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防雷常识

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工程网站防雷课堂内容

1.1 雷电的危害

  雷击灾害是最严重的自然灾害之一,它能释放出巨大的能量、具有极强的破坏力。随着现代电子技术的不段发展,各种高、精、尖的电子设备不断推广和普及应用,监控系统广泛应用于各类场所中,由于这些系统的电子设备内部结构高度集成化,耐过电压、耐过电流的水平极低,避雷针对这些电子设备的保护收效甚微,因而极易遭受雷电流的冲击而损坏,轻者使设备终端接口损坏、通信中断、数据丢失、信息无法传递等;重者使设备主机损坏,致使系统瘫痪,工作无法进行。因此,为了使监控系统正常运作,防止雷击带来的损失,有必要对监控系统的抗直击雷和浪涌过电压(雷电过电压、操作过电压)采取综合防护措施。

  雷电的破坏作用主要是雷电流引起的,其危害基本上可分为三种类型:一是直击雷的作用,即雷电直接击在建筑物或设备上发生热效应作用和电动力作用;二是雷电的二次作用,通常称为雷电感应,即雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用;三是雷电对架空线路或金属管道作用,产生高电位,所产生的雷电波可能沿着这些金属导体、管道,特别是沿天线或架空电线引入室内,从而造成设备损坏或人员伤亡事故。

§1.2 雷电的特点

  雷电带有随机性、局域性、分散性、突发性、瞬时性及三维性。这些鲜明的特点,一方面使得对它的深入了解有了难度,另一方面也较难引起社会的关注。有的雷电是由于人们对其不了解及疏忽而造成的,因为雷害对某一点而言概率极低,往往是百年一遇或更少,大多数人对此不在意或抱有侥幸心理,这些都造成了潜在的隐患。

§1.3 雷害的分类及雷击途径

雷害途径主要分为直击雷、雷电感应和雷电波侵入。

①直击雷:雷电直接击在建筑物上,产生电效应、热效应和机械力等混合力的作用,使建筑物产生实质性损坏,以及引起人员伤亡和财产损失等;

②雷电感应:雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近架空线路、埋地线路(电源线路、信号线路等),金属管道或类似的传导体上发生静电感应作用和电磁感应作用产生感应过电压,该电压通过导体传送到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、自动传输系统、电子计算机网络系统和监控设备的危害最大,据资料显示微电子设备遭雷击损坏,80%以上是由感应雷引起。

③雷电波侵入:雷电对架空线路或金属管道作用,产生高电位,所产生的雷电波可能沿着这些金属导体、管道,特别是沿天线或架空电线引入室内,从而造成设备损坏或人员伤亡事故。

1.4现代防雷体系包含哪些方面的内容

  现代防雷体系是在传统防雷技术的基础上充实了针对以信息系统为对象的室内防雷内容而形成的。现代防雷体系的要点是:在分析雷害途径的基础上,划分不同层次的防雷区域,采取拦截、分流、接地、等电位连接、屏蔽和布线等六方面进行防护措施,全方位、多层次,统筹安排,综合治理,使之大幅度的提高外部建筑物和室内信息系统的防雷可靠性。

二、防雷设计原则

  一个完整的防雷系统主要包括外部防护(直击雷防护)和内部防护(雷电感应、操作过电压等防护)两部分组成,强调全方位防护,综合治理,层层设防的原则,把防雷看作是一个系统的工程。其中,外部防护主要是针对建筑物本身以及其他与建筑物相连的外部设施,通过安装避雷针、避雷带(网)实现直击雷防护;内部防护主要是供配电系统及电子设备的防护,除最基本的等电位连接和屏蔽等措施外,还必须安装电涌防护器(SPD)。



   根据GB 50057-94(2000版)和IEC 61312-1的标准,从EMC(电磁兼容)的观点来看,由外到内可分为几级防护区,如图所示:


  LPZOA区:本区内的各物体都可能遭到雷击和导走全部雷电流;本区内的电磁场强度没有衰减。

  LPZOB区:本区内的各物体不可能遭到大于所选滚珠半径对应的雷电流直接雷击,但本区内的电磁场强度没有衰减。

  LPA1区:本区内的各物体不可能遭到雷击,流经各导体的电流比LPZOB区更小;本区内的电磁场强度可能衰减,这取决于屏蔽措施。

  LPZn+1后续防雷区:当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时,应增设后续防雷区,并按照需要防护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。

注:n=1、2…

  防护措施的制定首先要查明所有需要防护的电子设备和防护区,以及对设备所需防护的等级水平进行评估。然后选择合适的放电泄流装置,建立一个电位补偿系统并确定正确的安装布线地点。

  对于供电系统浪涌引起的瞬态过电压(TVS)保护,一般采用开关型或压敏型浪涌保护器(SPD)分级保护,从供电系统入口(变压器低压侧)开始逐步进行浪涌能量的吸收,对瞬态过电压分阶段抑制。在变压器低压侧电源输入端并联安装标称放电电流In≥15kA(10/350μs)开关型浪涌保护器或In≥50kA(8/20μs)限压型浪涌保护器作为第一级保护;在第一级保护区之后的各分区交界处或分配电箱处并联安装标称放电电流In≥20kA(8/20μs)限压型浪涌保护器作为安装二、三级浪涌保护器;直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用In≥10kA适配的SPD。

  对于设备柜、配电箱空间不足或室外设备等电源线路防护,可选用电源防雷箱;机房配电箱、UPS前端或重要场所孤立设备的保护,选用两级电源防雷箱。



三、防雷设计依据

§3.1 规范依据

《建筑物防雷设计规范》                          GB50057-94(2000版)

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》                     GB50343-2004

《民用建筑电气设计规范》                               JG J/T 16-92

《智能建筑设计标准》                                 GB/T50314-2000

《电子设备雷击保护导则》                                  GB7450-87

《防雷器材指标要求》                                     GB11032-89

《电子计算机机房设计规范》                             GB50174-1993

《低压配电设计规范》                                   GB50054-1995

《雷电电磁脉冲的防护》                                     IEC61312

3.2 防雷技术技术标准有哪些

  依据《建筑物电子信息系统防雷技术设计手册》第九章、建筑物电子信息系统防雷与接地设计,第三节、电源防雷设计原则:从交流电力网高压线路开始,到信息设备直流电源入口端,信息系统电源自身除应根据其防雷电磁脉冲保护等级采用分级协调的防护之外,还应与信号系统的防雷、建筑物的防雷、建筑物及设备的接地以及系统电磁兼容要求协调配合;信息设备交流配电系统的接地方式,当采用TN制时,应采用TN-S系统供电;信息系统的低压配电系统应根据信息系统雷击电磁脉冲保护等级进行验算,当不能满足设备的耐浪涌过电压能力时,应装设相应的电涌保护器。

  依据GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章、防雷击电磁脉冲;第三节、屏蔽、接地和等电位连接第6.3.4条要求:所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接;信息系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络,并与建筑物的共用接地系统连接。内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体采用铜材时,最小截面积为6mm2,采用铝材时, 最小截面积为10mm2,铜或镀锌钢等电位带的截面积不应小50mm2。且依据GB50343-2004第4节、5.4.1条、5.4.5条、6.5.1、6.5.3等之规定


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