防雷减灾防护技术探析

时间:2022-08-30 07:09:40

防雷减灾防护技术探析

摘要:雷电对生命的孕育和社会的发展所作出了贡献,然而雷电灾害对生命和财产造成的损失和影响也是巨大的,本文通过对雷电的几种主要表现形式:直击雷、感应雷、球形雷等做出研究,提出相应的防护方法,为今后防雷减灾工作的顺利进行提供参考价值。

关键词:防雷减灾 技术

雷电,是众多大气现象中的一种,但雷电产生的强大电磁脉冲(LEMP),具有极大的破坏性。它具有发生范围广、频率高、强度大等特点。随着现代化进程的加快,特别是信息产业的迅猛发展,自动控制、通信和计算机网络等微电子设备和电子系统在各行业内外得到口益增加的广泛应用,雷击事故带来的损失和影响也越来越大,尤其是在经济发达国家和地区,雷击造成的电子设备直接经济损失达雷电灾害80%以上。雷电灾害已成为联合国公布的十种最严重的自然灾害之一。

1现代防雷技术的基本原则

1.1科学的原则

防雷工作保护的对象有二方面:建(构)筑物、设备和人,二者需统筹兼顾,已制订了各种行业标准或国家标准的防雷规范,都是围绕这二个保护对象而制订出各种条例,其首要原则就是遵循科学规律。

防雷安全应该尽可能按照选定的安全标准做到万无一失,特别是一些非常重要的工程项目,国家标准的防雷规范考虑到这些方面,应该遵守,这是符合科学原则的。但是还要有灵活性,因为科技在发展,已制订的规范不可能永远正确无误。另一方面,我国地域广阔,雷电与地理、气象条件关系密切,防雷规范不可能照顾到这些差别,制订规范时也考虑到这写情况,因而在条款中含有一定灵活性,需要人们从实际出发,因地制宜考虑防雷措施,善于依据雷电科学,独立思考。

1.2经济的原则

在符合科学原则的前提下,必须重视经济原则,防雷规范中就体现了这个原则。例如把建筑物分类,分别对待,就是考虑到经济原则。此外,善于运用概率统计概念来考虑防雷,能较好地统筹兼顾科学原则和经济原则。防雷安全选取的安全标准不同,耗资就不同,这里要考虑到按什么样的雷电流数据来设计,大的雷电流的闪电出现的概率小,是按50年一遇的闪电来设计呢,还是按一百年一遇的闪电考虑呢?这就必须在经济上算细帐。

1.3耐用可靠原则

防雷安全工作有点像“养兵千日,用兵一时”的特点,所以对于防雷设备要特别强调耐用可靠。有些雷灾的发生就是由于防雷设施年久失修,形同虚设,或由于新建时就因设计或施工的原因而使防雷设施不具备或不完善,而遭至雷击损失。这需要我们技术设计人员、加工制造者和企业领导人均应重视这一原则。

2防雷减灾防护技术

2.1直击雷防护

提起防雷,人们马上就会想到避雷针、避雷网(带)、引下线及地网,有了这些并不意味着你的设备就安全了,这只不过是解决雷击时不使强大的雷电直接击中处于地表面较高位置的设施和设备(目前城市中因感应雷而造成的损失远比直击雷造成的损失大)。但是采取首先防直击雷的措施是必要的。当雷发生时产生瞬间放电,此时放电通道将产生6000℃ -10000℃以上的高温,雷电电流可达200-300千安,在其周围空间产生瞬变的强电磁场。场内所有导电物体上均感应出很高的电动势。雷击时还将产生震动及声光效应。可见雷击时它的能量是多么强大。通常人们在防直击雷时采用避雷针、避雷网(带)等作为接闪器、用引下线将雷电电流引入大地,以地网来快速分散雷电流。至于接闪器的高度(视其被保护对象而定)、引下线的及根数(视其被保护面积等来定),地网要求(根据实际需求来定)以上种种,国家均有强制性执行规范。

值得一提的是:直击雷它不光只由在你装有避雷针、避雷网(带)之上发生,凡处在地表表面的凸出物比如高(低)压输电线、电话线、电视接收天线、电杆、旗杆、树、竹等均属直接引雷入地的良导体(避雷针其实称它为引雷针更恰当)。直接雷在引下线上产生的强电流在其周围感应出强磁电场。另外在离它很近的有导电性能的金属管道、电子、电器设备、有源、无源导体(人也包括其中),将会与泄流装置之间产生一定的电位差,发生放电现象(这就是人们常说的“电压反击”),这时设备或人均容易受损和伤亡。雷电流引入大地时(因为大地是分散雷电流的良导体)引入点电位很高,因土壤中又存在一定土壤电阻率,那么在土地的不同点就相应产生了电位差,(我们称它为跨电压),可见离雷电电入地点越近地电压越高,雷击时人绝不可离它太近或在近处走动。当我们设置引下线时一定要按国家规范执行。

对直击雷的防护措施,首先,应根据需保护的建(构)筑物或装置等重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按照有关防雷规范,正确划分为二类。其次,根据规范对各类防雷建(构)筑物或装置的不同要求,选择合理的接闪器(针、网、带)类型和高度、引下线的截面积、间距及数量、接地装置的结构和达到设计要求的接地电阻。均压环的设置及距离、等电位连接、防高电位反击的距离等措施,这样一来就形成较为全面的直击雷防护措施。

2.2感应雷防护

感应雷击是由十雷电引起的静电感应和雷电电磁脉冲通过电源供电线路,室内外信号数据传输线、天馈线进入机房的各种管道、电缆进入电子信息系统,击毁各类用电设备和微电子芯片,使设备遭到永久性损失。

防御雷电引起的静电感应和电磁脉冲干扰的理想防雷设计方案是笼式避雷网,它利用的是法拉第笼原理。建筑物的金属结构物遍及各处,不用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼,从而建筑物内的电子设备得到很好的屏蔽。屏蔽做得好,不仅能防御空间电磁波的辐射,还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。这里要说明,屏蔽的做法应根据建筑物内电子设备的要求决定。由于设备的性质不同,因此,有的要求仅对设备本身做屏蔽,有的要求在设备与设备之间做屏蔽,还有的要求在机房做屏蔽。正因为这个问题的重要,所以1995年国际电工委员会建筑物防雷分委会(IEC/TC-81)在《雷电电磁脉冲的防护》的标准中提出了防雷保护区(LPZ)的概念。

因此,防御雷电引起的静电感应和电磁脉冲对室内布线的要求非常严格。由于用作引下线的钢筋混凝土柱内的钢筋和整个建筑物的屏蔽网都在外墙处,雷电流需经此处的钢筋分流到接地装置上,所以外墙处的电流密度大,电磁场强。因此,建筑物中的电源和通信等线路的主干线不应靠近外墙,最好设置在建筑物的中心部位,如电梯井在中心部位,可设置在电梯井的近旁。建筑物内的各种电气馈线都要穿金属管保护或采用双层屏蔽电缆(或同轴电缆)。在一些有特殊要求的线路电源侧,还应加装电涌保护器、隔离变压器、稳频、稳压以及滤波等装置。

防御雷电电磁脉冲对接地的要求也很严格。电子系统的低频信号工作接地应采用单点接地系统,在整个建筑物内应为树干式结线布置。各层或各段的低频信号工作接地均应直接接到单点接地板上,不得形成环路。单点接地系统不应与用作防雷引下线的柱子平行,以防强磁场干扰。由于是利用建筑物结构钢筋作屏蔽,因此必须采用综合共同接地方式,即将防雷接地、电源的工作接地、各种装置的外壳、铁管外皮和高频电子设备的信号接地都统一接到建筑物的基础上或室外接地装置上。为避免杂散电流,单点接地系统必须采用绝缘线,其主接地板必须置于建筑物的最底层且直接与基础或室外接地装置连接。各层单点接地系统的区域接地板或终端接地板如需要与综合共用接地系统的装置接地板连接,应在它们之间加装不大于直流300V的放电管或压敏电阻。综合共用接地的电阻一般应在1欧姆以下,对于特殊的电子设备,可在0.5欧姆以下。确定接地电阻时,应考虑各种设备对接地电阻值的要求,在所要求的各种阻值下,应取最低值。

在低压220/380V供电系统中,应采用二相五线(TN- S)系统,以便于装置接地(PE)线和中性(N)线分开,PE线应接到各层或各段装置接地的终端地板上。为了防御雷电电磁脉冲,建筑物的电源、电话、广播等线路最好采用埋地电缆引入,所用电缆应为恺装电缆或同轴电缆且外皮两端均要接地。

2.3球型雷防护

就防护球雷措施而言,最好是笼式避雷网,如果达不到笼式避雷网条件,就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地;堵好建筑物墙面上不必要的孔洞;烟囱与出气管上口均要加装铁丝网并接地;储存或损伤易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气管应加装阻火器并接地。对高大树木下的重要建筑物尤其要采取防护球雷的措施。

2.4等电位连接

等电位连接:(包括简单可靠的金属性连接和SPD瞬态均衡电位连接)是将雷电侵入的“路”断掉,使其不对内部设施造成损坏。等电位连接是将各类电气、电子信息设备和分开的导电装置用等电位连接导体连接,以减少装置所在建筑物金属构件与装置之间或装置与装置之间因雷电产生的电位差。利用钢筋混凝土结构的建筑物所有金属构件的多重连接,建立一个二维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。任何器件之间的电位差均衡到它们可以接受的程度,则永远不会被电击穿损坏。

结语

防雷减灾技术应不断分析研究,以上仅为笔者实践总结,防雷减灾技术要随着社会环境的新变化不断更新。同时,由于雷电这一自然现象还没有完全被我们掌握,给我们的生产和生活带来了巨大的损失,雷电灾害的形式也得以改变,防雷减灾工作应该从少数专业人员扩大到全社会,只有这样才能把雷电带来的损失降到最低限度。

上一篇:浅谈20M空心板梁的预制施工 下一篇:简析沥青砼路面施工技术及质量控制