雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦,使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时,低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷,形成一个极大的电容,当其场强达到一定强度时,就会产生对地放电,这就是雷电现象。属于“减灾十年”公布的最严重的10种自然灾害之一。有史以来,雷电便以极大的破坏力造成建筑物倒塌、起火和人员伤亡,给人类的生活、工作带来了很大的影响。随着科学技术的发展,大量先进的微电子技术如:计算机信息系统、监控、通信等网络得到广泛应用,而微电子设备的高度集成化,其低工作电平和小工作电流的特点,又带来绝缘强度低,耐过电压、过电流能力差等致命弱点。美国研究报告[AD-722675]指出:当雷电活动其磁感应强度达到0.07Gs时,计算机发生误动作,当磁感应强度超过2.4Gs时,计算机发生永久性损坏。对5V工作电平的TTL等集成电路,当过电压幅值达到12.5V、持续时间达30ns时可使TTL集成电路损坏。因而伴随雷电所产生的雷电电磁脉冲以及开关动作或接地短路等故障造成的过电压、过电流对微电子设备将产生严重的危害。根据统计,雷电对微电子设备所造成的损失全世界每年达30亿美元,已远远超过了雷击火灾的损失,成为当今电子时代的一大公害。
随着我国微电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片),从而造成设备耐过电压、耐过电流的水平下降,对雷电(包括感应雷及操作过电压)浪涌的承受能力降低。众所周知,雷电具有极大的破坏性,其电压高达数百万伏,瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次:①设备损坏,人员伤亡;②设备或元器件寿命降低;③传输或储存的信号、数据(模拟或数字)受到干扰或丢失,甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。目前,世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。但是,随着现代电子技术的不断发展,大量精密电子设备的使用和联网,避雷针对这些电子设备的保护却显得无能为力。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压,而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。每年各种通讯控制系统或网络因雷击而受破坏的。
事例屡见不鲜,因受到雷击引起设备损坏,自动化监控失灵的事件也常有发生。