《硅谷》杂志：浅谈现代防雷技术中各项措施 |
| 2013-12-24 20:03 作者：赣榆县气象局周红 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网12月6日文】据《硅谷》杂志2012年第18期刊文，现代防雷是一系统工程，它包括防直接雷击、防止和抑制雷电电磁脉冲干扰的各种传输形式造成的危害等环节，拦截（接闪）、分流、均压、屏蔽、接地是现代防雷中的五大主要技术措施。这些技术措施贯穿于现代防雷工程设计之中，对我们进行现代防雷工程设计具有普遍的指导意义。下面就这些技术措施谈谈笔者的一孔之见。
1拦截（Conduting）
拦截就是将雷电拦截下来，按照人们设计的通道泄放到大地中去，英文对这一方法的表述为Conduting，其中文的意思为“传导”，我们称之为避雷针的装置，其英文原名是“Lightningrod”，又称“LightningCondutor”，其原意并不是“避雷的针”，而是“闪电棒”，更准确地说，应是“闪电传导器”，即是指它的功能是把闪电传导入地。拦截这一技术方法的实现就是利用避雷针以及由此而发展起来的避雷线和避雷带等接闪装置。控制雷击发生点，“牺牲”自己，从而保护被保护的人和物体。
为了更好地控制雷击发生点，减少雷电磁脉冲的干扰，做好雷电的第一道防线，人们研制出了各种优化避雷针。概括起来主要是利用先导放电、阻抗限流这两种技术来优化传统的富兰克林避雷针。利用先导放电技术生产的避雷针一般叫提前放电避雷针或主动避雷针。这种优化针的特点是利用电场以及电子技术，在结构上进行加工处理，使其能主动地引发上行雷闪放电，从而降低放电电压，减少雷电流的辐度，控制雷击点，减少雷电的侧击概率。另一种是利用阻抗限流技术生产的避雷针，一般叫做优化避雷针或限流避雷针。其特点是在其避雷针中适当增加其感抗或阻抗，来降低雷电流的辐度和陡度，减少雷电流的电磁效应，从而减少雷电电磁脉冲的干扰。
这两种类型的避雷针有一定的防雷改善效果，在实际中已得到广泛的应用。但也存在不足之处。如采用先导放电技术的避雷针，因其雷击放电属长间隙放电，其空间电荷、场强分布极不均匀，放电形式和过程非常复杂，而存在不能百分之百引发成功的问题。采用阻抗限流技术的避雷针，只能改变雷电流波形，而不能有效防止侧击和绕击现象。且在阻流消陡的同时，在避雷针上产生一个很高的电压，容易对周围的物体产生反击。为此有的厂家将其技术综合应用，以进一步提高其防护效率和使用的安全性。如武汉雷光防雷有限公司研制的LGX4000型主动优化避雷针就是一例。因此，建议在系统防雷工程应用时，应深入了解各种优化避雷针的性能及原理，根据其被保护物的要求以及使用场合和环境的不同进行合理选择，实现优化避雷针的防护最佳效果。
2分流（Dividing）
分流就是在一切从室外来的导线（包括电力线及通讯等）与接地线之间并接一种避雷泄流装置。此装置在无雷电时不影响线路的正常工作，当直击雷或感应雷在室外线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内时，能迅速启动，电阻陡降，近于短路状态，将闪电电流分流，并引入大地，从而保护室内设备安全。
分流的实现就是通过各种类型的避雷器（IEC称为浪涌保护器SPD），它是现代化防雷技术中迅猛发展的重点，是保护各种电气、电子设备的关键措施。
在防雷工程中，根据电子通信设备耐受能力的需要，一般需进行多级分流，通过逐级分流，降低残压，以达到电子通信设备能够承受的绝缘耐压值。
在进行多级保护时，应注意SPD之间的能量配合和SPD与被保护设备的配合问题。也就是说选用SPD时，应注意各级设备的耐受冲击过电压能力以及各级SPD的抗雷击通流能力以及它的限制电压。
对于电源系统的防护，GB50057-2010和IEC60664-1对低压系统中的各种用电设备的耐受冲击过电压进行了分类并具体规定了额定值：电源处的设备（主配电箱）属IV类，耐受冲击过电压是6KV；配电线路和最后分支线路设备（二次配电箱）属III类，耐受冲击过电压是4KV；终端用电设备属II类，耐受冲击过电压是2.5KV；特殊需要保护的设备属I类，耐受冲击过电压是1.5KV。
IEC61312规范指出，SPD安装数量是按照防雷区的多少以及被保护设备的易损性。防雷区越多，电子设备越易损则数量就越多。避雷器通流容量的要求从外到内根据雷电流的影响程度逐渐降低。
因此，对低压配电系统防雷设计与安装应注意以下几点：
1）对于低压配电系统应采用多级分流设计。一般采用三级防护。在主配电箱，二次配电箱以及用电设备前安装电源避雷器。
2）安装在主配电箱的一级保护电源避雷器应选用通流量大（如100KA、60KA的SPD），限制电压小于6KV的避雷器。安装在二次配电箱的二级保护电源避雷器应选用通流容量较大（如60KA、40KA的SPD），限制电压小于4KV的避雷器。安装在用电设备前的三级保护电源避雷器应选用通流容量适中（如20KA的SPD），限制电压小于1.5KV的避雷器。
3）为了使各级SPD之间有更好地配合。最好是利用各级之间电源线的自然长度上的电感电阻来进行能量协调。即在各级SPD之间要求有不小于100米的长度，对于限压型的SPD之间不小于5米。如长度不够，须串接协调电感或人为延长电源线的长度。在串接时，应注意电感的功率符合用电负荷的要求。
4）在选用SPD时，不能只强调限制电压越低越好，而不考虑供电电源的波动情况。对于电源波动比较大的地方应选用最大交流持续电压大于365V（启动电压560V）的SPD。以确保SPD能正常工作。
对于通讯线路的分流，同样也是采用多级。在各级防雷区的过渡地带安装各种信号的SPD。
1）建议进出楼宇和各种通讯线路（光纤除外）应埋地敷设进入，并且加装金属护套或采用有屏蔽层的电缆，金属护套或屏蔽层应双端接地。这是通讯线路最好的一级保护。
2）在通讯电线上加装信号SPD时，应根据通过线路的在线电压、频响特性以及接口类型要求，选择不同类型的信号SPD，以确保加装避雷器后，不影响线路的正常工作。
3）对于光纤线路，不受电磁脉冲干扰，勿须加装SPD，但应将其内部金属支撑线在端口处接地。
3均压（Bonding）
均压，英文为Bonding：意思是“搭接”。从物理上说，则称为“均衡连接”或“等电位连接”，它是防止雷电高电位反击，消除导体闪络危险的有效措施。事实上，在电力与通讯线上加装避雷器也是一处暂态等电位连接，当雷击时，通过避雷器非线性电阻效应，将电力和通讯线路与接地系统瞬间等电位连接。因此，在进行防雷工程设计时，对于建筑物内外敷设的各种金属安装的各类电气电子设备首先要求与引下线保持安全的绝缘间距，以防雷电闪击（IEC61024建筑物防雷规范等有规定）。如条件限制，不能达到安全间距要求的，必须将这类设备上的金属部件与防雷的接地系统相连，如有的金属装置不能直接与接地系统相连时（如煤气管道等）可通过地电位平衡器与这相连。这样在闪电电流通过时，建筑物内外不在安全间隔范围内的所有金属装置都处于等电位，不会发生旁侧闪络放电。
4屏蔽（Shielding）
屏蔽就是用金属网、箱、亮、管等导体把需要保护的对象包围起来，阻隔雷电的脉冲电磁场从空间入侵的通道。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效的方法。
在防雷工程中，采用屏蔽措施时应注意以下几点：
1）一般现代建筑物都将建筑物内的钢筋作为引下线，由于电流的集肤效应，因此具有较好的屏蔽效果。对于机房（如主机房）勿须另建金属屏蔽室。但最好将机房设在不靠墙的楼宇中间部位。对于楼宇边缘部位的房间，核心设备应放在远离窗口的地方，以减小雷电电磁脉冲的辐射。
2）对于各种电线必须采用屏蔽电缆，无屏蔽层的电缆应穿在金属管内，并在电线两端将屏蔽层或金属管与地线相连。否则，将起不到屏蔽的效果。
5接地（Grounding）
接地就是将接闪下来的雷电流泄放入大地。是整个防雷工程中最基础的一个环节，良好的接地能有效地降低引下线上的电压，可避免或减少反击的发生。
对于防雷工程来说，接地应注意以下几点：
1）现代防雷工程接地不提倡单独接地，在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地。应将防雷地、保护地、直流地等各类地统一接到一个共用地网上。但要求接地电阻越小越好，对于智能楼宇接地电阻应小于等于1欧姆。如某种设备通过地网对其他设备产生干扰。可将这种设备单独接地，再用地电位平衡器与共用地网相连。
2）各类接地系统在进行互连时宜采用先单点接地再等电位连接，即防雷地、保护地、直流地等各类接地在设备上相互分开，各自成为独立系统，迂曲分别引线到总电位铜排上共同接地。
3）对于计算机房的接地最好是在机房活动地板下敷设等电位网或等电位环，使机房内各计算机能够就近以短线接地，不仅连接方便，同时也能够减少各类形式的干扰。
最后笔者强调一点：以上所述的拦截（接闪）、分流、均压、屏蔽、接地这五大技术措施在进行防雷工程设计时应全面考虑并根据实际情况遵照各项防雷规范综合应用，处理好每一个环节，方能形式一项好的防雷工程。
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