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 防雷工程方案

概述   

雷电灾害是联合国公布的10种最严重的自然灾害之一,也是目前中国十大自然灾害之一。据有关部门统计,全世界平均每分钟发生雷暴2000次,全球每年因雷击造成的人员伤亡超过1万人,所导致的火灾、爆炸等时有发生。    

中国的的雷击灾害十分频繁,受害率高,造成的灾害十分严重。据中国气象局防雷减灾机构介绍,中国有21个省、区、市雷暴日在50天以上,最多的可达134天。如深圳的雷暴是为63.1d/a,属高雷区。近年来,社会经济、信息技术特别计算机网络技术发展迅速,城市高层建筑日益增多,石油化学工业的飞速发展,雷电危险造成的损失也越来越大。仅1998年和1999年两年的统计,中国因雷击造成的直接经济损失达百万元以上的有38起,雷暴给人们生活带来了极大的安全隐患。

雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象,它具有极大的破坏性,其电压可高达数百万伏,瞬间电流可高达数十万安培,给人类生活及生产带来了巨大影响,它危及人类生命、引起火灾、爆炸、建筑物倒塌、森林大火,特别对电力、广播电视、航空航天、邮电通信、国防建设、交通运输、石油化工、电子工业、银行金融等领域产生严重危害。近年来,随着高层建筑设施的大量涌现,特别是大量的数据设备和和精密仪器的广泛应用,雷电损害造成的事故不断逐年上升,在现实生活中,雷电对人类存在着很大的威胁。

目前,世界上有各种建筑设施大多数防雷保护仍沿用富兰克林避雷的原理,其特点是利用自身的高耸位置使雷云下部电场发生畸变,从而将雷电吸引于自身代替被保护物受雷击。这种传统的避雷针已使用了几百年,对防止直接雷击收到了良好效果,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。避雷针不能阻止雷击过电压,开关过电压及其本身在泄放电流时在其周围产生强大的感应电压,而这些过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。每年各种通信系统或网络因雷击浪涌电压而受破坏的事屡见不鲜,轻者使终端计算机和通信接口设备损坏、通信中断,各种信息无法传递,重者使网络主机损坏、致使网络全网瘫痪,工作无法进行。不仅造成巨大的直接经济损失,而且造成巨大的社会的、政治的损失和影响。


雷击的分配模型及分类

雷击一般分为直击雷和感应雷击:    

1)直击雷是指:雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上,由于电效应、热效应等混合力作用,直接摧毁建筑物、构架以及引起人员伤亡等。

2)感应雷是指:雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空及埋地线路、金属管线或类似传导体上产生感应电压,该电压通过传导体传送至设备,间接摧毁微电子设备。感应雷击对微电子设备,特别是通讯设备和计算机网络系统的危害最大,据资料显示,微电子设备遭雷击损坏,80%以上是由感应雷击引起。

雷电传播途径   
雷电过压对大楼内部电子设备的损害主要有以下三个途径:   

(1)直击雷经过接闪器(如避雷针、避雷带、避雷网等)而直放入地,导致地网地电位上升,高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。

(2)电流经引下线入地时,在引下线周围产生磁场,引下线周围的各种金属管(线)上经感应而产生过电压。

(3)大楼或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入,入侵电子设备。

 

防雷分区

    按照IEC61312-1及GB50057-2010要求,将要保护的空间划分为不同的防雷区,以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同的防雷区的特征上,防雷区应按下列原则划分:

LPZ 0A区:本区内的各物体都可能遭到直接雷击并导走全部雷电流,以及本区内的雷击电磁场强度没有衰减时,应划分为LPZ 0A区。

LPZ 0B区:本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击,以及本区内的雷击电磁场强度仍没有衰减时,应划分为LPZ 0B区。

LPZ 1区:本区内的各物体不可能遭到直接雷击,且由于在界面处分流,流经各导体的电涌电流比LPZ 0B区更小,以及本区内的雷击电磁场强度可能衰减,衰减程度取决于屏蔽措施时应划分为LPZ1区。

LPZ2…n后续防雷区:需要进一步减小流入的电涌电流和雷击电磁场强度时,增设的后续防雷区应划分为LPZ2…n后续防雷区。

防雷措施

      防雷的主要任务是全方位堵截雷电的任何入口。因此,提出了现代综合防雷的技术措施,它包含:接闪、分流、等电位连接、屏蔽、合理布线、接地。 

 
 

(1) 接闪  指通过接闪器(如避雷带/网格、避雷线、避雷针等),把闪电的雷电流传导大地,保护建(构)筑物不受雷击,它是防直击雷的主要措施。

(2) 分流  分流是把从室外来的导线(包括电力电源线、电话线、信号线或者这类线缆的金属外套等)都在线路的两端安装浪涌保护器。把串入导线的过电流通过浪涌保护器迅泄放入地。

(3)等电位连接   等电位连接是防雷(防静电)接地中极为关键的一项。因为雷电流的峰值非常大,其流过之处都会立即升至很高的电位,对周围尚处于零电位的金属物、设备或人会产生反击,因而要有较完善的等电位连接。

(4) 屏蔽  用金属网、箔、壳等导体把需要保护的对象包围起来。把闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道迅速阻隔,且屏蔽两端必须可靠接地。

(5) 合理布线  根据建筑物的具体结构,要求均匀对称合理地布设引下线,把雷电波引入大地;电子信息系统电缆与电力电缆分开布设,其间距满足规范要求。

(6) 接地  接地实际上是泄放电流。目前的建筑物大都利用基础作接地体,并构成环形地网,使雷电流迅速泄放入地。至于接地电阻值(一般小于10Ω),近年来许多防雷专家都认为,接地电阻值的大小并不是要求很苛刻的,最重要是要求等电位连接和合理的引下线布设,以最快速度泄放雷电流。

综合防雷   

在错综复杂的新型建筑与设备、系统迅猛兴起时,其耐压、抗扰度却很低,在做防雷设计时,需要考虑闪电的各种物理特性和作用而实行三维空间的综合防护措施。以往的防雷主要是强电系统,是一维或是二维空间的防御,而现在的防雷则转向弱电系统、危险化学品,防雷工程技术面临着一个大转折,包括观念上、方法上的转变。    

防直击雷  在建(构)筑物顶安装常规避雷针、避雷带是防直击雷的最好方法。要求合理安置布局。

防感应过电压  由于空中云间闪电形成的感应电磁波及静电侵入使得长距离(﹥20米)送电线路、信号传输线路、计算机网络线路、电话线等新生感应过电压,从而造成设备损坏或产生火花发生火灾。因而在这类线路上安装浪涌保护器是很重要的。

① 在电源供电线路上采用三级或三级以上保护方式,高压线和380V、220V电源线都安装电源电涌保护器;

② 电话线、网络通讯线路、数据通讯线路等需要安装通讯信号电涌保护器;

③ 卫星电视、有线电视、无线发射天线、微波通讯、监控视频等需要安装同轴信号电涌保护器;

④ 工业控制、测量、铁路信号、电力调度等过程控制领域需要安装测控电涌保护器。 

防反击过电压  建筑物中大部分为电子机电设备和通信设备,因此接地地网应按均压等电位的原理来设计,工作、保护、屏蔽、建筑物防雷接地应共用一组接地极的联合方式,以防止由于雷击而产生的地电位的抬升所引起的过电压。这种做法有一个难以避免的缺陷,就是对系统工作有一定的干扰,但系统的接地和防雷接地分开时,当两者之间的安全距离达不到要求时,将可能发生反击,所以要求在具体实施过程中通过经验和实践来决定哪一种接地方式。

防直击雷、防感应过电压和防反击过电压的三维综合防雷,是一种新型的综合防雷措施。具体实施过程中要根据实际需要、因地制宜,以达到最佳防雷效果。

(注:新规范中,避雷针改称为接闪杆,避雷带改称为接闪带,避雷线改称为接闪线,避雷网改称为接闪网,为了习惯,本文仍用旧称呼。)

 

  

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