《防雷工程资格培训》PPT课件.ppt

雷电电磁脉冲危害及防护,茂名市气象局 黎兆东 2010年11月,雷在形成的过程中，一般是在云的中部有强烈的上升气流，在这种强烈的气流作用下，带正电的冰晶与带负电的水滴形成一部分雷云带正电荷，另一部分雷云带负电荷。由于带电荷的雷云电荷不断积累，当某处的电场强度超过空气可承受的电击穿强度时，就会形成雷云与雷云的放电，形成电闪和雷鸣。当某种雷云形成并接近地面，由于静电感应使地面的建构筑物产生与雷云相反的异性电荷，从而形成强大的电磁场，当某处集聚的电荷密度足够大时，电场强度大到空气游离的临界值时，就为落地雷击创造了条件。雷云对地放电通常是从雷云到大地间发生微弱的电离流柱，称“先驱流柱”，即“先导放电”。当先导延伸到接近地面时，地面上的建构筑物或突出地面的任何物体(油罐、塔)等，会向上发生反极性的流柱，我们称“迎面流柱”又称“迎面放电”。先导放电与迎面放电相互吸引延伸，在距地面建构筑物一定距离的地方相遇，这就是通常所说的对地雷击。由此可见，我们通常所说的雷击点，是雷云先导放电与地面物体迎面放电接触的一点。通常距地面物体有一定的距离。,雷电的形成,雷电放电的特点是：放电电压高（500KV以上），电流幅值大（10330KA），波幅变化快，波过程时间短（20400S左右，雷电波的频率宽，频率可达到50100KHZ。） 雷电放电的规律是：当主放电形成以后，往往会发生重复雷击放电，一般重复雷击放电23次，有少数雷击可高达3040次。我国最多记录到重复放电42次。雷暴活动频繁随地区和季节不同而异。一般规律是：赤道附近多于赤道南北，南方多于北方，山地多于平原，沿海多于大陆腹地，夏秋季多于春冬季。对每一个具体地区，每年都有个相对稳定的雷暴日季节，这给防雷电工程的维护管理，防止雷害事故发生，创造一个极好的条件。,雷电事故形成的特征： 雷电事故的形成，概括起来不外乎雷电的热效应、电效应、机械力效应。防雷就要从避免上述三种效应发生对设备和人身的伤害入手。 雷电效应的危害 1雷电热效应：当雷击发生时，由于电能向热能的转换，雷击通导会产生强烈的电弧放电，使金属溶化或飞溅，引燃周围的易燃物质，引起爆炸火灾事故。 2雷电的电效应：当雷击发生时，由于强大雷电流的瞬时变化，电磁场的瞬间变化，（又称电磁脉冲），会在附近的导体上（电线、电缆及其金属导体），产生感应电势（电压或电流），此电势或电流超过其设备所承受的量，设备就会损坏。电势、电流、电磁脉冲会使信息系统设备受到干扰，轻者使其不能正常工作，重者会造成永久性损坏。 3雷电机械力效应：当雷电击于建筑物或构筑物上，会在通道及雷击点迅速加热空气和水蒸气，引起迅速膨胀而产生爆破声，把细长物体打弯折断，把建筑物覆盖层打裂飞溅，甚至倒塌、破坏。,石化系统雷击电磁脉冲防护 随着我国经济建设的快速发展，大型石化企业不断涌现，为保护石化企业连续平稳安全的运行，信息系统广泛的用于石化企业的监控与管理中。如自动监控压力、流量、温度、工业电视监控、自动火灾报警等应用已经相当普遍，跟随而来的是雷击事故时有发生，成为影响石化企业连续、平稳安全运行的最大障碍。根据近几年收集到的我国石化系统的雷击事故实例，石化系统的雷电事故，主要是信息设备事故，如压力变送器、温度变送器、工业电视监控系统设备、自动火灾报警系统等雷电事故最多，占石化系统防雷击事故90以上。因此，石化系统的防雷，主要是信息系统的防雷。,石化信息系统设备的弱点 当雷电电涌电流经过信息系统设备泄入大地时，设备会被损坏或毁坏。主要是由于： A.集成电路的间隔。集成电路内部绝大部分元器件的间隔很小。很小的过电压都会造成反击闪络。集成电路中的电源及信号线路。常具有微型支持结构。这些支持结构受到电涌的冲击时，会变得过热而弯曲变形，导致本应该相互隔绝的线路相互接触，就形成了内部短路而导致集成电路失效。 B.信息系统工作电压一般较低:由于石化信息系统要求具有长期稳定运行的特点，为了降低电能消耗，信息系统工作电压一般都限得较低，一般是3伏、5伏、12伏等。任何超出工作电压的冲击（如雷电过电压），都有可能导致信息系统误动作或永久性破坏。,电涌电压对石化信息系统设备的不良影响 电涌电压对电子设备的不良影响有：干扰、提前老化及毁坏。 干扰效应:通常由侵入设备的电涌所引起。这些电涌可以通过连接设备的输入、输出线入侵，通过设备电源线及接地线入侵。而电子元器件会把入侵的电涌当作有效的逻辑命令进行处理。从而出现一系列不期望的结果。如：死机、误操作、错误输出、记录丢失或文档破坏等。 提前老化效应：由于电涌的重复作用，造成集成电路的材料会产生老化的现象。内部线路间产生放电、短路、断路或集成电路内部半导体结构的损坏等。 毁坏效应：在强大电涌的冲击下，可导致信息系统设备即时失效。仔细观察,均可看见电路板烧焦，电器元件溶化等现象。这种毁坏有时产生非常之快，使电源稳压系统来不及反应。,冲击电涌的来源 电涌是指电路中突然出现的瞬间过电压或过电流现象。它产生于雷击电磁脉冲、雷电产生的静电感应、供电电压波动（公用电网较大负荷的投切）、静电放电、电源开关的通或断等而引起的电压或电流的急剧变化、电磁场的干扰等，都会在导体（电缆、电线、信息系统传输线上）都会产生电涌。,防雷体系 防雷工程是一个系统工程，它包括接闪、分流、均压（等电位连接）接地、电磁封锁，合理布线。用SPD抑制雷电波（电涌）等措施组成防雷系统工程。防雷要根据需要防雷的建构筑物及设备的自身防护特点，采取不同的措施，有效的防止雷击事故的发生。,接闪 用高架接地金属导体，如避雷针、避雷带（网）、建筑物金属桅杆、金属塔架等，安装于建筑物顶面及旁边，使被保护建构筑物免受直接雷击的破坏。用对雷电自身有防护能力的罐、塔去拦截雷闪。接闪器会拦截雷电放电，因此接闪器必须具备足够的机械强度及电气导电性能，同时必须安装有一条或多条从接闪器到大地的低阻抗路径。使接闪雷击电流顺利泄入大地。 分流 接闪器将雷击拦截（接闪）后，将接闪到的雷电流分多路引导泄入大地，使每条支路的雷电流对附近导体或电线、电缆上的感应电势或电流减少。,均压（等电位连接） 将附近相邻的金属导体，用导电体相互连接并接地，使其上的电势（电压）均衡相等，防止相互产生雷电反击火花，防止维护操作人员接触相邻导体产生电击，保护人身及设备安全。 接地 接地是防雷保护的重要环节。它包括接地极、接地极互相之间的连线，接地带及各接地设备的接地引线等，从防雷及安全考虑，接地系统的接地电阻越低越好，但过低的接地电阻要消耗大量的人力、财力。因此通常是在满足跨步电压，接触电势的情况下，达到国家用防雷规范规定的数值就可以了。一般地段要求接地电阻值不大于10，高土壤电阻率地区可适当提高。但不得大于30，并且还要满足对相邻不相连接导体的反击距离要求。,电磁封锁 为防止从交流供电线路及信息系统网络传输线路上传输过来的电涌，损坏设备并危及人员安全，对外部传输线及线缆，应使用封闭金属线槽或穿金属管道敷设，并对金属线槽,穿线金属管道进行可靠适度的多点接地，以最大限度的减少感应雷击所产生的电涌破坏设备事故。 合理布线 当接闪的雷电流沿分流引下线泄入大地的过程中，由于电磁的耦合作用，会在附近的导体（电线、电缆）上感应出电势（电压）或电流，简称电涌。此电涌的数值与距引下线的距离平方成反比关系，为了减电线电缆上的电涌，在布置电源线、信号线时，要尽量远离防雷引下线，更要远离建筑物外墙的引来线，因为当雷击于建筑物时，建筑物外墙的引下线泄走的雷电流最大。,安装SPD(浪涌保护器) 尽管我们采取了以上六项措施，在供电线路上，信息系统传输线上，仍会发生电涌击坏设备的事件，为了保护供电及信息系统设备，应在设备所处的建筑物内，在所有连线的进线端、设备附近、防雷区界面处等适当位置安装电涌防护装置,举例 以加油加气站的雷电与雷电电磁脉冲的防护为例 加油加气站的建构筑物主要包括埋地油罐、埋地液化气罐、石油液化气泵房，天燃气压缩机房、站房（营业室、罩棚），地上液化石油气罐等，爆炸危险区区范围很小，大部分是区。根据规范，其爆炸危险区域所占体积一般不会超过总体积的30%。不像有的人说的在“高风险”环境下运行，要采取“强有力的防护措施”去设计布置防雷，参照GB50057-94（2000版）的规范，定为二类防雷建筑物就可以了。它的防雷体系包括以下措施:,接闪 根据汽车加油加气站所处的气象、地形、地貌、周围环境等因素进行综合分析，当加油加气站有可能遭受到直接雷击时（加油加气站位于高速公路、城市主干道、干道旁空旷地段、湖泊、河流、沿海等边缘地段，建造在多雷地区,年雷暴日40d/a）应在其屋面上装设避雷带（网）进行接闪。 分流 加油加气站在其屋面上安装避雷带（网）接闪后，应利用柱钢筋或敷设扁钢做引下线，为使雷电流分多路引导泄入大地，降低雷电在附件导体或电线、电缆上的感应电势或电流，应尽可能多的布置引下线，均匀布置在加油加气站四周，地下部分与接地网焊接。,接地 加油加气站的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地、信息系统的接地（逻辑地、参考地）SPD接地等，宜共用接地装置，基接地电阻值不应大于4。 接地应围绕建筑物作环形闭合接地装置，在每根引下线处，布置2-3根垂直接地极，垂直接地极长2.5米，埋深0.7米以下，作用是降低冲击接地电阻及固定环形闭合接地装置，接地网应在油罐卸车场地、加油机安装处、配电盘进线处、埋地油罐通气管处等焊接出接地支线，为上述设备作接地用。,电磁封锁 加油加气站的供电电源线路，应采用铠装电缆埋地或导线穿钢埋地引入，电缆或配线钢管长度不应小于2 （为当地土壤电阻率），且不应小于15米。电缆铠装及保护管两端均应可靠接地。 加油加气站的信息系统也应采用铠装电缆或导线穿钢管配线，配线电缆金属外皮两端保护管两端均应接地。 均压 加油加气站围绕建筑物作环形闭合接地装置后，所有进出环形接地装置的金属管道、电缆金属外皮、导线保护管，均应在与环形接地装置交叉处相连。加油站内的所有需接地的设备与构件：油罐、加油机、通气管、配电盘、信息系统用配电盘、开关、灯具等都要与接地网相连接。为使相邻的金属导体及设备上的电势（电压）相等。防止雷电反击火花对维护操作人员产生电击，保护设备及人身安全。相邻的金属导体及设备应用导电体跨接。 合理布线 当汽车加油加气站的屋面上装有避雷带（网）接闪时，动力配线与信息系统配线，应尽量远离引下线，最好两者相离2m以上，否则应套钢管加强屏蔽。,安装SPD 在供电线路及信息系统传输线上,经常会产生对设备有破坏性电涌波形，为对供电设备及信息系统的电子设备实施保护，需在以下部位安装电涌保护器SPD。 供配电系统的电源端 根据规范要求，加油加气站的380/220V供电系统宜采用TN-S系统，在总配电箱电源进线处N线作重复接地，总配电箱以后N线与PE线严格分开 。,SPD接线图,注： 1、上级电源柜，F1本回路保护电器（熔丝、断路器或剩余电流保护器）。 2、加油加气站配电柜，F2保护电器装置，SPD电涌保护器。 3、接地汇流排，RA接地网接地电阻。 说明： A.图（一）用于配电电源进线N（零线）作重复接地后为TN-S系统的情况。 B.当配电柜用3相五线制配线、配电柜前N线不作重复接地，电源进线又从其它建筑引来，必须在N-PE线上加装一个SPD电涌保护器）。,SPD选型要求 A.冲击放电电流： 应根据建筑物的防雷类别（加油加气站属类防雷建筑）再根据进出建筑物的导电物（金属管线、电力线、通信线）进行分流。每一导电物电流为i1=is/n(KA),（n为导电物根数），供电电缆每一芯线电流为ir=i1/m(KA)（m为电缆芯线数）。 B.电流波形确定： 加油加气站的电源进线，大都采用铠装电缆进线，与架空线T接线端的电缆头应装避雷器保护，电缆铠装外皮与避雷器接地端并联后再接地，加油加气站的配电端电缆头再接地，因此电缆可以起到屏蔽与分流作用，此种情况的SPD（配电柜侧）采用8/20s的电流波就可以了。少数加油加气站的电源进线采用架空线进线，（不符合规范）。架空线可能遭受直击雷或邻近遭雷击。此种情况的SPD（配电柜侧）应采用10/350s的电流试验波。,C.最大持续运行电压Uc的确定 最大持续运行电压Uc，要求SPD在此电压下长期运行不会损坏，而最大持续运行电压Uc，不是雷击产生的过电压，雷击电压一般都是瞬态过电压。其电压幅值可以很高，但持续时间很短（s、ms）。通过SPD的能量有限，一般不会使SPD损坏，但电网运行产生的暂态过电压，其幅值比雷电过电压低，但持续时间很长。通过限压型（MOV）SPD时能量会较大，轻则加速SPD老化，重则使SPD过热而损坏或短路爆炸。对开关型SPD虽然没有老化问题，但动作后有续流。当电网的暂态过电压幅值较高时，动作后的续流大而不能自行熄灭，也会使SPD爆炸，所以选择Uc要结合电网接地系统确定。对加油加气站而言，根据规范规定采用的是TN-S或TN-C-S系统，Uc1.15Uo就可以了。（Uo为供电系统相电压）,SPD的保护水平Up值的确定,当SPD动作，雷电流流过SPD，SPD的过电压降为Up，而设备所承受的电压是Up+Up1+Up2= U，由此可见，被保护设备所承受的电压是SPD的保护水平Up加上两端的引线电压降。因此要求两端引线的总长度不超过0.5m为佳。,供电系统安装SPD的目的是保护电气设备，如图所示。,220/380V绝缘水平如下表,加油加气站防雷接地平面图,1.罩棚 2.加油机 3.立柱 4.埋地油罐 5.供配电柜 6.给加油机配线 7.油罐通气管 8.卸车静电接地