雷電防護(hù)基礎(chǔ)

雷電防護(hù)基礎(chǔ)

現(xiàn)代防雷技術(shù)的特點(diǎn)

現(xiàn)代防雷技術(shù)的理論基礎(chǔ)在于：閃電是電流源，防雷的基本途徑就是要提供一條雷電流（包括雷電電磁脈沖輻射）對(duì)地泄放的合理的阻抗路徑，而不能讓其隨機(jī)性選擇放電通道，簡言之就是要控制雷電能量的泄放與轉(zhuǎn)換。德國專家希曼斯基在《過電壓保護(hù)理論與實(shí)踐中》提出了現(xiàn)代防雷保護(hù)的三道防線：

外部保護(hù)---將絕大部分雷電流直接引入地下泄散；

內(nèi)部保護(hù)及過電壓保護(hù)----阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、信號(hào)線引入的侵入波危害設(shè)備；

過電壓保護(hù)----限制被保護(hù)設(shè)備上雷電過電壓幅值。

這三道防線相互配合，各盡其職，缺一不可?！?/span>

IEC LPZ防雷分區(qū)　

按電磁兼容的原理把信息系統(tǒng)所在建筑物或構(gòu)筑物按需要保護(hù)的空間由外到內(nèi)分為不同的雷電防護(hù)區(qū) (LPZ),以確定各LPZ空間的雷擊電磁脈沖的強(qiáng)度及應(yīng)采取的防護(hù)措施。雷電防護(hù)區(qū)可分為：直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ OA）：本區(qū)內(nèi)的各類物體完全暴露在外部防雷裝置的保護(hù)范圍之外，都可能遭到直接雷擊；本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)未得到任何屏蔽衰減，屬完全暴露的不設(shè)防區(qū)。直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ 0B）：

本區(qū)內(nèi)的各類物體處在外部防雷裝置保護(hù)范圍之內(nèi)，應(yīng)不可能遭到大于所選滾球半徑雷電流直接雷擊；但本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)未得到任何屏蔽衰減，屬充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)。

第一屏蔽防護(hù)區(qū)（LPZ1）?本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各類導(dǎo)體的電流比LPZ 0B區(qū)進(jìn)一步減?。磺矣捎诮ㄖ锏钠帘未胧?，本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度也已得到了初步的衰減。

第二屏蔽防護(hù)區(qū)（LPZ 2）：為進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的電流或電磁場(chǎng)而增設(shè)的后續(xù)防護(hù)區(qū)。

第三屏蔽防護(hù)區(qū)（LPZ 3） 需要進(jìn)一步減小雷擊電磁脈沖，以保護(hù)敏感設(shè)備的后續(xù)防護(hù)區(qū) 。

過電壓造成建（構(gòu)）筑物及設(shè)備損壞的幾個(gè)方面

(1)雷電

A.直擊雷：是指雷電直接擊在建筑物構(gòu)架、動(dòng)植物上，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。一般防直擊雷是通過避雷裝置即接閃器（針、帶、網(wǎng)、線、）引下線構(gòu)成完整的電氣通路后將雷電流泄入大地。然而接閃器、引下線和接地裝置的導(dǎo)通只能保護(hù)建筑物本身免受直擊雷的損毀，但雷電會(huì)透過多種形式及途徑破壞電子設(shè)備。

B.感應(yīng)雷：是雷電在雷云之間或雷云對(duì)地的放電時(shí)，并在附近的戶外傳輸信號(hào)線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線和電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。直擊雷只發(fā)生在雷云對(duì)地閃擊時(shí)才會(huì)對(duì)地面造成災(zāi)害，而感應(yīng)雷則不論雷云對(duì)地閃擊或者雷云對(duì)雷云之間閃擊，都可能發(fā)生并造成災(zāi)害。此外直擊雷一次只能襲擊一個(gè)小范圍的目標(biāo)，而一次雷閃擊都可以在較大的范圍內(nèi)多個(gè)小局部同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓現(xiàn)象并且這種感應(yīng)高壓可以通過電力線、電話線等傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)，致使雷害范圍擴(kuò)大。

C.雷電波侵入：由于雷電電流有極大峰值和陡度，在它周圍出現(xiàn)瞬變電磁場(chǎng)，處在這瞬變電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)，而此瞬變電磁場(chǎng)，都會(huì)在空間一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁作用，也可以是脈沖電磁波輻射，而這種空間雷電電磁脈沖波（LEMP）是在三維空間范圍里對(duì)一切電子設(shè)備發(fā)生作用。因瞬變時(shí)間極短或感應(yīng)的電壓很高，以致產(chǎn)生電火花，其電磁脈沖往往超過2.4高斯?，F(xiàn)代銀行、郵電、證券機(jī)房或營業(yè)柜臺(tái)普通應(yīng)用微機(jī)進(jìn)行貨幣存取、信息傳遞與交換，其對(duì)磁脈沖承受限度一般為小于0.007高斯，故在新機(jī)房建設(shè)或舊機(jī)房改造時(shí)應(yīng)對(duì)防雷與磁屏蔽措施必須充分注意。

D.球形雷：是一種特殊的雷電現(xiàn)象，簡稱球雷。一般是以橙或紅色，或似紅色火焰地發(fā)光球體，（也有帶黃色、綠色、藍(lán)色或紫色的），直徑一般約為10-20厘米，最大的直徑可達(dá)一米，存在的時(shí)間大約為百分之幾秒至幾分鐘，一般是3至5秒，其下降時(shí)有的無聲，有的發(fā)出嘶嘶聲，一旦遇到物體或電氣設(shè)備時(shí)會(huì)產(chǎn)生燃燒或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或開著的門窗進(jìn)入室內(nèi)，有的由煙囪或通氣管道滾進(jìn)樓房，多數(shù)沿帶電體消失。

(2)操作瞬間過電壓：眾所周知，當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存能量，電流越大，導(dǎo)線越長，儲(chǔ)能越大，所以當(dāng)大型負(fù)載（特別是電感性負(fù)載）電氣設(shè)備開關(guān)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)過電壓。

(3)地電位反擊：是指雷擊大地或接地體，引起地電位上升而波及附近的電子設(shè)備，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生反擊，損害其對(duì)地絕緣。

多層分級(jí)（類）保護(hù)的避雷裝置

多級(jí)分級(jí)（類）保護(hù)原則：即根據(jù)電氣、微電子設(shè)備的不同功能及不同受保護(hù)程序和所屬保護(hù)層確定防護(hù)要點(diǎn)作分類保護(hù)；根據(jù)雷電和操作瞬間過城市危害的可能通道從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)做多級(jí)層保護(hù)。

外部無源保護(hù)

在0級(jí)保護(hù)區(qū)即外部作無源保護(hù)，主要有避雷針（網(wǎng)、線、帶）和接地裝置（接地線、地極）。保護(hù)原理：當(dāng)雷云放電接近地面時(shí)，它使地面電場(chǎng)發(fā)生畸變。在避雷針（線）頂部，形成局部電場(chǎng)強(qiáng)度畸變，以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，引導(dǎo)雷電向避雷針（線）放電，再通過接地引下線，接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物免受雷擊。這是人們長期實(shí)踐證明的有效的防直擊雷的方法。然而，以往一般認(rèn)為用避雷針架空得越高越好（一般只按45度角考慮），且使用被動(dòng)放電式避雷針，其反應(yīng)速度差，保護(hù)的范圍小以及導(dǎo)通量小。根據(jù)現(xiàn)代化發(fā)展的要求，避雷針應(yīng)選擇提前放電主動(dòng)式的防雷裝置，并且應(yīng)該從30度、45度、60度等不同角度考慮，安裝，以做到對(duì)各種雷擊的防護(hù)，增大保護(hù)范圍以及增加導(dǎo)通量。建筑物的所有外露金屬構(gòu)件（管道），都應(yīng)與防雷網(wǎng)（帶，線）良好連接。

內(nèi)部防護(hù)

電源部分防護(hù)：雷電侵害主要是通過線路侵入。高壓部分電力局有專用高壓避雷裝置，電力傳輸線把對(duì)地的電力限制到小于6000伏（IEC62.41），而線對(duì)線則無法控制。所以，對(duì)380v低壓線路應(yīng)進(jìn)行過電壓保護(hù)，按國家規(guī)范應(yīng)分三部分：建議在高壓變壓器后端到樓宇總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加避雷器，作一級(jí)保護(hù)；在樓宇總配電盤至樓層配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加裝避雷器，作二級(jí)保護(hù)；在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端應(yīng)對(duì)地加裝避雷器，作為三級(jí)保護(hù)。目的是用分流（限幅）技術(shù)即采用高吸收能量的分流設(shè)備（避雷器）將雷電過電壓（脈沖）能量分流泄入大地，達(dá)到保護(hù)目的，所以，分流（限幅）技術(shù)中采用防護(hù)器的品質(zhì)、性能的好壞是直接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)防護(hù)的關(guān)鍵，因此，選擇合格優(yōu)良的避雷器至關(guān)重要。

信號(hào)部分保護(hù)：對(duì)于信息系統(tǒng)，應(yīng)分為粗保護(hù)和精細(xì)保護(hù)。粗保護(hù)量級(jí)根據(jù)所屬保護(hù)區(qū)的級(jí)別確定，精細(xì)保護(hù)要根據(jù)電子設(shè)備的敏感度來進(jìn)行確定。其主要考慮的如：衛(wèi)星接收系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)專線系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。建議在所有信息系統(tǒng)進(jìn)入樓宇的電纜內(nèi)芯線端，應(yīng)對(duì)地加裝避雷器，電纜中的空線對(duì)應(yīng)接地，并做好屏蔽接地，其中應(yīng)注意系統(tǒng)設(shè)備的在線電壓、傳輸速率、按口類型等，以確保系統(tǒng)正常的工作。

接地處理

在計(jì)算機(jī)機(jī)房的建設(shè)中，一定要求有一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，因所有防雷系統(tǒng)都需要通過接地系統(tǒng)把雷電流泄入大地，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。如果機(jī)房接地系統(tǒng)做得不好，不但會(huì)引起設(shè)備故障，燒壞元器件，嚴(yán)重的還將危害工作人員的生命安全。另外還有防干擾的屏蔽問題，防靜電的問題都需要通過建立良好的接地系統(tǒng)來解決。一般整個(gè)建筑物的接地系統(tǒng)有：建筑物地網(wǎng)（與法拉第網(wǎng)相接）、電源地（要求地阻小于10歐）、邏輯地（也稱信號(hào)地）、防雷地等，有的（如IBM）公司要求另設(shè)專用獨(dú)立地，要求地阻小于4歐（根據(jù)實(shí)際情況可能也會(huì)要求小于1歐）。然而，各地必須獨(dú)立時(shí)，如果相互之間距離達(dá)不到規(guī)范要求的話，則容易出現(xiàn)地電位反擊事故，因此，各接地系統(tǒng)之間的距離達(dá)不到規(guī)范的要求時(shí)，應(yīng)盡可能連接在一起，如實(shí)際情況不允許直接連接的，可通過地電位均衡器實(shí)現(xiàn)等到電位連接。為確保系統(tǒng)正常工作，應(yīng)每年定期用精密地阻儀，檢測(cè)地阻值。接地裝置由接地極及一些附件、輔助材料組成。接地裝置的選材和施工主要決定于土質(zhì)結(jié)構(gòu)，即土壤的地阻率p。不同層土質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，因而地阻率p不同，為增加接地裝置使用效率，應(yīng)使用長效降阻劑。

有外部防雷措施同時(shí)更需要完善內(nèi)部防雷措施

我們知道外部防雷措施中避雷設(shè)施的引下線在接閃以后，會(huì)有很大的瞬變電流通過，也就是說在周圍會(huì)產(chǎn)生很大的瞬變電磁場(chǎng)（LEMP）。因此，安裝了外部避雷措施不能代替內(nèi)部防雷措施。再者，我們都知道，避雷針的工作原理是引雷，所以在概率上來說，安裝了避雷針以后，建筑物的避雷系統(tǒng)遭受雷擊的可能性會(huì)增大，也就是說LEMP發(fā)生的幾率會(huì)變大和產(chǎn)生點(diǎn)的距離會(huì)縮短（引下線處），所以安裝了外部避雷措施的含有電腦網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的大廈更加需要內(nèi)部防雷措施。