雷擊的案例
飛機是如何對抗雷擊的？
歡迎收看本期節目，作為“雷擊”學家，今天就為大家深度剖析——飛機是如何對抗雷擊的？
雷電——伴有閃電和雷鳴的一種靜電放電現象。在冰晶的凇附、水滴的破碎以及空氣對流的過程中，云層會產生電荷。其實，實際云層中的電荷分布非常復雜，但總體而言，云層的上部以正電荷為主，云層下部以負電荷為主。當上、下部的電位差達到一定程度后，就會產生放電，這就是所謂的雷電現象。雷電可以分為很多類型：云層內部、不同云層間、云層到地面等等。飛機遭遇雷擊的大多數為云層到地面這一類型。因此，飛機在爬升和下降的過程中，遭遇雷擊的概率更大。
據統計，全球每天發生雷電的次數約800萬次，但是，因雷擊而出現的飛行事故卻鮮少聽聞，這是為什么呢？
首先，雷電有很強的季節、地域和高度差異。其次，在氣象雷達的幫助下，飛機不會主動接近雷區。FAA規定：飛機只能在雷云附近飛行，不能飛在雷云上部或者下部；不能在暴風雨中心20英里內飛行。
同時，設計師在使用新材料前，會對所有可能事故進行模擬測試，試飛員會故意飛入雷云中以測試新材料的強度。事實上，雷云中極端亂流對飛機的影響遠遠大于雷擊。
某種程度上，雷擊效應與電流十分相似。通常會從飛機的某一點進入，從另一點離開。這時，雷電會選擇電阻最小的路徑，所以，并不是飛機上的所有部件都會遭受這個效應。純鋁制成的飛機就像一個“法拉第籠”，保護著飛機內部的人員和設備。復合材料制成的飛機或者部件，內部有一個類似銅箔制成的夾層，也能達到類似的效果。當外部電磁場作用于籠子時，金屬中的自由電子會發生移動，以抵消試圖進入籠子中的輻射。
對抗雷擊不能僅依靠外部，內部設計同樣很重要。
展開 Abaqus 復合材料雷擊后的電-熱-力多場耦合分析
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
最后
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
展開 Abaqus 復合材料雷擊后的電-熱-力多場耦合分析
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
有Abaqus相關的問題可以聯系扣扣1653004885
展開 仿真實例：復材的雷擊直接效應仿真（熱仿真部分）
0-1μs溫度變化過程
在1μs時不同層的溫度結果：
第一層0°
第二層45°
第三層-45°
第四層90°
從結果可知雷擊附著點周邊溫度急劇上升，在1μs已超過1000℃，最高達2850℃，這將超材料的燃點，因此雷擊位置處的部分區域將被“燒穿”。
小結：
1. 雷擊的直接效應仿真可使用LF Time Domain Solver和 Transient Thermal Solver分別進行電磁和熱的仿真。
2. 復合材料的建模選擇各向異性材料，根據坐標系類型可使用Local Solid Coordinate System。
3. 為了獲得更好的仿真結果，應當在雷擊附著點適當加密網格。
4. 使用SAM工具支持將avg_ohmic_loss結果直接導入熱仿真作為激勵源。
5. 熱仿真需要設置相應的熱表面屬性和邊界條件。
文章來源CST仿真專家之路
展開 
電磁仿真 | 空客成功挑戰抗雷擊性能，仿真結果與現場測試結果高度吻合
本文原載于Ansys Advantage：《Lighting Simulation: Susceptibility Matches Field Results》
俗話說，雷擊總是不期而遇。
雖然這個表述在很多時候都用來隱喻突發奇想，然而對飛機制造商和航空監管方來說，雷擊卻是真真正正的一大顧慮，特別是考慮到商業飛機每飛行1,000小時就很可能遭遇一次雷擊。有關如何掌握雷擊產生的影響，一些飛機制造商有自己非同尋常的想法。
座艙網格劃分模型
歐洲航空航天界的翹楚空中客車，近期使用Ansys EMA3D和MHARNESS，在采用金屬、碳纖維復合材料、銅箔的混合座艙設計中，仿真抗雷擊性能。這次仿真屬于專注于開發未來飛機的技術研究項目的組成部分，旨在開發出兼具高度環保、成本效益超群的航空運輸系統。
具體而言，空中客車工程師希望驗證模型能以多精確的準確性預測坐艙復雜電子裝置和布線系統在感應瞬態影響下的整體電磁行為。這有助于他們了解仿真結果與現場測試結果的吻合度。
對物理測試的補充
一次雷擊可能產生數百萬伏特電壓，數十萬安培電流。當這樣強大的能量注入到飛機里時，可能會對飛機造成嚴重破壞。
展開 塑料飛機如何躲過雷擊的？
這種材料可應用于飛機的外部機身元件，以便盡量減少雷擊期間發生的損壞。
復合材料的研發應該追溯到上世紀60年紀，那時噴氣客機剛剛投入使用。復合材料的優勢也很明顯，在相同強度時，重量更輕，可以用來替代金屬。
波音第一代707客機沒有使用復合材料。不過60年代末，復合材料科技開始小范圍使用，不過在DC-9、DC-10、L-1011等飛機上使用量僅僅1%，747在當時算高的，也只有2%。
后來，復合材料的應用比例逐漸加大，757達到3%-4%，767達到5%。空客鼻祖飛機A300也只有5%，A310接近10%。
80年代波音對復合材料提出了新標準，要求碳纖維拉伸彈性模量提高30%、拉伸強度提高50%。
A350碳纖維復材機翼
90年代以后，復合材料用量進一步提升，波音777達到11%，空客A330/340為13%-15%，A380達到25%。
目前，碳纖維復合材料已經成為新一代客機的首選，波音787、空客A350的機身、機翼、舵面等大部件，均大量使用復合材料，波音787復合材料使用比例達到50%，空客A350復合材料使用比例達到53%，是目前現役客機中比例最高的。
A350復合材料使用率達到53%
碳纖維復合材料比金屬材料，具有可設計性，更高的強度、剛度等優勢，正逐漸取代鋁合金成為飛機的主要結構。
復合材料在民用飛機上的使用已經成為衡量飛機先進性的標準之一，以及凸顯市場競爭力的重要籌碼。
但是，復合材料本身也有它的劣勢，例如，導電性能較差就是先天性問題，復合材料在受到雷擊時比一般金屬結構損傷要嚴重得多。為了解決這一難題，制造商在復合材料的表面覆蓋超薄銅網解決導電問題。
展開 一文看雷擊浪涌的防護解析
1、電子設備雷擊浪涌抗擾度試驗標準
電子設備雷擊浪涌抗擾度試驗的國家標準為GB/T17626.5（等同于國際標準IEC61000-4-5 ）。
標準主要是模擬間接雷擊產生的各種情況：
（1）雷電擊中外部線路，有大量電流流入外部線路或接地電阻，因而產生的干擾電壓。
（2）間接雷擊（如云層間或云層內的雷擊）在外部線路上感應出電壓和電流。
（3）雷電擊中線路鄰近物體，在其周圍建立的強大電磁場，在外部線路上感應出電壓。
（4）雷電擊中鄰近地面，地電流通過公共接地系統時所引進的干擾。
標準除了模擬雷擊外，還模擬變電所等場合，因開關動作而引進的干擾（開關切換時引起電壓瞬變），如：
（1）主電源系統切換時產生的干擾（如電容器組的切換）。
（2）同一電網，在靠近設備附近的一些較小開關跳動時的干擾。
（3）切換伴有諧振線路的晶閘管設備。
（4）各種系統性的故障，如設備接地網絡或接地系統間的短路和飛弧故障。
標準描述了兩種不同的波形發生器：
一種是雷擊在電源線上感應生產的波形；
另一種是在通信線路上感應產生的波形。
這兩種線路都屬于空架線，但線路的阻抗各不相同：
在電源線上感應產生的浪涌波形比較窄一些（50uS），前沿要陡一些（1.2uS）；
而在通信線上感應產生的浪涌波形比較寬一些，但前沿要緩一些。
后面我們主要以雷擊在電源線上感應生產的波形來對電路進行分析，同時也對通信線路的防雷技術進行簡單介紹。
展開 基于ABAQUS熱電耦合模塊模擬復合材料雷擊 ￥48
層合板最頂層（即施加雷擊載荷層）材料方向設置為45°，其余層均為0°。
結果展示：詳細教程、源文件（inp/odb）及結果文件（odb）見收費內容。
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淺析農村雷電災害及防范措施
據不完全統計我國每年約1000人受到雷電傷害，每年因雷擊造成的經濟損失達數十億元，而雷擊死亡人數70%發生在農村，如何避免或降低農村雷擊死亡事故顯得尤為迫切。中國氣象科學研究院關于2010—2019年全國農村雷電災害情況統計表如下所示。從圖中可知，從2010年到2019年農村雷電災害占比為6.53%，從這數據給人感覺農村發生雷電災害事件比城市少，但是雷擊造成農村死亡人數占比為73.43%，占比之大，數據令人觸目驚心，通過這些數據說明了雷電災害造成城市經濟損失和造成農村損失生命。農村雷電事故嚴重地區為東南沿海地區，雖然這些地區都是一些經濟較為達到地區，但是農村雷電事故也較為嚴重。
可能大家會感覺雷擊造成人身傷害的事件距離自己很遙遠，但是大家在百度中搜索“農村雷電死亡”，會發現這些新聞比比皆是，其結果慘痛令人惋惜。這些慘痛的事件無不提醒人們學習必要防雷知識的重要性，在關鍵時刻可以救自己和他人的生命。
二、農村雷擊人身傷亡事故多發原因
為什么農村雷擊人身傷亡事故多發、頻發呢？其原因與農村自然環境、時節和農民防雷意識等有關系，主要原因如下：
1、農民防雷意識淡薄，缺乏必要的防雷知識。大部分農村對雷電知識知之甚少，還有一些農民認為雷電是上天懲罰人類等封建迷信的說法，認為不能夠對雷電進行直接對抗，因為這是上天的旨意不可違抗，采取消極的態度對待。同時，室外田間勞動時缺乏自我防雷保護意識。
2、夏季雷電多發，夏季也是農忙時節。夏天是農忙時節，農民去田間勞作，也夏天也是雷雨多發時節，在一定程度上增加了發生雷擊人身傷亡事故的概率。
3、農村地形空曠，空曠地點最容易發生雷擊。雷電是自然界中的一種高壓電，產生于云層之間或云層與大地之間正負靜電磁場，其特點是擊中一片區域中最高物體的頂端，然后沿著最小電阻路徑泄放電流。
展開 多物理場仿真提升飛機的雷電防護性能
飛機在飛行過程中遭受到的雷擊，大部分由云內放電造成（圖 1 上圖）。雖然飛機遭受云地放電的幾率較小，但由于云地放電（圖 1 下圖）的強度大于其他放電形式，所以云地放電的數據通常被作為雷電防護的設計依據。
圖 1.飛機遭受雷擊過程的示意圖。上圖：云內放電（飛機誘發雷電）；下圖：云地放電（飛機攔截雷電）。
飛機的雷電初始附著區域
雷擊可能對飛機造成多種傷害。首先，雷電可以直接對飛機的結構產生破壞。當雷擊發生在飛機的非導電材料上時，因能量無法釋放而可能造成炸裂。此外，雷電產生的空間電磁場會在飛機內部的電纜、電子器件內產生感應電流，從而導致電子設備的損壞。當飛機遭受雷擊時，會因時變電流的集膚效應而引起縫隙打火現象，若打火發生在油箱和燃油系統中，就很可能造成難以想象的后果。因此，一套可靠的雷電防護系統，對于飛機來說，是不可或缺的安全保障。
當飛機遭遇雷擊時，初始雷擊放電非常容易附著在雷電的流入和流出部位，這種部位被稱為雷電初始附著區域。由于雷電會在此區域附著，并對飛機外殼和機載設備產生嚴重損害，因此找到雷電的初始附著區域，并采取有效的防護措施是飛機雷電防護的重點。通常的判斷飛機雷電初始附著情況的方法是制作等比例縮小的飛機模型，然后采用物理實驗的方法來完成雷擊測試，進而根據測試數據考察雷電的初始附著情況。
例如，機頭雷達罩多數為雷電初始附著區域，需要重點防護，防護后的機頭雷達罩也需要做相應的實驗，進行性能測試。圖 2 中左圖為愛邦電磁雷電實驗室的雷電測試設備，右圖顯示對機頭雷達罩模型進行雷擊實驗的過程。
圖 2.左圖：愛邦電磁雷電實驗室2600kV沖擊電壓發生器；右圖：機頭雷達罩模型的雷擊實驗。
使用仿真探究機身電流分布
物理雷擊測試的方式雖然直觀，但成本卻十分高昂。
展開 艦船雷電環境研究
一般認為，低于100m的建筑物通常假設值遭受下行雷擊，但對于海面上的艦船，考慮到突起的唯一性，對于最大高度達到20m~50m的艦船，其產生上行先導的概率要高于陸地同等高度的建筑。另外，由于艦船船體到最高位置的避雷針都是金屬良導體，更有利于上行先導的產生。因此，海面艦船的存在，會增加雷擊發生的概率。上文提及的Eduard Shulzhenko等人對海上風電場雷電監測的文獻中還有一個結論：海上風電場建成后，雷電頻次和最大首次回擊電流都比建成前要高（增加幅度均超過100%），這也驗證了海上 突起物對雷電頻次和強度的增強效應。艦船的高度雖然沒有風機高，但其對雷電頻次和強度的增強效應同樣也會存在。
3)對于艦船年雷擊次數的估算可按照IEC 62305-2 “Protection against lightning - Part 2: Risk Management” 中的如下公式進行：
其中，為年雷擊次數，為所在區域的年雷擊平均密度，為截收雷電的等效面積，為環境因數。對于陸地上的建筑物，最大為2，而海上物體，則應取3~5，以體現突起物對雷擊頻次明顯的增強效應。
對于最大高度為30m的艦船，若只考慮最高位置避雷針的接閃等效面積，則等效面積為：
南海近海區域年雷擊次數
局部最高年雷擊次數（如廣州港）可達到
計算結果表明，在高雷暴區域內的艦船的年平均雷擊次數可達到0.3~1次左右，必須重視雷擊可能造成的影響。
展開 
雷電對無人機的危害
研究結果表明，該模型可以較好的模擬雷電對無人機產生的影響，當雷擊點為機頭時，在無人機內部，電場強度最高可達7.7MV/m，磁場強度最高可達-24.4kA/m；此外，該團隊還研究了雷電對無人機內部設備、線纜等產生的影響，并根據仿真結果對飛機在雷電環境中的安全性進行了評估。
圖1 某型無人機雷電仿真整機和部件模型
印度薩繆拉·達斯古特航空發展機構的Hema K S, Samudra Dasgupta等，研究了用于無人機的夾層復合材料遭受雷擊后的損傷情況。該團隊首先制備了一系列碳纖維夾層復合材料，并根據所處的雷電分區位置，復合材料采取了不同的防護措施（表面鋪設銅網或鋁網），之后進行了雷擊測試，雷擊試驗完成后，對復合材料進一步進行了超聲C掃，研究復合材料的內部損傷，測試結果如圖2所示。上述研究表明，未進行防護的復合材料，遭受雷擊后損傷嚴重，無法用于雷電1區和2區，而銅網和鋁網具有良好的雷電防護效果，雷擊后復合材料內部幾乎沒有損傷。
圖2 雷擊試驗前后復合材料C掃對比圖
英國Tom Scott等人，在曼徹斯特大學高壓電實驗室，對3臺無人機進行高電壓雷擊測試，并用高速攝影機捕捉無人機遭雷擊的畫面，試驗照片如圖3所示。試驗過程中，無人機的槳翼發動機遭閃電劈中，電流從起落架導出，無人機隨即墮地；試驗后檢查發現，雖然無人機無表面傷痕，但內部的電子零件全部損壞。該試驗結果表明，未采取防護措施無人機，在飛行過程中一旦遭受雷擊，會產生非常嚴重的損傷。
展開 弱電機房防雷接地系統的原理、組成及其設計
三、機房防雷設計
由于網絡集成系統防護點多、面廣，因此，為了保護建筑物和建筑物內各向電子網絡設備不受雷電損害或使雷擊損害降低到最低程度，應從整體防雷的角度來進行防雷方案的設計。現在都采取綜合防雷，綜合防雷設計方案應包括兩個方面：直擊雷的防護和感應雷的防護，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險的。同時防雷主要是從電源以及信號系統兩大方面進行。
1、直擊雷的防護
如果無直擊雷防護，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經進出建筑物的導體型線路（如電源線、信號線等）侵入設備，這樣的損害就非常之嚴重，因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提；直擊雷防護按照國標GB50057《建筑物防雷設計規范》設計和施工，主要使用避雷針、網、線、帶及良好的接地系統，其目的是保護建筑外部不受雷擊的破壞，給建筑物內的人或設備提供一個相對安全的環境。
2、電源系統的防護
統計數據資料表明，微電子網絡系統80%以上的雷害事故都是因為與系統相連的電源線路上感應的雷電沖擊過電壓造成的。因此，做好電源線的防護是整體防雷中不容忽視的一環。
3、信號系統的防護
盡管在電源和通信線路等外接引入線路上安裝了防雷保護裝置，由于雷擊發生在網絡線（如雙絞線）感應到過電壓，仍然會影響網絡的正常運行，甚至徹底破壞網絡系統。雷擊時產生巨大的瞬變磁場，在1公里范圍內的金屬線路，如網絡金屬連線等都會感應到極強的感應雷擊；另外，當電源線或通信線路傳輸過來雷擊電壓時，或建筑物的地線系統在瀉放雷擊時，所產生強大的瞬變電流，對于網絡傳輸線路來說，所感應的過電壓已經足以一次性破壞網絡。
展開 弱電機房防雷接地系統的原理、組成及其設計
三、機房防雷設計
由于網絡集成系統防護點多、面廣，因此，為了保護建筑物和建筑物內各向電子網絡設備不受雷電損害或使雷擊損害降低到最低程度，應從整體防雷的角度來進行防雷方案的設計。現在都采取綜合防雷，綜合防雷設計方案應包括兩個方面：直擊雷的防護和感應雷的防護，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險的。同時防雷主要是從電源以及信號系統兩大方面進行。
1、直擊雷的防護
如果無直擊雷防護，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經進出建筑物的導體型線路（如電源線、信號線等）侵入設備，這樣的損害就非常之嚴重，因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提；直擊雷防護按照國標GB50057《建筑物防雷設計規范》設計和施工，主要使用避雷針、網、線、帶及良好的接地系統，其目的是保護建筑外部不受雷擊的破壞，給建筑物內的人或設備提供一個相對安全的環境。
2、電源系統的防護
統計數據資料表明，微電子網絡系統80%以上的雷害事故都是因為與系統相連的電源線路上感應的雷電沖擊過電壓造成的。因此，做好電源線的防護是整體防雷中不容忽視的一環。
3、信號系統的防護
盡管在電源和通信線路等外接引入線路上安裝了防雷保護裝置，由于雷擊發生在網絡線（如雙絞線）感應到過電壓，仍然會影響網絡的正常運行，甚至徹底破壞網絡系統。雷擊時產生巨大的瞬變磁場，在1公里范圍內的金屬線路，如網絡金屬連線等都會感應到極強的感應雷擊；另外，當電源線或通信線路傳輸過來雷擊電壓時，或建筑物的地線系統在瀉放雷擊時，所產生強大的瞬變電流，對于網絡傳輸線路來說，所感應的過電壓已經足以一次性破壞網絡。
展開 浪涌保護器解釋（防雷器）
由于雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。第一級防雷器可以對于直接雷擊電流進行泄放，或者當電源傳輸線路遭受直接雷擊時傳導的巨大能量進行泄放，對于有可能發生直接雷擊的地方，必須進行CLASS—I的防雷。第二級防雷器是針對前級防雷器的殘余電壓以及區內感應雷擊的防護設備，對于前級發生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設備或第三級防雷器而言是相當巨大的能量會傳導過來，需要第二級防雷器進一步吸收。同時，經過第一級防雷器的傳輸線路也會感應雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當線路足夠長感應雷的能量就變得足夠大，需要第二級防雷器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級防雷器是對LEMP和通過第二級防雷器的殘余雷擊能量進行保護。
1、第一級保護
目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區傳導進入LPZ1區，將數萬至數十萬伏的浪涌電壓限制到2500—3000V。
入戶電力變壓器低壓側安裝的電源防雷器作為第一級保護時應為三相電壓開關型電源防雷器，其雷電通流量不應低于60KA。該級電源防雷器應是連接在用戶供電系統入口進線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相100KA以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓小于1500V，稱之為CLASS I級電源防雷器。這些電磁防雷器是專為承受雷電和感應雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設計的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過電源防雷器時，線路上出現的最大電壓稱為限制電壓）為中等級別的保護，因為CLASS I級保護器主要是對大浪涌電流進行吸收，僅靠它們是不能完全保護供電系統內部的敏感用電設備的。
第一級電源防雷器可防范10/350μs、100KA的雷電波，達到IEC規定的最高防護標準。
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