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1.雷電的產(chǎn)生
人們通常把發(fā)生閃電的云稱(chēng)為雷雨云,其實(shí)有幾種云都與閃電有關(guān),如層積云、雨層云、積云、積雨云，最重要的則是積雨云，一般專(zhuān)業(yè)書(shū)中講的雷雨云就是指積雨云。
云的形成過(guò)程是空氣中的水汽經(jīng)由各種原因達(dá)到飽和或過(guò)飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)的過(guò)程。使空氣中水汽達(dá)到飽和是形成云的一個(gè)必要條件,其主要方式有：(1)水汽含量不變，空氣降溫冷卻;(2)溫度不變，增加水汽含量;(3)既增加水汽含量，又降低溫度。
但對(duì)云的形成來(lái)說(shuō)，降溫過(guò)程是最主要的過(guò)程。而降溫冷卻過(guò)程中又以上升運(yùn)動(dòng)而引起的降溫冷卻作用最為普遍。積雨云就是一種在強(qiáng)烈垂直對(duì)流過(guò)程中形成的云。由于地面吸收太陽(yáng)的輻射熱量遠(yuǎn)大于空氣層，所以白天地面溫度升高較多，夏日這種升溫更為明顯，所以近地面的大氣的溫度由于熱傳導(dǎo)和熱輻射也跟著升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，壓強(qiáng)也隨著降低，根據(jù)力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密度相對(duì)說(shuō)來(lái)就較大，就要下沉。熱氣流在上升過(guò)程中膨脹降壓，同時(shí)與高空低溫空氣進(jìn)行熱交換，于是上升氣團(tuán)中的水汽凝結(jié)而出現(xiàn)霧滴，就形成了云。在強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中，云中的霧滴進(jìn)一步降溫，變成過(guò)冷水滴、冰晶或雪花,并隨高度逐漸增多。在凍結(jié)高度(-10攝氏度)，由于過(guò)冷水大量?jī)鼋Y(jié)而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)展，達(dá)到對(duì)流層頂附近后向水平方向鋪展，形成云砧，是積雨云的顯著特征。
積雨云形成過(guò)程中，在大氣電場(chǎng)以及溫差起電效應(yīng)、破碎起電效應(yīng)的同時(shí)作用下，正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚。當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會(huì)在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說(shuō)的“閃電”。
雷電以其巨大的破壞力給人類(lèi)、社會(huì)帶來(lái)了慘重的災(zāi)難，尤其是近幾年來(lái)，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的危害日趨嚴(yán)重。我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防雷意識(shí)，與氣象部門(mén)積極合作，做好預(yù)防工作，將雷害損失降到最低限度。
2.雷電的破壞
雷電的破壞主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差達(dá)到一定程度(25—30kV/cm)時(shí)，所發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象。
通常雷擊有三種形式，直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。
直擊雷是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。避雷針等裝置可將“直擊雷”產(chǎn)生的高電壓、強(qiáng)電流迅速引入大地，消除雷擊的影響，從而起到保護(hù)設(shè)施的作用。
來(lái)自外部的電涌：這種電涌由雷電或公用電網(wǎng)開(kāi)關(guān)的投切引起，這兩類(lèi)有害的電源擾動(dòng)都可擾亂計(jì)算機(jī)和微機(jī)信息處理系統(tǒng)的工作，引起停工或永久性設(shè)備損壞。
當(dāng)云層上有電荷儲(chǔ)蓄，云層下表面產(chǎn)生極性相反的等量電荷時(shí)，將引起雷電放電。其后的情況就像一個(gè)大電池組或一個(gè)大電容器的放電那樣，云層和地面間的電荷電位高達(dá)若干百萬(wàn)伏。發(fā)生雷擊時(shí)以若干千安設(shè)計(jì)的電流通過(guò)雷擊放電，經(jīng)過(guò)所有設(shè)備和大地返回云層，從而完成電的通路。不幸的是這個(gè)雷電通路常常取道重要或貴重的設(shè)備。電涌防護(hù)的關(guān)鍵概念是給雷電感應(yīng)電流提供一個(gè)通向大地的短捷有效的通路。這樣雷電涌流將從設(shè)備外分流。所示為設(shè)備處雷電流減少的情況。大的雷擊電流值常被例舉應(yīng)用，其實(shí)它發(fā)生的可能性很小。
來(lái)自?xún)?nèi)部的電涌：來(lái)自?xún)?nèi)部的電涌是經(jīng)常發(fā)生的，諸如來(lái)自空調(diào)機(jī)、空壓機(jī)、電弧焊機(jī)、電泵、電梯、開(kāi)關(guān)電源和其它一些感性負(fù)荷的電涌。例如一臺(tái)20hp的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(線電壓230V，4級(jí)，Y結(jié)線)在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)每相具有約39J的儲(chǔ)存能量,當(dāng)其標(biāo)稱(chēng)方根值電流被截?cái)鄷r(shí)，它將產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓。它經(jīng)常發(fā)生，和它自同一配電箱供電的其它負(fù)荷將因此易受損壞或工作失常。
雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的原因，雷電擊中輸電線路會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。每一次電力公司切換負(fù)載而引起的電涌都會(huì)縮短各種計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、儀器儀表和PLC的壽命。另外，大型電機(jī)設(shè)備、電梯、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會(huì)引發(fā)電涌。UPS也可被電涌摧毀。
建筑物頂部的避雷針在直擊雷時(shí)可將大部分的放電分流入地，避免建筑物的燃燒和爆炸。UPS不間斷電源是處理電壓的嚴(yán)重下降。二者非常有用，但都不能保護(hù)計(jì)算機(jī)免受電涌的破壞，而且UPS本身集中很多微處理器，也可被電涌摧毀。25年之前，IBM發(fā)現(xiàn)電涌更為常見(jiàn)的來(lái)源是電力公司的電網(wǎng)開(kāi)關(guān)和大型電力設(shè)備(如空調(diào)和電梯)。每天都有這樣的電涌通過(guò)配電盤(pán)進(jìn)入工作室破壞電子設(shè)備或縮短其壽命。因此，在美國(guó)幾乎所有的有計(jì)算機(jī)或其它敏感電氣設(shè)備的建筑都安裝了電涌保護(hù)器。
4.電涌容易損壞的電氣設(shè)備
含有微處理器的電氣設(shè)備極易受到電涌的損壞，這包括計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)備、程序控制器、PLC、傳真機(jī)、電話等;程控交換機(jī)、微波中繼設(shè)備;家電行業(yè)的產(chǎn)品包括電視、音響、微波爐、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)和電冰箱等。美國(guó)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在保修期內(nèi)出現(xiàn)問(wèn)題的電氣產(chǎn)品中，有63%是由于電涌造成的。
5.電涌對(duì)計(jì)算機(jī)和其它敏感電氣設(shè)備的危害
計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今，多層、超規(guī)模的集層芯片，電路密集，趨向是集成度更高、元器件間隙更小、導(dǎo)線更細(xì)。幾年前，一平方厘米的計(jì)算機(jī)芯片有2,000個(gè)晶體管而現(xiàn)在的奔騰機(jī)則超過(guò)10,000,000個(gè)。從而增加了計(jì)算機(jī)受電涌損壞的概率。由于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)決定了它應(yīng)在特定的電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)電涌超出計(jì)算機(jī)能承受的水平時(shí)，計(jì)算機(jī)將出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼，芯片被損壞，部件提前老化，這些癥狀包括：出乎預(yù)料的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，接收/輸送數(shù)據(jù)的失敗，丟失文檔，工作失常，經(jīng)常需要維修,原因不明的故障和硬件問(wèn)題等等。
雷電電涌遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了計(jì)算機(jī)和其它電氣設(shè)備所能承受的水平，絕大多數(shù)情況下，造成計(jì)算機(jī)和其它電器設(shè)備的當(dāng)即毀壞，或數(shù)據(jù)的永遠(yuǎn)丟失。即使是一個(gè)20馬力的小型感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或關(guān)閉也會(huì)產(chǎn)生3,000-5,000伏的電涌，使和它共用同一配電箱的計(jì)算機(jī)在每一次電涌中都會(huì)受到損壞或干擾，這種電涌的次數(shù)非常頻繁。
CBEMA計(jì)算機(jī)商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會(huì)制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)是IBM等計(jì)算機(jī)制造商們?cè)O(shè)計(jì)、制造計(jì)算機(jī)的依據(jù)。中國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用220/380伏電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)所能承受的過(guò)電壓不高于2000伏。
采用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等可防止和減少雷電對(duì)建筑物、人身和居室造成的危害。但已有大量事實(shí)證明：在安裝了這些避雷裝置的室內(nèi)，計(jì)算機(jī)設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)及微電子器件在雷擊時(shí)，卻仍然會(huì)遭受不同程度的損害。對(duì)此，科學(xué)家通過(guò)進(jìn)一步的分析，已經(jīng)找到了其中的原因所在。
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