雷电培训资料.(共17页)

1、雷电(lidin)培训资料 HYPERLINK /News/news_detail349.html t _blank 1.雷电(lidin)的产生 2. HYPERLINK /News/news_detail346.html t _blank 雷电(lidin)的危害 HYPERLINK /News/news_detail350.html t _blank 3.雷击强度的定义和统计 4.防雷保护的原理及方法 HYPERLINK /News/news_detail353.html t _blank 5.雷电保护区域的划分 6.综合防雷措施 7.电源防雷器选型 8.信号防雷器选型 9. HYPER

2、LINK /News/news_detail354.html t _blank 推荐一本教材雷电与避雷工程一、雷电(lidin)的产生雷电是自然界中一种常见的放电现象。关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及(yj)云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和响雷。具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地

3、之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。在闪电通道中，电流极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的(sh de)声波振荡，这就是雷声。而对我们生活产生影响的，主要是近地的云团对地的放电。经统计，近地云团大多是负电荷，其场强最大可达20kV/m。 二、雷电的危害自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失不计其数。据不完全统计，我国每年因雷击以及雷击负效应造成的人员伤亡达30004000人，

4、财产损失在50亿元到100亿元人民币。雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。现代电子技术的高速发展，带来的负效应之一就是其抗雷击浪涌能力的降低。以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域，以大型CMOS集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，也会造成更大的直接经济损失和广泛的社会影响。雷击造成的危害主要有四种：（1）直击雷带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，

5、若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。（2）雷电波侵入雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。（3）感应过电压雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。 雷击放电于具有避雷设施的建筑物时

6、，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。（4）系统内部操作过电压因断路器的操作、电力重负荷以及感性负荷的投入和切除、系统短路故障等系统内部状态的变化而使系统参数发生改变，引起的电力系统内部电磁能量转化，从而产生内部过电压，即操作过电压。操作过电压的幅值虽小，但发生的概率却远远大于雷电感应过电压。实验证明，无论是感应过电压还是内部操作过电压，均为暂态过电压（或称瞬时过电压），最终以电气浪涌的方式危及电

7、子设备，包括破坏印刷电路印制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作，使一些控制元件失控。（5）地电位反击如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。三、雷击强度的定义(dngy)和统计1、雷电强度Ng定义一个地区的雷电强度，是以雷暴日Td来计算的。雷暴日：在一个地区，在一天内只要(zhyo)听到

8、一个雷声，就算一个雷暴日。雷电强度的划分：Td15天少雷区，Td40天多雷区，Td90天强雷区。如：杭州地区为39天；海南为130天。雷电强度：经验公式(gngsh)Ng=0.024(Td )1.32、雷电强度概率P我国对Td40天的地区统计：lgP=-I / 108。如果I=100kA，则P=12%。表明我国是一个多雷击灾害的地区。我国雷电流幅值的概率曲线如下：四、防雷保护的原理(yunl)及方法1、传统的防雷方法传统的防雷方法主要就是直击雷的防护，参见GB50057-94建筑物防雷设计规范，其技术措施可分接闪器、引下线、接地体和法拉第笼。其中接闪器包括避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器。根

9、据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等，决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网或其联合接闪方式。2、现代防雷保护的原理及方法德国防雷专家希曼斯基在过电压保护理论(lln)与实践一书中，给出了现代计算机网络的防雷框架图：外部(wib)防雷将绝大部分雷电流直接(zhji)引入地下泄散；内部(nib)防雷快速泄放沿着电源或信号线路侵入的雷电波或各种危险过电压；这两道防线，互相配合，各尽其职，缺一不可。因此防雷工程是一项系统工程。（1）、外部防雷外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防止建筑物或设施（含室外独立电子设备）免遭直击雷危害，其技术措施可分接闪器（避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器）、引下线、接地

10、体和法拉第笼。接闪器根据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等情况，决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网联合接闪方式。引下线断面积足够大，连接牢固。接地体根据GB50057-94建筑物防雷设计规范(2000年版)，建筑物的防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置（对于室外独立设备可以采用独立接地），并宜与埋地金属管道相连接；某些设备制造厂商有特殊接地要求，将直流地与其它六个地分开以避免电磁干扰和零地电压升高。但当有雷电对地泄放时，高电压将可能通过直流地反击设备。因此对于这种情况宜在防雷地和直流地之间加装地网均压仪，避免反击现象，此为暂态接地方式。（2）、内部防雷内部防

11、雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的电子设备（或室外独立电子设备）加装过压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，防雷保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。内部防雷又可分为电源线路防雷和信号线路防雷。电源线路防雷电源防雷系统主要是为了防止雷电波通过电源线路而对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压过大，或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照GB50057-94建筑物防雷设计规范（2000年版）和GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范，应采取分级保护、逐级泄流原则。一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的

12、首级电源避雷器，二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装次级或末级电源避雷器。为了确保遭受雷击时，高电压首先经过首级电源避雷器，然后再经过次级或末级电源避雷器，首级电源避雷器和次级电源避雷器之间的距离要大于5米，如果两者间距不够，可采用带线圈的防雷箱，这样可以避免次级或末级级电源避雷器首先遭受雷击而损坏。信号线路防雷由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备（包括消防报警设备、视频监控设备、计算机网络设备等）能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分通信设备由于电子元器件的高度集成化而致耐过压、耐过流水平下降，通信设备在雷电波冲击下遭受过电压而损坏的现象越来越多，其后果是

13、可能造成整个通信系统的运行中断，消防系统失灵等，因此必须在网络通信口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。对通信系统进行防雷保护，选取适当保护装置非常重要，应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。通信接口避雷器考虑的主要因素如下：线路上可能感应的浪涌形式（例如波形、时间参数和最大峰值）；接口电路模拟雷电冲击击穿电压临界指标；保护对象在正常工作状态下的数据信号电平；保护装置在模拟雷电冲击下的残压参数指标；保护装置的耐冲击能力；系统的工作频率；保护对象的接口方式；工作电压。五、雷电保护区域(qy)的划分根据IEC61312-1防雷分区的定义：将需要保护和控制雷击电磁环境的建筑物空间，从外

14、部对内部划分为多个不同的雷电防护区域（LPZ），以规定各部分LPZ空间内的雷电电磁脉冲（LEMP）的强度变化的严重程度，以便采取不同的防护措施。如附图所示，对于一个保护对象，从电磁兼容的角度出发，可由外到内分为几级保护区域，建筑物外部是直接雷击的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区域，称为0区。而0区内的各类物体都可能(knng)遭到直接雷击，且电磁场没有衰减，属于完全暴露的不设防的直击雷防护区域称为LPZ0A区；各类建筑物（如天线、热泵机组）很少遭到直接雷击但本区电磁场没有衰减，属于充分暴露的直击雷防护(fngh)区域称为LPZ0B区。建筑物内部及电气设备不可能遭到直

15、接雷击，流经各类设备导体的电流比LPZ0B区进一步减少，由于建筑物的屏蔽措施，其建筑物内部设备的金属外壳，所处的位置为非暴露区，可将其称为LPZ1区、LPZ2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压主要是沿线引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成的，电气通道以及金属管道等则通过这些界面。1、保护区域的划分雷电(lidin)保护区LPZOA该区内的各物体都可能遭受直接雷击，同时在该区内雷电(lidin)产生的电磁场能自由传播，没有衰减。雷电(lidin)保护区LPZOB该区内的各种物体在接闪器保护范围内，不会遭受直接雷击，但该区内的雷电电磁场因没有屏

16、蔽装置，雷电产生的电磁场也能自由传播，没有衰减。雷电保护区LPZi（i=1，2，.）当需要进一步减少雷电流和电磁场时，应引入后续防雷区，并按照需要保护的系统所需求的环境选择后续防雷区的要求条件。 保护区域不同保护级别防雷器的安装位置雷害影响B级(首级) C级(次级)D级(末级)遭受直击雷磁场传播衰减OA区接闪器保护范围外可能没有OB区接闪器保护范围内不会没有1 区0区与1区间的界面不会有i 区(=2,3,)1区与i 区间的界面重要设备前端不会进一步衰减2、防雷器分级保护原理IEC61312定义了防雷的保护分区，根据保护分区的要求需要在每个分区的交界处，安装相对应的防雷器，在LPZOB区与LPZ

17、1区的交界处安装B级(即首级)防雷器，在LPZ1区与LPZ2区的交界处安装C级(即次级)防雷器，在LPZ2区内的设备前端安装D级(即末级)防雷器。其工作原理是：利用分级的防雷器，层层泄放雷电或感应过电压，逐级减低浪涌电压，从而保护用户端设备。VDE 0675对B、C、D三级防雷器保护水平的要求如下：防雷器保护水平防雷器安装等级 级电源防雷器 6KV级电源防雷器 4KV级电源防雷器 2.5KV级电源防雷器 1.5KV级防雷器一般采用具有较大通电流的防雷器，可以将较大的雷电(lidin)流泄放入地，达到限流的目的，同时将危险过电压减小到一定的程度。、级防雷采用具有较低残压的防雷器，可以将线路中剩余

18、的雷电流泄放入地，达到限压的效果，使过电压减小到设备能承受的水平。六、综合(zngh)防雷措施现代防雷保护包括外部防雷保护(建筑物或设施的直击雷防护)和内部防雷保护(雷电电磁脉冲的防护)两部份，外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接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波侵入、雷击感应过电压以及(yj)系统操作过电压侵入设备造成的毁坏，这是外部防雷系统无法保证的。防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护）

19、，才能将雷害减少到最低限度。1、接 闪接闪装置就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网，接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去。、均 压接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害(wihi)。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。室内的金属设施、电气装置和电子设备，如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导

20、线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时，室内的所有设施立即形成一个“等电位(din wi)岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要(xyo)实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，并最后与等电位连接母排相连。3、屏 蔽屏蔽就是利用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来，使雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。所有的屏蔽套、壳等均需要接地。屏蔽是防止

21、雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。4、接 地接地就是让已经内入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击。过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。90年代以前，部队的通信导航装备以电子管器件为主，采用模拟通信方式，模拟通信对干扰特别敏感，为了抗干扰，所以都采取电源与通信接地分开的办法。现在，防雷工程领域不提倡单独接地。在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地，美国标准IEEEStd1100-1992更尖锐地指出：

22、不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。防雷接地是防雷系统中最基础的环节，也是防雷安装验收规范中最基本的安全要求。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。5、分流（保护）这是现代防雷技术迅猛发展的重点，是保护各种电子设备或电气系统的关键措施。所谓分流就是在一切从室外来的导体（包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线）与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD，当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，雷电电流就由此处分流入地了。雷电流

23、在分流之后，仍会有少部份沿导线进入设备，这对于一些不耐高压的微电子设备来说是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进行多级分流（即不少于三级防雷保护）。现在避雷器的研究与发展，也超出了分流的范围。有些避雷器可直接串联在信号线或天线的馈线上，它们能让有用信号顺畅通过，而对雷电过压波进行阻隔。采用分流这一防雷措施时，应特别注意避雷器性能参数的选择，因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。比如信号避雷器的接入应不影响系统的传输速率；天馈避雷器在通带内的损耗要尽量小；若使用在定向设备上，不能导致定位误差。、躲 避在建筑物基建选址时，就应该躲开多雷区或易遭雷击的地点，以免日后增大防雷工程的

24、开支和费用。当雷电(lidin)发生时，关闭设备，拔掉电源插头。七、电源(dinyun)防雷器选型1 、 如何选用合适(hsh)的电源避雷器在一个地区选择保护不同类型设备的避雷器，应综合考虑如下因素：该地区雷暴强度 Ng 以及最大放电电流发生的概率P被保护设备耐受冲击水平被保护设备价值 （应根据国家经济水平而定）被保护设备的社会重要性确定不同保护电压 UP 和放电电流的电源避雷器2 、 电源避雷器关键参数最大放电电流Imax：使用8/20s波冲击避雷器一次，能承受的最大放电电流。可根据当地的雷暴强度Ng（或年均雷暴日Td）以及环境因素作适当选择。最大持续耐压Uc（rms）：指避雷器在此电压值下

25、能连续工作而不影响其作为避雷器的参数。Uc与保护电压Up成非线性正比。残压Ur和保护电压Up残压Ur：指在额定放电电流In下的残压值。保护电压Up：保护电压Up与Uc电压和Ur有关，UrUP，保护电压的选择与被保护设备的耐压值有关。根据氧化锌压敏电阻特性，当选用的压敏电阻的Uc值高时，其Up和Ur也会相应提高，如在放电电流为10kA（8/20s）时：Uc=275V Ur（10kA，8/20s）1200VUc=385V Ur（10kA，8/20s）1600VUc=440V Ur（10kA，8/20s）1800V3、 电源防雷器的分类 按放电电流区分耐受10/350s波产品：该波形是模拟直击雷波形

26、，波形能量大，目前有空气间隙型和压敏电阻型产品。如易龙公司的EPP100型。耐受8/20s波产品：该波形是模拟感应雷波形，是目前使用较多的波形。常见放电电流参数有100kA，80kA，65kA，40kA，20kA等，使用氧化锌压敏电阻。如易龙公司的EPP100/EPP80/ EPP65/EPP50/EPP40/EPP30/EPP20型。按保护方式区分单片式：用户可根据电网接线方式，自由组合，选择不同数量和种类避雷器。如易龙公司EPP系列产品。组合式：供货商为了用户接线方便，已经根据不同接线系统将各种模块组成一套，常见有易龙公司的EPP系列避雷器。安装方式：常见的为35mm导轨安装，也有个别公司

27、为螺钉固定。按外形结构区分模块式：用户可根据电网接线方式，自由组合，选择不同数量和种类避雷器。如易龙公司EPP系列产品。箱 式：将一组或两组模块式避雷器置于一个防雷箱体中，适用于配电箱或设备柜空间不足的场合。单级防雷箱：同一等级模块的一组电源避雷器安装于一个防雷箱中。多级防雷箱：两组模块式避雷器置于一个防雷箱体中。为了解决在有限的空间做到两级防雷保护，通过串接解耦线圈或安装隔离变压器，既能泄放大电流，又能将残压限制在1kV或更低，通常可以使用两个单级防雷箱起到多级防雷箱的同等效果。八、信号(xnho)防雷器选型1 、 保护信号的种类由于信号电平不断趋向低压化，所以愈容易受到过电压的侵害。同时电子化产品已涉及(shj)各行各业，种类繁多，如何使用合适的信号过电压保护器（信号避雷器），是困扰广大用户的一个主要问题，而我们通常从以下几个主要参数考虑：数字(shz)量 / 模拟量工作电压工作频率接口标准使用场合 归纳起来一般包括：高频（微波 / 无线通