和施工等进行了系统的阐述。全书将防雷理论与现代防雷工程实践相结合，多角度地讲述了现代防雷技术和新型防雷器件及其在防雷工程设计中的应用技术。深信本书的出版发行对国内防雷技术的创新和发展及应用具有一定的现实意义，对于电子信息系统的防雷工程的规划设计和实际应用更具有其实际的经济和社会效益。
参加本书编写的有周志敏、纪爱华、周纪海、刘建秀、顾发娥、纪达安、刘淑芬、纪和平、纪达奇等，本书在写作过程中无论从资料的收集和技术信息交流上都得到了国内的专业学者和同行及防雷器件制造商的大力支持，在此表示衷心的感谢。
由于时间仓促，加之作者水平有限，书中难免有不当之处，敬请读者批评指正。编著者第1章 概 述1.1 雷云的形成及电离层与地面间的电荷平衡1.1.1 雷云的形成
雷电这一自然现象，瞬变万千。古人以阴阳平衡之理论来认识这一自然现象，其理论与之千年的实践，同现代实证性科学相比，有着相当深的科学内涵。随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们对雷电这一自然现象有了新的认识，其理论和防雷实践都在不断地完善。自200多年前富兰克林避雷针问世至今，其顺应雷云放电规律，创造优先放电条件，使防雷实用技术进入一个崭新的阶段。
通常所谓雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层之间，或者是带电的云层对大地之间迅猛地放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。当然，云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响。然而，云层对大地的放电，则对建筑物、电子设备和人、畜危害甚大，这是防雷界要研究的主要对象。
通常雷击有三种主要形式：其一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫作“直击雷”。其二是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷，即当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以至出现局部高电压，或者是在直击雷的放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物因电磁感应而产生高电压，以至发生闪击的现象，叫作“二次雷”或“感应雷”。其三是一种特殊的雷电现象，即“球形雷”。“球形雷”为橙色或红色，或似红色火焰的发光球体(也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的)，直径一般为10～20cm，最大的直径可达1m，存在的时间为百分之几秒至几分钟，一般为3～5s，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电气设备会产生燃烧或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，有的由烟囱或通气管道滚进楼房，多数沿带电体消失。
在讨论雷电形成之前，首先讨论雷云的产生。不管是直击雷还是感应雷都与带电的云层分不开，带电的云层称为雷云。有关雷云形成的假说很多，但至今尚未有一种被公认为无懈可击的完整学说，这里仅介绍其中被认为比较完善并经常被推荐的假说。
1.雷云形成的假说
根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器，通常大地稳态时带负电荷500 000C左右，而地球上空存在一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电的电容器，它们之间的电压为300kV左右，其场强为上正下负。
当含水蒸气的空气受到炽热的地面烘烤受热而上升，或者较温暖的潮湿空气与冷空气相遇都会产生向上的气流。这些含水蒸气的气流在上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹(称为水成物)，这些水成物在地球静电场的作用下被极化，如图1－1所示，负电荷在上，正电荷在下，它们在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶(这二者称为云粒子)要大，因此极化水成物在下落过程中要与云粒子发生碰撞。碰撞的结果是其中一部分云粒子被水成物所捕获，增大了水成物的体积，另一部分未被捕获的被反弹回去。而反弹回去的云粒子带走水成物前端的部分正电荷，使水成物带上负电荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离(这叫重力分离作用)，如果遇到上升气流，云粒子不断上升，分离的作用更加明显。最后形成带正电的云粒子在云的上部，而带负电的水成物在云的下部，或者带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。当带电云层一经形成，就形成雷云空间电场，空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的，都是上正下负，因而加强了大气电场的强度，使大气中水成物的极化更厉害，在上升气流存在的情况下更加剧重力分离作用，使雷云发展得更快。
从上面的分析，好像雷云总是上层带正电荷，下层带负电荷。实际上气流并不仅是只有上下移动，而比这种运动更为复杂。因此雷云电荷的分布也比上面讲的要复杂得多。
根据科学工作者大量直接观测的结果，典型的雷云中的电荷分布大体如图1－2所示。图1－1 水成物在地球静电场的作用下被极化图1－2 典型的雷云中的电荷分布
科学工作者的测试结果表明，大地被雷击时，多数是负电荷从雷云向大地放电，少数是雷云上的正电荷向大地放电；在一块雷云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷云上的正电荷向大地放电。观测证明，发生正电荷向大地放电的雷击显得特别猛烈。
上面的假说首先是由威尔逊(Wilson)提出的，通常把它叫作威尔逊假说。另外我国学者唐山樵先生曾对雷云的形成提出了如下的假说：雷电的出现是与气流、风速密切相关的，而且与地球磁场学有一定的联系。雷云内部的不停运动和相互摩擦而使雷云产生大量的带正、负电荷的小微粒，即所谓的摩擦生电。这样，庞大的雷云就相当于一块带有大量正、负电荷的云块，而这些正、负电荷不断地产生，同时也在不断地复合，当这些云块在水平方向向东或向西迅速移动时(最大风速可达40m/s)，它与地球磁场磁力线产生切割，这就好像导体切割磁力线产生电流一样，云中的正、负电荷将产生定向移动，其移动的方向可按右手定则来判断。若云块是由西向东移动，而地磁场磁力线则是由地球南极指向地球的北极，因此大量的正电荷向上移动，负电荷向下移动，这样云的下部将积聚越来越多的负电荷，而云的上部积聚大量的正电，当电场强度达到足够高(25～30kV/cm)时将引起雷云间的强烈放电，或是雷云中的内部放电，或是雷云对地放电，即所谓的雷电。
雷电是因强对流天气而形成的雷云层间和雷云与大地之间的强烈瞬间放电现象，当今还没有一个完整理论可以将全部雷电现象解释清楚。目前的办法是将不同理论综合起来，尽可能完善地解释各种雷电现象。
2.雷电的形成
1)雷电形成的三个条件
空气中必须有足够的水汽；有使潮湿空气强烈持久上升的气流；有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象、地理条件。
2)雨滴分裂作用理论
当潮湿空气上升到高空，由于高空气温较低，产生凝结，在上升气流运动过程中逐渐增大形成小水滴。由于上升气流的不稳定性，水滴在运动过程中相互摩擦、碰撞、分裂形成大小不等的水珠，大水珠带正电荷，小水珠带负电荷，小水珠容易被上升气流带到上层云层，大水珠则留在下层或降落到地面，这样便形成了电荷的分离过程。当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便产生闪电现象，形成雷电。实验证明：
(1)水滴分裂时确实是大水珠带正电荷，小水珠带负电荷。
(2)分裂水滴所需气流的速度为3～8m/s，正是雷云中上升气流的速度。
3)电场极化理论
距离地面80km以上的电离层具有一定的导电能力，而且是带正电荷的，而大地是带负电荷、形成比较稳定的大气电场。因此，电离层和地这两个带电导体中间被不导电的大气所绝缘，形成一个电容器。使处于其中的任何导体上端带负电荷，下端带正电荷(云层也是如此)，即发生极化。此外，近地大气中还常有一定量的离子，其中正离子较重(约为电子的2000倍)不大活动，而负离子则活动性较大，在大气电场的作用下，负离子向上运动，正离子向下运动，形成上负下正离子层；另外，空气中水滴分裂后形成上负下正的带电云层，进一步被大气电场极化，这些云层电荷量逐渐积累增多，达到了足够的能量时，便产生闪电现象，形成雷电。
人们通常把发生闪电的云称为雷雨云，其实有几种云都与闪电有关，如层积云、雨层云、积云、积雨云，最重要的则是积雨云，一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。
云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程，使空气中水汽达到饱和是形成云的一个必要条件，其主要方式有：
(1)水汽含量不变，空气降温冷却。
(2)温度不变，增加水汽含量。
(3)既增加水汽含量，又降低温度。
但对云的形成来说，降温过程是最主要的过程，而在降温冷却过程中又以上升运动而引起的降温冷却作用最为普遍。
积雨云是一种在强烈垂直对流过程中形成的云，由于地面吸收太阳辐射的热量远大于空气层，所以白天地面温度升高较多，夏日这种升温更为明显，所以近地面大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，压强也随着降低，根据力学原理它就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大，就要下沉。热气流在上升过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换，于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花，并随高度逐渐增多。在冻结高度(－10℃)，由于过冷水大量冻结而释放潜热，使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后向水平方向铺展，形成云砧，这是积雨云的显著特征。
在积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的“闪电”。
3.雷灾特点
雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难，尤其是近几年来，雷电灾害频繁发生，对国民经济造成的危害日趋严重。为此应当加强防雷意识，做好预防工作，将雷害损失降到最低限度。当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：
(1)受灾面在不断扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是与高新技术关系密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等。
(2)从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿导线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无孔不入地造成灾害，因而防雷工程已从传统防直击雷、感应雷进入现代的防雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse，LEMP)阶段。前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这里是指雷电灾害的空间范围扩大了。
(3)雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响是难以估计的。
产生上述特点的根本原因，是雷灾的主要对象已集中在微电子设备上。雷电本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用，造成微电子设备的失控或者损坏。
为此，信息时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了，雷电的防御已从直击雷、感应雷防护发展到了整体的系统防护，必须站到新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。
综上所述，雷电的成因为摩擦生电及云块切割磁力线，把不同电荷进一步分离。可见雷电的成因或者说雷电的主要能源来自于大气的运动，没有这些运动，是不会有雷电的。这也解释了为什么雷电总伴随着狂风骤雨而出现。
雷云的起电机理有三种理论，各解释一定的雷电成因现象。其三种理论分别为：水滴破裂效应、水滴冻冰效应和吸收电荷效应。
本书认为前两种解释有其一定的局限性，而从火花放电发展机理去解释，雷云起电机理采用吸收电荷效应理论来阐述更容易理解。由于宇宙射线等使气体分子游离，在大气中存在着两种离子，由于大气空间场的作用，使云层上部积聚正电荷，下部积聚负电荷，在空间场的作用下云层分离从而带电。
雷云中电荷的分布是不均匀的，形成许多堆积中心。因而不论是在云中或是在云对地之间，电场强度是不一致的，当云中电荷密集处的电场强度达到25～30kV/cm时，就会由云向地开始先导(雷云中积聚电荷最密集处，首先对物体击穿形成的一条导电带)放电(对于高层建筑，雷电先导可由地面向上发出，称为上行雷)，由雷云发展至地面的时间约几个毫秒。光学照片显示先导继续生长不是均匀的，是跳跃式的、迈步式的，向地频繁迈步前进，即走一段，停一会，再走一段，再停一会。每秒的长度为10～200m，每秒停歇的时间为10～7100μs。先导发展速度约为10m/s，延续时间约为1μs。先导中心的电－3荷密度为(0.1～1)×10C/m，先导的电晕半径为0.6～6m。它有一个向下伸展的电荷囊，相应先导发展时的电流约为100A，先导中的纵向电位梯度约为100～500kV/m。下行负先导在发展中会分成数支，这和空气原来随机存在的离子团有关。当先导通道的顶端接近地面时，可诱发迎面先导(通常起自地面的突出部分)，当先导与迎面先导会合时，即形成了从云到地面的强烈电离通道，如图1－3所示。这就是雷电的主放电阶段，此时雷鸣和闪电都伴随出现。图1－3 雷电从云到地面的电离通道图
迎面先导由地向云的传播速度为光速的十分之几。流经被击物的雷电流幅值与定位高度、先导电荷相关。可获得的雷电流与击距(击距是指防雷计算中的抛球半径或滚球半径)有关，但有很多参数是不“真知”，一般推断，目前世界上有很多不同的击距与电流之间的关系计算公式。一般地说，雷电流越大，击距就越长，如雷电流为200kA以上，击距可能在200m及以上，雷电流为15～20kA，击距可能在20～30m。
雷击时，主放电存在的时间极短，为50～100μs，主放电过程是逆着先导通道发展的，速度为光速的1/21～1/2，主放电的电流可达数十万安，是全部雷电流中最主要部分。主放电到达云端时就结束了，然后云中的残余电荷经过主放电通道流下来，称为余光阶段，由于云中电阻较大，余光阶段对应的电流不大(约数百安)，持续时间却较长(0.03～0.15s)。由于云中可能同时存在几个电荷中心，所以第一个电荷中心的上述放电完成之后，可能引起第二个、第三个中心向第一通道放电。因此雷击放电含多重放电，含多个脉冲波(冲击波)，每个脉冲波相隔时间为600～800μs，放电的数目平均为2～3次。最多记录到42次。后续放电，是沿着第一次放电(第一个脉冲)的游离通道进行的，自上而下连续发展，没有先导的停歇现象，但主放电仍然是由下向上发展。雷电多重放电总持续时间可达1s，绝大多数的持续时间不超过0.3s。一般来说，第一次主放电的雷电流脉冲幅值和陡度di/dt比后续大，其波形是相当复杂的。
雷电流具有两大特点，一是幅值大，二是持续时间短。由雷电流产生的磁场是一瞬变的电磁场，这一瞬变磁场的辐射对在一定范围内的微电子设备造成干扰，又因瞬变磁场产生的电磁感应电压与雷电流的大小及变化速率成正比，与雷击处的距离成反比，同时雷电流极大的幅值和陡度，其感应电压可达相当高的幅值，是对微电子设备安全运行的最大威胁，其也可沿着传输线、供电线侵入、干扰甚至损坏设备。1.1.2 电离层与地面间的电荷平衡及尖端放电
1.电离层与地面间的电荷平衡
上面说过，地球是一个表面带负电荷的球体，并且它所带的负电5荷量长期稳定在5×10C水平，而在地球上空的电离层上则带有相等的正电荷，使电离层与地面之间的电压约300kV，如图1－4所示。因而在电离层与地面之间存在一个电场，晴天时在地面附加的电场强度为120V/m。即使在晴天，大气中总有一些空气分子被电离，在电场的作用下形成放电电流。观测和计算的结果表明，全地球该放电电流强度为1800A，如果长期如此，电离层与地面之间的电荷将很快放电完毕；然而事实上，它们之间大致长期保持恒定的电量和电压，这主要是由于雷暴的形成和雷击，把正电荷从大地送回到电离层，起到对电离的正电荷充电的作用。根据卫星观测资料及电学观测资料估计，在任何时刻全地球表面上连续发生着大约1000个雷暴，从而使电离层与大地之间的电场保持稳定。图1－4 地球电场示意图
2.尖端放电与雷击图1－5 尖端放电示意图
由物理学可知，通常物体内部的正电荷和负电荷是相等的，所以从整体来看不显示带电现象，当某一物体所具有的正、负电荷不相等时，这个物体就显示带电的特性，当物体内部的正电荷多于负电荷时，物体带正电，反之带负电。由于电荷都有异性相吸、同性相斥的特性，所以带电物体中的同性电荷总是受到互相排斥的电场力作用。以一个如图1－5所示的尖端放电示意图为例，假如金属球带上负电(同理也可以解释带上正电)，由于电荷同性相斥的作用，电子总是分布到金属球的最外层表面，并且有“逃离”金属球表面的趋势。球的尖锋部分的电子受到同性电荷往外的排斥力最强，故最容易被排斥离开金属球，这就是通常说的“尖端放电”。此外当带电物体周围的空气潮湿或带有与带电体相反电荷的离子时，带电体也越易放电。当天空中有雷云的时候，因雷云带有大量电荷，由于静电感应作用，雷云下方的地面和地面上的物体都带上与雷云相反的电荷。雷云与其下方的地面就成为一个已充电的电容器，当雷云与地面之间的电压高到一定的时候，便对地面上突出的物体放电。同时，天空带电的雷云在电场的作用下，少数带电的微粒(或水成物)也向地面靠拢，这些少数带电微粒的靠拢，叫作先驱注流，又叫电流先导。先驱注流的延续将形成电离的微弱导通，这一阶段称为先驱放电。开始产生的先驱放电是不连续5的，是一个一个脉冲地相继向前发展。它发展的平均速度为10～610m/s，各脉冲间隔约30～90μs，每阶段推进约50m。先驱放电常常表现为分枝状，这是由于放电是沿着空气电离最强、最容易导电的路径发展的。这些分枝状的先驱放电通常只有一条放电分支达到大地。
当先驱放电到达大地，或与大地放电迎面会合以后，就开始主放电阶段，在主放电阶段雷云与大地之间所聚集的大量电荷，通过先驱放电所开辟的狭小电离通道发生猛烈的电荷中和，放出能量，以至发出强烈的闪光和震耳的轰鸣。在雷击中，雷击点有巨大的电流流过。大多数雷电流峰值为几十千安，也有少数上百千安甚至几百千安的。雷电流峰值的大小与土壤电阻率的大小成反比关系，即土壤电阻率高，则雷电流峰值小；土壤电阻率低，则雷电流峰值大。
雷电流大多数是重复的，通常一次雷电包括3～4次放电。重复放电都是沿着第一次放电通路发展的。雷电之所以重复发生，是由于雷云非常大，它各部分密度不完全相同，导电性能也不一样，所以它所包含的电荷不能一次放完，第一次放电是由雷云最低层发出的，随后放电是从较高云层或相邻区发出的。1.2 雷电流的特性及雷击选择性1.2.1 雷电流的特性
雷电破坏作用与峰值电流及其波形有着密切的关系。雷击的发生、雷电流大小与许多因数有关，其中主要的有地理位置、地质条件、季节和气象。其中气象情况有很大的随机性，因此研究雷电流大多数采取大量观测记录，用统计的方法寻找出它的概率分布规律。根据资料表明，各次雷击闪电电流大小和波形差别很大。尤其是不同种类放电差别更大。为此有必要做如下说明。由典型的雷云电荷分布可知，雷云下部带负电，而上部带正电。根据云层带电极性来定义雷电流的极性时，云层带正电荷对地放电称为正闪电，而云层带负电荷对地放电称为负闪电。正闪电发生时正电荷由云到地，为正值，负闪电发生时负电荷由云到地，为负值。云层对地是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或者说云地间的电场强度。云地间放电形成的先导是从云层内的电荷中心伸向地面，这叫作向下先导。其最大电场强度出现在云体的下边缘或地上高耸的物体顶端。雷电先导也可能是从接地体向云层推进的向上先导。因此，把只沿着先导方向发生电荷中和的闪电叫无回击闪电。当发生先导放电之后还出现逆先导方向放电的现象，称为有回击闪电。上面讲到一次雷击大多数分成3～4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正闪电的电流比负闪电的电流大。
雷电放电参数是防雷设计的重要依据。雷电放电参数包括主放电通道波阻、雷电流波形、雷电流幅值概率分布、雷电流极性、重复放电次数及对地输送的电荷量等。
1.主放电波阻
主放电阶段雷电通道阻抗不是常值，是随通道电流的增大而减小。该参数以等值阻抗Z来表征，随雷电流幅值变化。雷电通道阻抗计M算受流经被击物的雷电流幅值I影响。I可按下式计算：wtwt式中 I——流经被击物的雷电流幅值，kA；wt
I——流经良好接地体的雷电流幅值，kA；R=0
Z——主放电阶段雷电通道阻抗，Ω；M
Z——被击物体等值阻抗，Ω，例如，雷击架空线路导线时，dxZ=Z/2；dxda
Z——架空线路导线波阻，Ω。da
在大多数计算中，Z应该等于无穷大，这时I= I，即可认为MwtR=0雷电通道是电流源。
2.雷电流波形
世界各国测得的对地放电雷电流波形基本一致，多数是单极性重复脉冲波，少数为较小的负过冲，一次雷击放电过程常常包含多次先导至主放电的过程(分别第一次放电和随后放电)和后续电流。这点对考核各种防雷保护器通流能量是很重要的。实际上通过防雷保护器的雷电流为一连串周期为几百微秒的脉冲电流。
正极性放电和随后负放电波形是有明显的区别，第一次负放电电流波形较长，在峰值附近有明显的双峰；随后放电电流波形的波头较短，没有双峰，电流陡度远大于第一次放电(即第一次脉冲)，而电流幅值约为第一次放电的一半。随后放电，约有一半存在连续的后续电流，至少持续40ms，电流从数十安到几百安不等。
综合各国观测结果，一次雷击(闪电)有多次雷电流脉冲，一般为2～3个，最多记录到42个，多数是单极性的重复脉冲，约85%的雷电流(脉冲)波头在1～5μs，平均为2.6μs。雷电流(脉冲)波长在20～350μs之间。所以在工程上选用雷电流波形时，应视其敏感性及具体情况而定，比如在《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中，在计算杆塔反击耐雷水平时采用雷电流波形为2.6/50μs，但在计算杆塔及反击时沿导线侵入变电所雷电波形时，在闪络点导线上雷电波头近似直角波，与直击雷雷电流波头关系不大，主要是闪络截波，波尾较长，这样仅波头受沿导线传播时电晕衰减影响，波幅值不受影响。在考核避雷器残压时用陡波头(0.9～1.1μs)；而考核避雷器动作负载时，在CIGREQ(英文全称是International Council on Large Electric Systems，国际大电网会议)的1999年报告中建议用100/200μs波形来代替现行的8/20μs。总之，雷电流波形选用视具体情况而定。又如，有的工程计算时采用指数波、余弦波等，这符合数学运算关系。
3.雷电流幅值概率分布
某一次雷击的电流幅值是随机的，对大量实测的雷电流幅值进行统计分析，可得其概率分布曲线。不同地区的雷电流幅值分布是不同的，这主要与地区的纬度、地形、地貌、气象和雷暴强度有关。
综合了我国几十年观测结果，对雷暴日超过20的地区，雷电流幅值的概率分布推荐为：式中 P——雷电流幅值超过I的概率；
I——雷电流幅值，kA。
对20雷暴日及以下地区，概率分布减小，推荐为lgP=－I/44。
4.雷电流极性
当雷云电荷为正时，所发生的雷云放电为正极性放电，雷电流极性为正，反之，雷电流极性为负。实测统计资料表明，不同的地形地貌，雷电流正负极性比例不同，负极性所占比例在75%～90%之间。
5.重复放电次数及对地输送的电荷量
在一个雷云单体中，常常有多个电荷密集中心，因此，一次雷云放电也常常包含多次放电脉冲，称多重放电。根据6000次实测统计，平均重复放电2～3次，最多42次。累计每次全放电过程对地输送电荷量称为放电电荷。1.2.2 雷电活动及雷击的选择性
1.雷电活动及雷电活动日
雷电活动从季节来讲以夏季最活跃，冬季最少，从地区分布来讲是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。评价某一地区雷电活动的强弱，通常用两种方法。其中一种是习惯使用的“雷电日”，即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来表示该地区的雷电活动强弱，雷电日的天数越多，表示该地区雷电活动越强，反之则越弱。我国平均雷电日的分布，大致可以划分为四个区域，西北地区一般15日以下；长江以北大部分地区(包括东北)平均雷电日在15～40日之间；长江以南地区平均雷电日达40日以上；北纬23°以南地区平均雷电日达80日。广东的雷州半岛地区及海南省，是我国雷电活动最剧烈的地区，年平均雷电日高达120～130日。总的来说，我国是雷电活动很强的国家。
因为人们耳朵能听到的雷声，一般距离只能在15km左右，更远的雷声一般就听不到了，所以雷电日只能反映局部地区雷电活动情况。
还有一些科学家认为用“雷电日”表征一个地区的雷电活动不够准确，因为一天当中听到一次雷声就算一个“雷电日”，而一天当中2听到1000次雷声也算一个“雷电日”，他们认为测试地区以1000km范围内发生的闪击次数来统计较准确，这样就得出一种新的评价雷电2活动的方法，叫“雷闪频数”。“雷闪频数”是1000km内一年共发生22的闪击数(也可以用每1km一年内雷击次数为单位)。显然以1000km作为一个地区单位来评价雷电活动的情况，对航空、航海、气象、通信等现代技术更为适合。然而它的测试方法只能借助于无线电，用耳朵来听是无能为力的。而对于建筑行业防雷，用“雷电日”已足够准确，并且大量观测统计资料表明，一个地区的“雷闪频数”与雷电日成线性关系，所以两种统计方法是没有矛盾的。
2.雷击的选择性
在同一区域内雷击分布不均匀的现象，称为“雷击选择性”。雷灾事故的历史资料统计和实验研究证明，雷击的地点以及遭受雷击的部位是有一定规律的，因此掌握这些规律对预防雷击具有很重要的意义。
年平均“雷电日”这一数字只能给人们提供概略的情况。事实上，即使在同一地区内，雷电活动也有所不同，有些局部地区，雷击要比邻近地区多得多，如广州的沙河、北京的十三陵等地被称为“多雷区”。
雷击区与地质结构有关。苏联H.C.斯捷柯里尼科夫(CTehojhkob)曾用模拟试验的研究方法证明，如果地面土壤电阻率的分布不均匀，则在电阻率特别小的地区，雷击的概率较大。这就是在同一区域内雷击分布不均匀的原因。
试验结果证明，雷击位置经常在土壤电阻率较小的土壤上，而电阻率较大的多岩石土壤被击中的机会很小。这是因为在雷电先驱放电阶段中，地中的先导电流主要是沿着电阻率较小的路径流通，使地面电阻率较小的区域被感应而积累了大量与雷云相反的异性电荷，雷电自然就朝这些地区发展。
根据H.那林达(Norinder)，O.沙卡(Salka)和上面提到的H.C.斯捷柯尼科夫的试验结果和实际调查资料证明：
(1)土壤电阻率较大的山区和平原，雷电选择性都比较明显；雷击经常发生在有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、山坡与稻田接壤的地段和具有不同电阻率土壤的交界地段。
(2)在湖沼、低洼地区和地下水位高的地方也容易遭受雷击。
(3)地面上的设施情况，也是影响雷击选择性的重要因素。当放电通道发展到离地面不远的空中时，电场受地面物体影响而发生畸变。如果地面上有一座较高的尖顶建筑物，比如一座很高的铁塔，由于这些建筑物的尖顶具有较大的电场强度，雷电先驱自然会被吸引向这些建筑物，这就是高耸突出的建筑物容易遭受雷击的缘故。在旷野，即使建筑物并不高，但是由于它比较孤立、突出，因此也比较容易遭受雷击。调查结果表明，在田野里供休息的凉亭、草棚、水车棚等遭受雷击的事故是很多的。
(4)从烟囱冒出的热气流柱(因烟尘中常含有大量导电微粒和游离分子气团)比一般空气易于导电，这就等于加高了烟囱的高度，这也是烟囱易于遭受雷击的原因之一。因此，在一座较高的烟囱附近，如果有一座较低的烟囱，在高烟囱不冒烟而低烟囱冒烟的情况下，雷电往往直接击在低烟囱上。所以在高低两座烟囱并排时，即使低烟囱在高烟囱雷电保护范围之内，但仍然要求两座烟囱都要装设避雷装置。
(5)建筑的结构、内部设备情况和状态，对雷击选择性有很大影响。金属结构的建筑物、内部有大型金属体的厂房，或者建筑物内有潮湿的房屋，如牲畜棚等，由于具有很好的导电性，都比较容易遭受雷击。
3.我国雷电活动规律
(1)南方多于北方。也就是越靠近赤道和热带地区，雷电活动就越强；越往北，也就是气温较冷、雨量较小的地区，雷电活动就较弱。
(2)山区多于平原。比如云贵高原、康藏高原等地区的雷电活动就比同纬度的其他地区强。此外，我国山地的雨量一般比平原多。
(3)内地多于沿海。在其他条件相同时，沿海和靠近大江大河的地区的雷电活动较其他地区弱。
(4)在其他条件相同时，土壤电阻率较高的地区，雷电活动也较弱。例如，西北和内蒙古等沙漠地区，雷电活动就比同纬度的其他地区(如华北、东北等地区)少很多。
(5)我国雷电活动移动的方向，在华北多自西北向东南；华中和西南是由东向西，华南方向比较不定。
上面所谈到的这些雷电选择性，仅是一些常见的例子，很不全面，但它已经给我们提供了雷击选择性的资料，因而对防雷工作有重要的意义。1.3 防雷技术1.3.1 防雷机理
多年来国内外防雷专家致力于防雷研究，在传统的富兰克林避雷针、避雷带和法拉第笼的基础上，由澳大利亚E·F公司研制的system3000动力球型避雷针和放射性避雷针，以及法国依丽达(HFLITA)公司的Pular高脉冲避雷针，都以其不同的结构、不同的材质而达到共同的目的。其防雷机理均为，当避雷针的上空出现雷云时，它们就处在大气空间场中，由于针电极尺寸远小于场板极间隙长度，所以带电云团与针极间是一个极不均匀的空间电场。在放电间隙电场很不均匀的情况下，在雷云负极与地正针极空间电场中，从正针极发出初始电子在电场力的作用下，在其运动中发出碰撞电离形成初始电子崩，集中于崩头的电子成为负空间电荷区，而留在崩尾的正离子成正空间电荷区，崩中部则为正、负离子混合区，因正、负离子浓度高，是进行复合的极好条件，在复合过程中发生光子辐射，光子电离而产生二次电子，二次电子作用在崩头，使崩尾发生更强烈的碰撞电离，形成二次电子崩，汇入初崩扩大离子区，其后电子崩发速度远比初电子崩的速度快，可达光速。电子崩的长度可能小于放电间隙长度。电极正电荷附近的放电之所以仅靠气体光游离来维持，是因为场强区把阴极与气体游离区隔开的缘故，当电极是负电荷时，二次电子的产生可以来自阴极的光效应，也可以来自气体的光游离。同时，随着空气密度和电极曲率半径r的不同，就形成自由电子的某种机理，当N(光o子的吸收系数)和r的乘积不大于4时，即：o式中 N——在Pro时的光子吸收系数；
P——实际条件下的气体压力；ro
N——P=P时的光子吸收系数；00
P——气体压力；
P——标准条件下气体压力。0
起主要作用的是阴极光效应，当N·r≥4时，气体中的光游离作用o迅速增长，因为当N·r增大时，为气体所吸收且飞不到阴极的光子数o增加，或因电子崩的伸长(r增大时)，或因N的增加(在P增大时)而增o加。故放电发生在高场强的狭窄区域里，它以再生电子崩的形式出现。避雷针就是利用自身的高度，使雷云电场发生畸变，其电场强度增加到极限值，于是开始电离，并向下梯级式放电，称为下行先导放电，而避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导，两者会合形成雷电通路，并伴随开始主放电阶段。
通常雷击有以下几种主要形式：
(1)直击雷。是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器(针、带、网、线)、引下线、接地装置构成的完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁，但雷电仍会通过多种形式及途径破坏建筑物内的电子设备。
(2)感应雷。是指雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线上产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的概率比直击雷高得多。直击雷只在雷云对地闪击时才会对地面上的建筑物构架、动植物造成灾害，而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而感应雷可在一个较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压现象，并且这种感应高压可以通过电力线、信号线等传输到很远，致使雷害范围扩大。
(3)雷电波侵入。由于雷电流有极大峰值和陡度，在雷电流周围产生瞬变电磁场，处在这瞬变电磁场中的导体会感应出较高的电动势，而此瞬变电磁场又会在空间一定的范围内产生脉冲电磁波幅射，而这种空间雷电电磁脉冲波(LEMP)是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。由于雷电流峰值大和陡度高(变化率快)，因其瞬变时间极短，在此种交变磁场中的导体感应的电压却很高，以至产生电火花，其磁脉冲往往超过2.4Gs。
(4)球雷。在国际建筑物防雷标准(IEC/TC—81)和我国的GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》中，均没有对球雷的防护做出规定。在调查统计中，球状闪电约占闪电统计总数的13.7%。尽管国内外科技人员对球状闪电的形成机理尚无一致的观点，但对其性质、状态和危害还是比较清楚的。
球雷(即球状闪电)是一种橙色或红色的类似火焰的发光球体，偶尔也有黄色、蓝色或绿色的。大多数火球的直径在10～100cm之间。球雷多在强雷暴时空中普通闪电最频繁的时候出现。球雷通常沿水平方向以1～2m/s的速度上下滚动，有时距地面0.5～1m，有时升起2～3m。它在空中漂游的时间可由几秒到几分钟。
球雷常由建筑物的孔洞、烟囱或开着的门窗进入室内，有时也通过不接地的门窗铁丝网进入室内。最常见的是沿大树滚下进入建筑物并伴有嘶嘶声。球雷有时自然爆炸，有时遇到金属管线而爆炸。球雷遇到易燃物质(如木材、纸张、衣物、被褥等)则造成燃烧，遇到可爆炸的气体或液体则造成更大的爆炸。有的球雷会不留痕迹地无声消失，但大多数均伴有爆炸声且响声震耳。爆炸后偶尔有硫磺、臭氧或二氧化碳气体。球雷可辐射出大量的热能，因此它的烧伤力比破坏力要大。
防护球雷并不困难，应该在规范或标准中规定相应的措施。就防护球雷措施而言，最好是笼式避雷网，如果达不到笼式避雷网的条件，就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地；堵好建筑物墙面上不必要的孔洞；烟囱与出气管口均要加装铁丝网并接地；储存易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气管应加装阻火器并接地。对高大树木下的重要建筑物尤其要采取防护球雷的措施。
(5)地电位反击。是指雷击大地或接地体，引起地电位上升而波及附近的电子设备，对设备产生损坏。1.3.2 现代防雷技术
1.现代防雷技术的特点
现代防雷技术的理论基础在于：闪电是电流源，防雷的基本途径就是要提供一条雷电流(包括雷电电磁脉冲辐射)对地泄放的合理的阻抗路径，而不能让其随机性选择放电通道，简言之就是要控制雷电能量的泄放与转换。德国专家希曼斯基在《过电压保护理论与实践》中提出了现代防雷保护的三道防线：
(1)外部保护——将绝大部分雷电流直接引入大地泄散。
(2)内部保护——阻塞沿电源线、数据线或信号线侵入的雷电波危害设备。
(3)过电压保护——限制被保护设备上的雷电过电压幅值。
这三道防线相互配合，各尽其职，缺一不可。在此基础上提出雷电的防护可分为两方面：即直击雷的防护和感应雷的防护。
1)直击雷的防护
直击雷的防护的主要设计依据是国际电工委员会IEC1312—1～3《雷电电磁脉冲的防护》、《电子计算机机房设计规范》、《电子设备雷击导则》和《建筑物防雷设计规范》等。目前，防直击雷都是采用避雷针、避雷带、避雷线或避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地装置迅速而安全把雷电流直接引入大地泄散。
2)感应雷的防护
感应雷的防护是从整体上或在系统中建立起三维的防护体系，主要是在由被保护设备构成的系统中采取以下措施。
(1)电源防雷：配电系统电源防雷应采用三级防护，避雷器采用的是(B、C、D)三级防雷的方式。第一级保护(B级)一般安装在建筑物输入电源总配电室内的进线配电柜上，或楼内单元输入电源的主配电盘上。主要用于保护整幢建筑物用电设备或楼内单元用电设备。第二级保护(C级)主要安装在设备配电柜上。第三级保护(D级)主要安装于各个用电设备的电源端，用于保护最终端的用电设备。
(2)信号系统防雷：与电源防雷一样，信号系统的防雷主要采用通信避雷器防雷。目前，数据网络常采用的方式有电话线、专线、X.25、DDN和帧中继等，通信网络设备主要为调制解调器、DTU、路由器和远程中继控制器等。通常根据通信线路的类型、通信频带、线路电平等选择通信避雷器，将通信避雷器串联或并联在通信线路上。
(3)等电位连接：等电位连接是将正常不带电(或不传输信息)的、未接地或未良好接地设备的金属外壳、电缆的金属外皮、建筑物的金属构架、金属管线的桥架与接地系统作电气连接，防止在这些物件上由于感应雷电高电压或接地装置上雷电入地高电位的传递造成对设备内部绝缘、电缆芯线的反击。等电位连接的目的是减小需要防雷空间内的各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。
(4)金属屏蔽及重复接地：在做好以上措施的基础上，还应采用有效屏蔽、重复接地等办法，避免架空导线直接进入建筑物内的配电系统和信号系统，尽可能采用埋地电缆引入，并用金属导管屏蔽，屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地，最大限度衰减从各种线缆上引入的雷电高电压。
2.多层分级(类)保护
多层分级(类)保护原则是根据电气、微电子设备的不同功能及不同受保护程度和所属保护层(区)确定防护要点并做分类保护；根据雷电和雷电过电压危害的可能通道从电源线到数据通信线路都应做多层分级保护。
1)外部无源保护
外部作无源保护(0级保护区防护)，主要采用外部防雷装置，主要由避雷针(网、线、带)引下线和接地装置(接地线、地极)构成。其保护原理是当雷云放电接近地面时，在避雷针(线)顶部形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针(线)放电，再通过接地引下线、接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。然而，以往一般认为用避雷针越高越好(一般只按45°角考虑)，根据现代防雷技术发展的要求，避雷针应从30°、45°、60°等不同角度考虑，由此来设置避雷针，以做到对各种雷击的防护，增大保护范围以及增加导通量。在0级保护区内建筑物的所有外露金属构件(管道)，都应与防雷网(带、线)做可靠的电气连接。
2)内部防护
电源部分防护：对引入建筑物的电力线路和建筑物内的配电系统应进行过电压保护，按国家规范应分三部分。在电力变压器低压侧输出端至建筑物总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加避雷器，作为一级保护；在建筑物总配电盘至各分配电箱间的电缆内芯线两端应对地加装避雷器，作为二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装避雷器，作为三级保护。其目的是用分流(限幅)技术［采用高吸收能量的分流设备(避雷器)将雷电过电压(脉冲)能量分流泄入大地］来达到保护目的，所以，在分流(限幅)技术中采用防护器的品质、性能的好坏直接关系到整体防护系统的性能，因此，选择适合被保护设备特性的避雷器是至关重要的。
信号部分保护：对于信息系统中信号部分的防护，应分为粗保护和精细保护。粗保护的量级根据所属保护区的级别确定，精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定，如卫星接收系统、电话系统、网络专线系统、监控系统等。应在所有信息系统进入建筑物的电缆内芯线端对地加装避雷器，电缆中的空线应接地，并做好屏蔽接地，其中应注意系统设备的额定电压、传输速率、接口类型等，以确保系统正常的工作。
3)接地处理
在防雷系统的设计和建设中，一定要求有一个良好的接地系统，因所有防雷设施都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果接地系统做得不好，不但会引起设备故障、烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。而电子设备为抗干扰而采用的屏蔽技术、防静电技术、滤波技术等都需要建立一个良好的接地系统。一般整个建筑物的接地系统有：建筑物地网(与法拉第网相接)、电源地(要求地阻小于10Ω)、逻辑地(也称信号地)、防雷地等，还有的电子设备要求另设专用独立接地系统，并要求地阻小于1Ω。然而，若各接地系统必须独立，如果相互之间距离达不到规范要求的话，则容易出现地电位反击事故，因此，各接地系统之间的距离达不到规范的要求时，应尽可能连接在一起，如实际情况不允许直接连接的，可通过地电位均衡器实现等电位连接。为确保系统正常工作，应每年定期用精密地阻仪检测接地阻值。接地装置由接地极、接地线和一些附件、辅助材料组成。接地装置的选材和施工主要决定于接地装置埋设处的土质结构，即土壤的地阻率ρ。不同的土质(因土壤的电阻率ρ不同)结构应设置不同结构的接地装置，在土壤电阻率较高的地区，为增加接地装置使用效率，应考虑使用长效降阻剂。
3.防雷技术水平的提高
目前提高防雷技术需从两个方面开展工作，一是不断探讨和完善现代防雷理论，二是开发和研制新一代的防雷产品，对于现代避雷器应同时具有以下技术性能：
(1)具有完全的防雷功能，即对雷电陡波和雷电幅值同样有限压保护作用。
(2)其防雷保护作用不会造成网络接地故障或线间短路故障，这是保证网络正常、安全运行的重要要求。
(3)动作特性应具有长期运行稳定性，免受暂态过电压危害。
(4)应具有连续雷电冲击保护能力。
(5)应有较小的外形尺寸，小型化、轻量化，更便于安装。
(6)具有高的技术性能指标和低的损耗。
(7)应具有20年以上的使用寿命。
在国民经济的许多重要领域(邮电、广电、金融、电力、公路等)，防雷已经是热门话题，这是因为电子信息设备广泛应用，引发了对传统防雷技术的创新和发展，因此推动各种防雷新产品的开发和研制，使得现代防雷技术不断地创新和完善。对于电子信息系统总的防雷原则是：
(1)将绝大部分雷电流通过接闪器直接接闪引入地下泄散(外部保护)。
(2)阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的雷电过电压波(内部保护及过电压保护)。
(3)限制被保护设备上浪涌过电压幅值(过电压保护)。
(4)为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，在一个完整的防雷系统中必须实施等电位连接，目的是在减小需要防雷的空间各金属部件和各系统之间的电位差，电源线、信号线都要通过过压保护器进行等电位连接，金属管道、设备机壳、电源线、信号线的屏蔽体都要实现等电位连接，建筑物各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，各个局部等电位采用等电位连接棒相互连接，并最后与主等电位母线连接为一体。电位均衡连接，就是使导体良好地进行导电性连接，使它们达到电位相等，为雷电流提供低阻抗的通道，以使它迅速泄流入地。1.3.3 现代防雷产品
现代防雷产品种类繁多，大致有以下几类。
1.接闪器
为免遭直击雷破坏，建筑物一般设有独立避雷针、构架避雷针、避雷线保护。其结构均分为接闪器、引下线和接地体，防雷原理相同。为了防止反击，要求避雷针与被保护设备之间空中距离不小于5m，地中距离不小于3m。
独立避雷针的保护范围对地面为1.5h(针高)，对超过针高一半的空间其保护范围只能从30°、45°、60°等不同角度考虑，并采用滚球法理论校核独立避雷针的保护范围。
避雷针是最早的接闪器，也是目前世界上公认的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一致的。对避雷针的接闪原理的认识是有一个发展过程的，现在的滚球法理论比较全面地解释了接闪器吸引雷电的各种现象，被国内外标准所采纳。滚球法理论如下。
接闪器的保护范围：半径为R的球与接闪器和地面相切绕接闪器滚动一周所形成的阴影区域即为接闪器的保护范围。R根据不同的防雷类别分别选为30m、45m、60m。在保护范围内并不是没有雷击，只是雷击能量较小，滚球半径R越小，进入保护范围的雷击能量也越小，也就是说接闪器的防雷效果越好。接闪器并非越高越好，超过60m的接闪器在技术上是没有多大意义的。
理论上任何良好接地的金属物体都可以作为接闪器，因此随着经济的发展，人们对接闪器的外形提出了要求，希望能与漂亮的现代建筑协调，出现了一些形状各异、五彩缤纷的接闪器，但其防雷原理并没有改变。
2.消雷器
消雷器是国内近年来影响非常大的防雷产品。它是希望通过改变接闪器的材料和形状来产生电流以中和雷云中的电荷，让雷云在消雷器的保护范围内无法建立起接闪所需的场强，以达到消雷的目的。由于消雷器所声称的效果完全满足了人们所希望的防雷效果，因此一段时间内消雷器风靡国内市场。后来国内许多专家提出异议，认为消雷器的原理在技术上无法实现，并在消雷器的理论上和实践应用上提出了大量例证，因此消雷器在国内防雷学术界引起极大的争论，笔者认为消雷器的理论和产品仍有待于进一步的探讨和实践。
3.避雷器
避雷器的作用是在最短的时间(纳秒级)内将被保护线路接入等电位系统中，使设备各端口等电位，同时将电路上因雷击而产生的大量脉冲能量短路泄放到大地，故避雷器的电流泄放能力大小将直接影响对电路的保护能力。目前用于对避雷器闪放电流测试的波形主要有10/350μs、8/80μs、8/20μs，其波形如图1－6所示。下面是各测试波形的比较。
波形①为10/350μs闪电测试波形。
波形②为8/80μs闪电测试波形。
波形③为8/20μs闪电测试波形。
对于避雷器测试波形分别为10/350μs、8/20μs时，在放电电流值相同的情况下，避雷器放电所释放的能力10/350μs波形是8/20μs波形的200倍。
防雷是一个老话题，但仍在不断发展中，防雷技术还有许多待探索的东西，目前雷云起电的机理还不清楚，雷电感应的定量研究也很薄弱，因此防雷产品也在发展中，一些防雷产品所声称的新效果，需要以科学的态度在实践中检验，在理论上发展和完善。由于雷电本身是小概率事件，需要大量长期的统计分析才能得到有益的结果，这需要理论研究、产品开发和工程实践各方的通力合作才能得以实现。图1－6 对避雷器闪放电流的测试波形
因防雷技术在实际应用中，存在诸多不足，故改善和完善传统的防雷技术是势在必行的，创新发展防雷技术，以满足现代科技对防雷保护提出的更高要求。古人在防雷理论及应用方面虽与现代科学对防雷保护的认识有所不同，但其自然消雷系统均达到良好的防雷效果，这都需要我们去研究，采用现代的科技手段，去研究古人的防雷理论是很有现实意义的。因防雷技术是涉及地磁场、空间电场、空间气流场、地理、地质、气象等多学科的综合技术，故应研究我国多发雷击区的分布及季节、气候的关系，从中去理解雷电发生于自然而消除于自然中的科学内涵，科学地引导探索自然规律。故现代防雷技术的理论仍需在实践中进一步去完善，而“消雷技术”的理论和实用性更有待进一步去探索，深信在广大防雷学者的共同努力下，现代防雷技术必将不断地完善和创新。第2章 雷电危害与干扰2.1 雷电电磁脉冲干扰及防护分级计算方法2.1.1 雷电电磁脉冲干扰
随着社会信息化进程的加快，微电子设备的普遍应用，人们对雷击过电压以及其他各种侵入的过电压防护越来越重视。但目前国内防雷产品的开发研制及应用中，还较多地依赖于传统的防雷经验和有限的模拟实验，而对理论研究重视不够。在信息时代的今天，各种微电子设备的应用越来越广泛。然而，这些对雷电敏感的微电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而其受到过电压特别是雷击电磁脉冲的侵袭而遭受损坏的可能性也大大增加，其后果可能是造成整个系统的运行中断，所带来的经济损失难以估量。因此，人们对低压配电系统、信号系统以及天线馈线系统侵入的过电压保护(即低压系统防雷保护)也就越来越关注。
目前，人们对低压配电系统、信号系统以及天线馈线系统侵入的过电压保护还停留在实践、实验的环节上，缺乏深入的理论研究。为此需要对“行波理论”进一步研究，以此来指导过电压防护的实践工作，以对我国防雷事业的发展起到一定的促进作用。
为了防止微电子设备受到过电压特别是雷击电磁脉冲的侵袭而遭受损坏，我国在《建筑物防雷设计规范》(以下称“规范”)增添了“防雷击电磁脉冲”章节。本“规范”所说的“雷击电磁脉冲”是一
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