雷电电磁感应防护技术的探讨
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[内容摘要]电磁感应是感应雷击的一种形式。目前在电磁感应的防护中存在许多误区。本文结合实践，提出了改进措施。
[关键词]电磁感应、误区、改进
引言
电磁感应雷击是感应雷击的一种表现形式。雷雨云放电时，在雷电流的周围空间里，还会产生强大的变化电磁场和电磁干扰。电磁干扰是任何可能引起设备或系统性能降低或对有生命及无生命物质产生损害作用的电磁现象。在实际工作中，我们发现，目前在电磁感应的防护方面存在一定的误区。本文就这方面的问题进行探讨。
1、存在的误区
1.1在屏蔽的作用和使用上的误区。
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，在实施过程中宜在建筑物和房间的外部设屏蔽，并以合适的路径敷设，屏蔽线路。目前人们对如何使用屏蔽来防护电磁感应这个问题的认识上存在误区，例如：屏蔽不接地；者屏蔽接地了，但只有一个接地点等等。
1.2在浪涌保护器设置上的误区。
浪涌保护器用于防止雷电过电压和瞬态过电压对直流电源系统和用电设备造成的损坏，浪涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过高电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。目前，在浪涌保护设置问题上，存在着盲目设置的误区。对于设置信息系统的建筑物，是否需要防雷击电磁脉冲，应在完成直接、间接损失评估和建设、维护投资预测后认真分析和综合考虑，做到安全、适用、经济。因为浪涌保护器较其他开关电器相对昂贵，要尽量减少开发商的经济负担，就不能不讲投资而盲目设置。在设计中要考虑现有的保护装置的有效利用，要与供电系统的型式、暴露程度，所有线缆的架设，设备自身的耐压水平，选用防雷装置的特性及其有机配合，以及装设后对设备的正常工作是否产生不允许的影响，雷击发生后的反应和自复能力等等复杂的因素进行综合考虑，当然，还应考虑投资与效益的关系。
1.3对电磁感应易发多发区段上认识模糊。
由于直击雷电流有极大幅值和陡度，在它周围的空间将有强大的、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。能够引起较大感应的就是直击雷电流，但是电磁感应的多发区是在直击雷电流运行的哪个方向上？人们对这个问题的看法目前还存在误区。
2、电磁感应雷击的形成及其防护
被雷电击中的装置的电位升高，产生电磁辐射干扰，伴随着急剧的电流、电压的瞬时变化。当雷云对地放电时，在雷击点主放电过程中，在雷击点附近的架空线路、电气设备或架空管道上，由于电磁感应产生电磁感应过电压。过电压幅值可达到几十万伏，当线路或网络附近发生了电磁场的变化时，如发生了直击雷，因电磁效应，在线路上就会产生感应电动势；如果存在回路，感应电动势就会在回路中形成电流。感应雷击有二种现象：一是带电云层由于静电感应，使地面某一范围带上异种电荷形成的，当直击雷发生以后,云层带电迅速消失,地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部雷击后产生的短时高压而形成的；二是由于直击雷放电过程中，强大的电磁脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应而形成的。
电磁感应的防护手段，主要包括屏蔽和设置浪涌保护器。不过，由于对电磁感应的认识上的不足或错误，导致在对屏蔽和浪涌保护器上的使用出现许多错误，出现防护效果不佳甚至失败。结合本人多年经验，下面就这几个方面作一些探讨。
3、关于屏蔽的作用及正确的使用方法
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。电磁屏蔽采用低电阻的金属材料，利用电磁场在屏蔽金属内部产生涡流起屏蔽作用的。一般所谓的屏蔽，多半是指电磁屏蔽。如果将屏蔽板接地，则同时也兼有静电屏蔽的作用。屏蔽无疑防护电磁感应的好方法，问题主要出在使用上。接地的一大前提，就是可将地球视作一个巨大的导体球，其电势永远为零。则任一导体接地后，由于电势差的关系，其表面的第三种电荷总是会流入大地，以达到内部的平衡。所以，当接地时，会有电荷流入大地，造成原本不带电的导体总体上反而带电了。在屏蔽的使用上存在三种错误。第一个错误是屏蔽不接地，这使屏蔽形同虚设；第二个错误是屏蔽接地了，但只有一个接地点，这同样对电磁感应的防护无意义；第三个错误是虽然屏蔽层上有两个以上的接地点，但接地方法和位置选择错误也导致屏蔽的作用大打折扣。正确使用屏蔽的方法是：在一段屏蔽层上，至少应选择两个点接地；而且屏蔽层的两个端点必须接地；而每一个接地都应遵从独立和就近接地的原则。
4、关于浪涌保护器的设置
浪涌指线路上电压的瞬时变得很大，如雷击、其他感应、谐波等，高电压进如用电器会发生击穿现象，所以在线路的输入端都会设置浪用吸收器来保护下游的用电器。浪涌保护器的工作原理，两个电极分别与L（或者N）和PE线相联，两个电极之间形成一个电气间隙。电网在不超过最大持续运行电压的情况下运行时，两个电极之间呈高阻状态。如果电网因雷击或者操作过电压使两个电极之间的电压超过点火电压时，间隙被击穿，通过弧光放电将过电压能量释放。
浪涌保护器也是可以用于防护电磁感应的，尽管其效果并不理想，至少，他没有正确设置的屏蔽体的防护效果好。问题主要出在设置上。在许多的地方，一条线路上只设置了一级浪涌保护，而一级浪涌保护，而一级流涌保护至少还需要一条用户终端才能与之构成一个感应电流的消耗回路。固而同样存在雷击设备的威胁。另外，浪涌保护器本身有自己的先天不足，如需要启动电压，反应需要时间等，再加上如果位置不当或感应区段距浪涌保护器距离太大，都加大了浪涌保护器失效的机会。正确的方法是准确判定感应区段，并在感应区段的首尾之间至少设置两级独立的浪涌保护器，且每级浪涌保护器也要各自独立地主近接地，这样才能起到一定的防护作用。
5、关于电磁感应的易发多发区段
这个问题其实是一个常识，只是未能引起人们的充分的重视。我们知道，能够引起较大感应的就是直击雷电流，而直击雷电流的运行主要就是在竖直方向上的，因而，从理论上讲，它只能在线路的竖直分布的区段上产生感应，而在水平分布的区段上感应为零。所以，在任何一条线路上，电磁感应的易发多发区段就是那些竖在分布的区段，而防护的重点，就是这个区段，在这个区段上，无论采用屏蔽，还是设置浪涌保护器都是可以实现有效防护的。而只要确定了这个重点区段，其实没有必要在全线路上大撒网，不仅可以节省成本，也能大大提高防护效果。
6、结束语
现代防雷技术是一系统工程，系统结构愈合理，相互之间的作用就越协调，才能使整个系统在总体上达到最佳的运行状态。电磁感应的防护，是防雷的一个重要方面。也是一个值得继续探讨的永恒的课题，只要多实践，一定会找到更好的防护方法。
参考文献
[1]《电磁场与电磁波》杨显清
[2]《电力系统过电压》解广润
[3]《电磁兼容原理与设计》马宏达
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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