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[摘 要]雷电是国际电工委员会（IEC）定义的“信息时代的一大灾害”。随着社会经济的快速发展和科技进步，雷电的危害和影响也日趋严重。安装接闪杆是电气系统和电子信息系统中使用广泛、性价比最高的一种重要的防雷技术，是保护电气和电子信息设备免遭雷击损毁的重要手段。本文采用防护直击雷的接闪杆作为研究对象，在其接闪瞬间对其进行电场数值分析，为更好防护雷电伤害，减少雷电灾害，保证人民人身及生产生活安全，服务社会，提供有效的理论和技术支持。
[关键词]雷电；接闪；电场数值分析
中图分类号：P427.32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0260-01
一、雷电
雷电是发生在大气层中的声、光、电等物理现象，通常认为是由于热空气上升，冷空气下降过程中的热交换，产生带有正负电荷的小水滴积聚形成积雨云，在积雨云（雷云）形成过程中，由于大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当这些电荷积聚到一定程度时，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”。其中云与地之间产生的放电现象又称为地闪，极容易对人类造成不可挽救的危害，也是我们进行雷电防护研究的主要对象。
雷电放电瞬间可产生数十千安，甚至数百千安的放电电流。雷电流能产生巨大的破坏力和很强的电磁干扰，给人类的生活、工作带来很大的影响，它引起的灾害是自然界十大灾害之一。
随着科学技术的不断进步，各类电子信息产品得到广泛应用，特别是电子信息系统的应用，极大的方便了人们的生活。但是，这些电子设备普遍存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，一旦建筑物受到直接雷击或其附近区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、通信线、接收天线、金属管道和空间辐射等途径侵入建筑物内，威胁室内电子设备的正常工作和安全运行。如防护不当，这些雷害轻则使电子设备误动作，重则造成电子设备永久性损坏，严重时还可能造成人员伤亡。随着全社会现代化水平的不断提高，雷电对电子和通讯等设施的破坏，而造成的经济损失及人员伤亡，远远超过了雷击火灾的损失，雷电灾害已成为“电子化时代的一大公害”
雷电灾害造成的损失的大小是牵扯到社会许多方面的十分复杂的问题。雷电能造成人员伤亡，即使得建筑物起火、击毁、能对电力电话、计算机及其网络等设备造成破坏，雷电又是年年重复发生的自然現象，在每年的七八月份是雷暴的高发期，尤其是在热带地区，雷电次数就更多。但是现在对于雷电灾害及防雷知识，全社会缺少一定的认识，加上侥幸心理，所以极易造成雷击事故。因此，必须进行深入的研究和采取必要的措施。
就减轻雷电造成的损害而言通常考虑的措施有：一是加强预报工作，在雷暴来之前就能像预报天气一样，让人们做好准备，如拔掉电源插座等。第二就是加强新建建筑物的防雷击的能力，在建筑物建成之前做好建筑物的防雷设计和施工。目前国家气象部门很重视这个方面的工作，各个地区的气象部门也都开展了这样的业务。三是加强雷击时的救援工作。所以目前普遍采用的是加强防雷工程的做法。
当雷电击中建筑物时，由于雷电是具有高电压、大电流，作用时间极短的瞬变过程，通常在瞬间释放出巨大的能量，把被击中金属熔化，使物体水份受热膨胀，产生强大的机械力，或分解成氢气和氧气，产生爆炸，使建筑物遭到破坏。雷击产生的高温引起建筑物燃烧构成火灾，产生的高压引起触电。根据目前的防雷理论，无论采取哪种保护方法，都需要使用接闪器接闪，通过引下线将雷电流引下至接地装置，由接地装置散入大地中。在此过程中存在以下雷击安全隐患：
1）雷电流沿引下线传导过程中，在其周围存在很强的电磁场，可能引起感应过电压和过电流。
2）雷电流由散流装置入地过程中形成的电位梯度过大会导致行人因跨步电压而发生人身伤亡事故。
3）直接雷击时，雷电流在泄放和散流过程中因电阻压降和电感压降导致高电位通过静电感应在水平布设的信号线路和电源线路上产生的过电压损坏设备接口，并有可能导致反击及人身触电伤亡事故。
二、感应雷的灾害分析
1）散流时引起的过流（压）损坏：当雷电击中建筑物散流时，分流到配电系统、信号线路、其它金属管道中的雷电流引起设备过压（流）损坏或人身触电导致伤亡事故。
2）发生直接雷击，雷电流泄放时，建筑物内部分布着暂态电磁场，尤其以引下线周围最为强烈。此电磁场将会对建筑物内各个系统产生作用，引起设备误动作或损坏。
3）室内暂态磁场作用在信息系统环路上，将会产生感应过电压（流），导致设备接口或设备本身损坏。
4）雷雨云（积雨云）引起的感应雷击而发生损坏。当有雷雨云经过沿线上空或附近时，由于静电感应会在电源线路、信号线路、控制线路上感应出极性相反的静电荷，当雷云放电后，这些静电荷由于不能及时入地会产生过电压（流）损坏设备。
5）云内闪和云际闪对信息系统设备的影响。云内闪和云际闪产生的雷电电磁脉冲（LEMP）可引起内部设备因感应过电压（流）损坏。
三、接闪杆接闪瞬间电场数值分析
图1为本文研究对象：防护直击雷的接闪杆。图一
如图2所示，由于接闪杆为轴对称模型，所以本文只计算了其一个面。
图3为ANSYS环境下对接闪杆进行1：1建模后，对其施加kV电压，其X轴方向的电场强度分布图。由图3可知，其X轴方向的电场强度最大值及最小值均在接闪杆尖端。
图4为ANSYS环境下其Y轴方向的电场强度分布图。由图4可知，其Y轴方向的电场强度最大值在接闪杆尖端，最小值在接闪杆底端。
图5为ANSYS环境下其电场强度分布图。由图5可知，其电场强度最大值在接闪杆尖端。
[关键词]雷电；接闪；电场数值分析
中图分类号：P427.32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0260-01
一、雷电
雷电是发生在大气层中的声、光、电等物理现象，通常认为是由于热空气上升，冷空气下降过程中的热交换，产生带有正负电荷的小水滴积聚形成积雨云，在积雨云（雷云）形成过程中，由于大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当这些电荷积聚到一定程度时，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”。其中云与地之间产生的放电现象又称为地闪，极容易对人类造成不可挽救的危害，也是我们进行雷电防护研究的主要对象。
雷电放电瞬间可产生数十千安，甚至数百千安的放电电流。雷电流能产生巨大的破坏力和很强的电磁干扰，给人类的生活、工作带来很大的影响，它引起的灾害是自然界十大灾害之一。
随着科学技术的不断进步，各类电子信息产品得到广泛应用，特别是电子信息系统的应用，极大的方便了人们的生活。但是，这些电子设备普遍存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，一旦建筑物受到直接雷击或其附近区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、通信线、接收天线、金属管道和空间辐射等途径侵入建筑物内，威胁室内电子设备的正常工作和安全运行。如防护不当，这些雷害轻则使电子设备误动作，重则造成电子设备永久性损坏，严重时还可能造成人员伤亡。随着全社会现代化水平的不断提高，雷电对电子和通讯等设施的破坏，而造成的经济损失及人员伤亡，远远超过了雷击火灾的损失，雷电灾害已成为“电子化时代的一大公害”
雷电灾害造成的损失的大小是牵扯到社会许多方面的十分复杂的问题。雷电能造成人员伤亡，即使得建筑物起火、击毁、能对电力电话、计算机及其网络等设备造成破坏，雷电又是年年重复发生的自然現象，在每年的七八月份是雷暴的高发期，尤其是在热带地区，雷电次数就更多。但是现在对于雷电灾害及防雷知识，全社会缺少一定的认识，加上侥幸心理，所以极易造成雷击事故。因此，必须进行深入的研究和采取必要的措施。
就减轻雷电造成的损害而言通常考虑的措施有：一是加强预报工作，在雷暴来之前就能像预报天气一样，让人们做好准备，如拔掉电源插座等。第二就是加强新建建筑物的防雷击的能力，在建筑物建成之前做好建筑物的防雷设计和施工。目前国家气象部门很重视这个方面的工作，各个地区的气象部门也都开展了这样的业务。三是加强雷击时的救援工作。所以目前普遍采用的是加强防雷工程的做法。
当雷电击中建筑物时，由于雷电是具有高电压、大电流，作用时间极短的瞬变过程，通常在瞬间释放出巨大的能量，把被击中金属熔化，使物体水份受热膨胀，产生强大的机械力，或分解成氢气和氧气，产生爆炸，使建筑物遭到破坏。雷击产生的高温引起建筑物燃烧构成火灾，产生的高压引起触电。根据目前的防雷理论，无论采取哪种保护方法，都需要使用接闪器接闪，通过引下线将雷电流引下至接地装置，由接地装置散入大地中。在此过程中存在以下雷击安全隐患：
1）雷电流沿引下线传导过程中，在其周围存在很强的电磁场，可能引起感应过电压和过电流。
2）雷电流由散流装置入地过程中形成的电位梯度过大会导致行人因跨步电压而发生人身伤亡事故。
3）直接雷击时，雷电流在泄放和散流过程中因电阻压降和电感压降导致高电位通过静电感应在水平布设的信号线路和电源线路上产生的过电压损坏设备接口，并有可能导致反击及人身触电伤亡事故。
二、感应雷的灾害分析
1）散流时引起的过流（压）损坏：当雷电击中建筑物散流时，分流到配电系统、信号线路、其它金属管道中的雷电流引起设备过压（流）损坏或人身触电导致伤亡事故。
2）发生直接雷击，雷电流泄放时，建筑物内部分布着暂态电磁场，尤其以引下线周围最为强烈。此电磁场将会对建筑物内各个系统产生作用，引起设备误动作或损坏。
3）室内暂态磁场作用在信息系统环路上，将会产生感应过电压（流），导致设备接口或设备本身损坏。
4）雷雨云（积雨云）引起的感应雷击而发生损坏。当有雷雨云经过沿线上空或附近时，由于静电感应会在电源线路、信号线路、控制线路上感应出极性相反的静电荷，当雷云放电后，这些静电荷由于不能及时入地会产生过电压（流）损坏设备。
5）云内闪和云际闪对信息系统设备的影响。云内闪和云际闪产生的雷电电磁脉冲（LEMP）可引起内部设备因感应过电压（流）损坏。
三、接闪杆接闪瞬间电场数值分析
图1为本文研究对象：防护直击雷的接闪杆。图一
如图2所示，由于接闪杆为轴对称模型，所以本文只计算了其一个面。
图3为ANSYS环境下对接闪杆进行1：1建模后，对其施加kV电压，其X轴方向的电场强度分布图。由图3可知，其X轴方向的电场强度最大值及最小值均在接闪杆尖端。
图4为ANSYS环境下其Y轴方向的电场强度分布图。由图4可知，其Y轴方向的电场强度最大值在接闪杆尖端，最小值在接闪杆底端。
图5为ANSYS环境下其电场强度分布图。由图5可知，其电场强度最大值在接闪杆尖端。