现代防雷技术的重要性.doc

现代防雷技术的重要性袁润泽摘 要众所周知，雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次：设备损坏，人员伤亡；设备或元器件寿命降低；传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。目前，世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击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。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。关键词防雷技术；雷电；法律法规1.前言当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为： （1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等； （2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无空不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这儿指雷电灾害的空间范围扩大了。 （3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。 （4）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用，造成微电子设备的失控或者损坏。 为此，当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了，雷电的防御已从直击雷防护到系统防护，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。2.雷电的形成2.1在我们的地球表面，覆盖着一层厚厚的大气，地球大气在太阳光的照射下，形成大气对流运动现象，其中有一部分大气含有大量的水蒸气，形成水气云团。作高速对流运动的水气云团，作切割地球地磁场运动，水气云团从而受到地球磁场的作用，在水气云团的两端形成巨大的带正、负电荷水气云团积电层，巨大的带正、负电荷水气云团积电层，受大气对流的冲击，异种水气云团积电层在空中相遇，从而产生巨大的电荷放电现象，形成一种伴有闪电和雷鸣的雄伟壮观而又有点令人生畏的自然现象：雷电。雷电一般产生于旺盛的雨季，伴有强烈的剧风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。2.2雷电产生的自然条件是：热带大气云团，向东、或向西作高速运动，才能产生雷电现象。作高速运动的寒带大气云团，不可能产生雷电；向南、或北作高速运动的大气云团，也不可能产生雷电。2.3雷电产生的物理条件是：2.3.1在水气云团中的水溶液与气溶胶的混合体内，存在着微量的酸、碱、盐等物质，这些酸、碱、盐等物质在水气中产生可以自由移动的正、负离子，这些正、负离子为雷电的产生提供了大量的电荷源。2.3.2水气云团在巨大的空气气流的推动下，需作切割地球磁场运动，从而水气云团中的大量的游离正、负离子则在地球磁场的作用下，向水气云团的两端聚集，形成巨大电荷体。2.3.3在带巨大正、负电荷体的水气云团周围，将产生一个巨大的静电场，根据静电感应原理，原带电云团与其它水气云团或最近地面物体离正或负电荷体最近的一侧被电感应带上巨大的异种电荷。巨大的正、负电荷体之间产生巨大的电场引力，巨大电场引力使带电云团与云团或物体快速接近，当带电云团与其它云团或与地面物体的距离达到绝缘空气的击穿电压时，就发生尖端放电现象。3. 雷电的危害4. 3.1雷电危害的途径5. 电效应的破坏作用：在雷电放电时，能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，它可能毁坏发电机、电力变压器等电气设备的绝缘，烧断电线和劈裂电杆，造成大规模停电，绝缘损坏还可能引起短路，导致可燃物、易燃物着火和爆炸等。热效应的破坏作用：当几十至上千安的强大雷电流通过导体时，在极短的时间内将转换成大量的热能，雷击点的发热量约为5001000J，这一能量可熔化50200立方毫米的钢棒，如果雷击在易燃物上更容易引起火灾和爆炸。由于雷电的热效应，还将使雷电通道中木材纤维缝隙和其它结构中间的缝隙里的空气剧烈膨胀，同时使水分及其它物质分解为气体，在被雷击物体内部出现强大的机械压力，使被击物遭受严重破坏或造成爆炸。静电感应：当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感生出大量的电荷，雷云放电后，云与大地间的电场虽消失，但金属上感应积聚的电荷却来不急立即逸散，因而，产生高达几万伏的对地电压，称为静电感应电压，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电。电磁感应：雷电具有很高的电压和很大的电流，同时又是在极短的时间发生的，因此在它周围的空间里将产生强大的交变电磁场，使电磁场中的导体感应出较大的电动势，并且还会在构成闭合回路的金属物也产生感应电流，这时如回路上有的地方接触电阻过大，就会局部发热或发生火花放电。雷电波侵入：雷击在架空线路、金属管道上会产生冲击电压，使雷电波沿线路和管道迅速传播，若侵入建筑内可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿产生短路或使建筑物内的易燃可燃物品燃烧或爆炸。防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用：当防雷装置接受雷击时，在接闪器和引下线接地体上都具有很高的电压，如果防雷装置与建筑物内外的电气设备、电气线路或其它金属管道的相隔距离很近，它们之间就会产生放电，可能引起电气设备绝缘破坏，金属管道烧穿。这种现象称为反击。4.雷击防护的基本原理：所谓雷击防护：就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地，是疏导，而不是堵雷或消雷。一个完整的防雷系统包括两个方面：直接雷击的防护和感应雷击的防护；缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。一般我们将其分为外部防雷和内部防雷两部分。由避雷针（或避雷带、避雷网）、引下线和接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故；而内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的，为了实现内部防雷，需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并良好接地。4.1多级保护原则：即根据电气、微电子设备的不同功能、受保护的程序和所属保护区域确定防护要点作分类保护；根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道，对电源线和数据、通信线路都应做多级层保护。4.2外部无源保护：在0级保护区即外部作无源保护，主要依靠避雷针（网、线、带）和接地装置。保护原理：当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变。在避雷针（线）顶部，形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线，接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。建筑物的所有外露金属构件（管道），都应与防雷网（带，线）良好连接。4.3内部防护：4.3.1电源部分防护：雷电侵害主要是通过线路侵入。对高压部分电力局有专用高压避雷装置，电力传输线把对地的电力限制到小于6000伏（IEC62.41），而线对线则无法控制。所以，对380v低压线路应进行过电压保护，目的是用分流（限幅）技术即采用高吸收能量的分流设备（电涌保护器）将雷电过电压（脉冲）的能量分流泄入大地，达到保护目的，所以，分流、等电位技术中采用防护器的品质、性能的好坏是直接关系网络防护的关键，因此，选择合格优良的电涌保护器至关重要。4.3.2信号部分保护：对于信息系统，应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定，精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。其主要考虑的如：卫星接收系统、电话系统、网络专线系统、监控系统等。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端，应对地加装电涌保护器，电缆中的空线对应接地，并做好屏蔽接地，其中应注意系统设备的在线电压、传输速率、按口类型等，以确保系统正常的工作。4.4接地处理：在防雷工程的建设中，一定要求有一个良好的接地系统，因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果机房接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰的屏蔽问题，防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。4.5有外部防雷措施同时更需要完善内部防雷措施我们知道外部防雷措施中避雷设施的引下线在接闪以后，会有很大的瞬变电流通过，也就是说在周围会产生很大的瞬变电磁场（LEMP）。因此，安装了外部避雷措施不能代替内部防雷措施。再者，我们都知道，避雷针的工作原理是引雷，所以在概率上来说，安装了避雷针以后，建筑物的避雷系统遭受雷击的可能性会增大，也就是说LEMP发生的几率会变大，过电压产生点的距离会缩短（引下线处），所以安装了外部避雷措施的含有电脑网络等系统的建筑物更加需要内部防雷措施。5.立法重视首先，2000年1月1日颁布的中华人民共和国气象法附则规定，气象灾害是指台风、暴雨（雪）、寒潮、大风（沙尘暴）、低温、高温、干旱、雷电、冰雹、霜冻和大雾等所造成的灾害。在第五章气象灾害防御的第31条和第七章法律责任的第37条里，分别对雷电灾害防御工作及对有关违法行为所应承担的法律责任作出了规定。 其次， 2004年7月1日起实施的国务院对确需保留的行政审批项目设定行政许可的决定（国务院令第412号）对防雷装置检测、防雷工程专业设计、施工单位资质认定、装置设计审核和竣工验收等的实施单位作出相应规定。2011年7月，中国气象局令第20号、21号、22号发布。 再次，2011年7月11日中国气象局局务会议审议通过防雷减灾管理办法、防雷装置设计审核和竣工验收规定、防雷工程专业资质管理办法,分别以中国气象局令第20号、中国气象局令第21号、中国气象局令第22号的形式发布，9月1日起正式实施。 5.1规范守则在规范上面有建筑物防雷设计规范GB500572010、建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB503432012 、建筑电气工程施工质量验收规范 GB503032002 、电子信息系统机房设计规范 GB501742008 、汽车加油加气站设计与施工规范 GB50156