雷电造成建构筑物和电子设备损坏的原因及防护措施
科技创新导报雷电的防护原则是:(一)将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散(外部保护);(二)阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波(内部保护及过电压保护);(三)限制被保护设备上浪涌过压幅值(过电压保护)。这三道防线,相互配合,各行其责,缺一不可。随着电脑通信设备的大规模使用,雷电以及操作瞬间过电压造成的危害越来越严重。以往的防护体系已不能满足电脑通信网络安全的要求。应从单纯一维防护(避雷针引雷入地=无源防护)转为三维防护(有源和无源防护),包括:防直击雷,防感应雷电波浸入,防雷电电磁感应,防地电位反击以及操作瞬间过电压影响等多方面作系统综合考虑。1雷电的分类及其形式(1)直击雷:所谓雷击是指一部分带异种电荷的云层或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈闪电并伴随巨大的声音,这种放电过程叫雷电。直击雷是指雷电直接击在建筑物构架、动埴物上,因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器(针、带、网、线、)引下线构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁。(2)感应雷:是雷电在雷云之间或雷云对地的放电时,并在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线和电磁感应并侵入设备,使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈,但其发生的机率比直击雷高得多。直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害,而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击,都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标,而一次雷闪击都可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压现象并且这种感应高压可以通过电力线、数据信号传输线、电话线等传输到很远,至使雷害范围扩大。(3)雷电波侵入:雷电会出现多种形式及途径破坏电子设备。由于雷电电流有极大峰值和陡度,在它周围的出现瞬变电磁场,处在这瞬变电磁场中的导体会感应出较大的电动势,而此瞬变电磁场,都会在空间一定的范围内产生电磁作用,也可以是脉冲电磁波辐射,而这种空间雷电电磁脉冲波(LEMP)是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。因瞬变时间短或感应的电压很高,以致产生电火花,其磁脉冲往往超过2.4高斯.
现代电子信息网络机房设备的信息传递与交换,其对电磁脉冲承受限度一般为小于0.007高斯,故在新机房建设或旧机房改造时应对防雷与磁屏蔽措施必须充分注意。2雷电电磁脉冲(过压)的防护对雷电磁脉冲(过电压)及操作瞬间过电压,当电流在导体上流动时,会产生磁场,储存能量,电流截面越大,导线越长,储能越大,所以当大型负载,特别是电感性负载电气设备开关时,便会产生瞬时过电压)的防护,要进行多层分级(类)的保护原则,即根据电气微电子设备的不同功能及不同受保护程序和所属保护层确保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从电源线到数据通信线路都应做好级层保护。(1)对电源线和各种数据通信线路尽可能采取穿金属管屏蔽埋地的方式进入机房,这样才能最大限度地削弱或减少雷电电磁脉冲(过电压)对各种电子设备的冲击,从而起到保护电子信息系统设备的目的。(2)对电源供电线设置多级过电压浪涌保护器(SPD),雷电的侵害主要是通过线路侵入,对380V以下低压线路应进行过电压浪涌保护,按国家防雷《规范》要求应分三部分:建议在高压变压器后端到楼宇总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加装避雷器作为一级保护;在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯两端应对地加装避雷器,作为二级保护;在所有重要的精密的设备以及UPS的前端应对地加装避雷器,作为三级保护。目的是对雷电电磁脉冲进行分流、限幅(压)技术,即采用高吸收能量的分流设备,避雷器(浪涌保护器),将雷电过压脉冲能量分流泄入到大地,达到保护电子设备的目的。3等电位连接为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差,就特别需要实行等电位连接,目的是在减少需要防雷的空间各金属部件和各系统之间的电位差,电源线、信号线、金属管道,接地线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到电位连接,各个局部需要用等电位连接线相互连接,并最后与主等电位连接排相连。
电位均衡连接,就是使导体良好的导电性连接、使它们达到电位相等,为雷电流提供低阻抗通道,以使它迅速泄流入地。4共用接地系统在信息系统机房建设中,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,损坏元器件,严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防护干扰的屏蔽问题、防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。一般整个建筑物的接地系统有建筑物基础地网、电源地、信号地、防雷接地等,为了防止雷击发生时形成不同之间的电位差而损坏设备,我们建议把各系统的接地都连接起来,成为一个共用接地系统,如有特殊设备需要设独立地时,可通过地电位均衡器(等电位连接器)来实现等电位连接。5小结建筑物和电子设备的雷电防护,主要做好如下几方面防护措施:(1)对建(构)筑物主要要做好防直击雷的保护。主要设置好避雷带(针)、网、线;引下线,接地地网等防雷设施。(2)对电子设备的雷电防护,主要是做好防雷电感应措施,如设置安装过电压浪涌保护器(SPD)、线路屏蔽、等电位连接、共用接地等。(3)经过上述防雷措施就能最大限度地减少或避免雷击对建筑物、电子设备及人员的危害。参考文献[1]GB50057-94,国家标准:建筑物防雷设计规[S].2000.[2]GB50343-2004,国家标准:建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].[3]卢炳瑞主编.电力行业管理与执法实务全书.防雷电安全技术(三).雷电造成建(构)筑物和电子设备损坏的原因及防护措施石玉泉(广东省惠州市气象局广东惠州516001)摘要:雷击发生时所产生的热效应和机械力、电效应(电磁感应、雷电波入侵)、是造成建(构)筑物及电子设备损坏的主要原因,如果建筑物及电子设备不采取防雷措施,就会遭到雷击而损坏甚至威胁到人员安全。关键词:雷电造成建(构)筑物和设备损坏防护措施
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