雷電防護基礎(chǔ)
現(xiàn)代防雷技術(shù)的特點
現(xiàn)代防雷技術(shù)的理論基礎(chǔ)在于:閃電是電流源,防雷的基本途徑就是要提供一條雷電流(包括雷電電磁脈沖輻射)對地泄放的合理的阻抗路徑,而不能讓其隨機性選擇放電通道,簡言之就是要控制雷電能量的泄放與轉(zhuǎn)換。 德國專家希曼斯基在《過電壓保護理論與實踐中》提出了現(xiàn)代防雷保護的三道防線:
外部保護---將絕大部分雷電流直接引入地下泄散;
內(nèi)部保護及過電壓保護----阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、信號線引入的侵入波危害設(shè)備;
過電壓保護----限制被保護設(shè)備上雷電過電壓幅值。 這三道防線相互配合,各盡其職,缺一不可。
IEC LPZ防雷分區(qū)
按電磁兼容的原理把信息系統(tǒng)所在建筑物或構(gòu)筑物按需要保護的空間由外到內(nèi)分為不同的雷電防護區(qū) (LPZ),以確定各LPZ空間的雷擊電磁脈沖的強度及應(yīng)采取的防護措施。雷電防護區(qū)可分為:
直擊雷非防護區(qū)(LPZ OA):本區(qū)內(nèi)的各類物體完全暴露在外部防雷裝置的保護范圍之外,都可能遭到直接雷擊;本區(qū)內(nèi)的電磁場未得到任何屏蔽衰減,屬完全暴露的不設(shè)防區(qū)。
直擊雷防護區(qū)(LPZ 0B): 本區(qū)內(nèi)的各類物體處在外部防雷裝置保護范圍之內(nèi),應(yīng)不可能遭到大于所選滾球半徑雷電流直接雷擊;但本區(qū)內(nèi)的電磁場未得到任何屏蔽衰減,屬充分暴露的直擊雷防護區(qū)。
第一屏蔽防護區(qū)(LPZ1): 本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊,流經(jīng)各類導(dǎo)體的電流比LPZ 0B區(qū)進一步減小;且由于建筑物的屏蔽措施,本區(qū)內(nèi)的電磁場強度也已得到了初步的衰減。
第二屏蔽防護區(qū)(LPZ 2):為進一步減小所導(dǎo)引的電流或電磁場而增設(shè)的后續(xù)防護區(qū)。
第三屏蔽防護區(qū)(LPZ 3) 需要進一步減小雷擊電磁脈沖,以保護敏感設(shè)備的后續(xù)防護區(qū) 。
過電壓造成建(構(gòu))筑物及設(shè)備損壞的幾個方面
(1)雷電
A.直擊雷:是指雷電直接擊在建筑物構(gòu)架、動植物上,因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械效應(yīng)等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。一般防直擊雷是通過避雷裝置即接閃器(針、帶、網(wǎng)、線、)引下線構(gòu)成完整的電氣通路后將雷電流泄入大地。然而接閃器、引下線和接地裝置的導(dǎo)通只能保護建筑物本身免受直擊雷的損毀,但雷電會透過多種形式及途徑破壞電子設(shè)備。
B.感應(yīng)雷:是雷電在雷云之間或雷云對地的放電時,并在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線和電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備,使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒有直擊雷猛烈,但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。直擊雷只發(fā)生在雷云對地閃擊時才會對地面造成災(zāi)害,而感應(yīng)雷則不論雷云對地閃擊或者雷云對雷云之間閃擊,都可能發(fā)生并造成災(zāi)害。此外直擊雷一次只能襲擊一個小范圍的目標(biāo),而一次雷閃擊都可以在較大的范圍內(nèi)多個小局部同時產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓現(xiàn)象并且這種感應(yīng)高壓可以通過電力線、電話線等傳輸?shù)胶苓h,致使雷害范圍擴大。
C.雷電波侵入:由于雷電電流有極大峰值和陡度,在它周圍出現(xiàn)瞬變電磁場,處在這瞬變電磁場中的導(dǎo)體會感應(yīng)出較大的電動勢,而此瞬變電磁場,都會在空間一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁作用,也可以是脈沖電磁波輻射,而這種空間雷電電磁脈沖波(LEMP)是在三維空間范圍里對一切電子設(shè)備發(fā)生作用。因瞬變時間極短或感應(yīng)的電壓很高,以致產(chǎn)生電火花,其電磁脈沖往往超過2.4高斯?,F(xiàn)代銀行、郵電、證券機房或營業(yè)柜臺普通應(yīng)用微機進行貨幣存取、信息傳遞與交換,其對磁脈沖承受限度一般為小于0.007高斯,故在新機房建設(shè)或舊機房改造時應(yīng)對防雷與磁屏蔽措施必須充分注意。
D.球形雷:是一種特殊的雷電現(xiàn)象,簡稱球雷。一般是以橙或紅色,或似紅色火焰地發(fā)光球體,(也有帶黃色、綠色、藍色或紫色的),直徑一般約為10-20厘米,最大的直徑可達一米,存在的時間大約為百分之幾秒至幾分鐘,一般是3至5秒,其下降時有的無聲,有的發(fā)出嘶嘶聲,一旦遇到物體或電氣設(shè)備時會產(chǎn)生燃燒或爆炸,其主要是沿建筑物的孔洞或開著的門窗進入室內(nèi),有的由煙囪或通氣管道滾進樓房,多數(shù)沿帶電體消失。
(2)操作瞬間過電壓:
眾所周知,當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動時,會產(chǎn)生磁場,儲存能量,電流越大,導(dǎo)線越長,儲能越大,所以當(dāng)大型負載(特別是電感性負載)電氣設(shè)備開關(guān)時,便會產(chǎn)生瞬時過電壓。