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大连交通大学轨道学院06级通信信号毕业设计(论文)毕 业 论 文西 南 交 通 大 学轨道交通技术学院刘 健目录第一章 铁路信号设备防雷的重要性 4第一节 发生的有关雷击事故案例4第二节 国家对铁路信号设备防雷的计划和方案5第三节 信号设备防雷的重要意义6第二章 雷电现象、特性及参数9 第一节 雷电的概念与对信号设备危害9第二节 遭受雷击的条件及各项参数 12第三节 信号设备防雷的措施 15 第三章 防雷装置18第一节 防雷装置的构成 18第二节 防雷设备的工作原理 20第三节 部分防雷产品 23第四节 防雷装置的发展 24第四章 铁路信号综合防雷整治25第一节 铁路信号综合防雷整治25第二节 防雷和接地装置28第五章 专用铁路信号设备防雷32第一节 专用铁路信号设备防雷32总 结辞 谢附 录摘 要铁路信号设备需要适合于铁路特定要求的专用防雷保安器，铁路电源设备专用防雷保安器应当无劣化现象、在雷击损坏时的故障模式为开路模式、必须为可插拔结构和有较低的残压。因此不能采用可导致续流、短路空气间隙、气体放电管等元件，也不宜单独采用易于劣化的压敏电阻器与电源线并联，在TN系统，也不得采用防护效果差的所谓3+1模式防雷配置。关键词：防雷保安器、气体放电管续流、压敏电阻器劣化、3+1模式Abstract: This paper introduces the special demand of lightning protectors for signaling equipments of railway system, and discuss how the following current of GDT, the faulty MOV and 3+1 protection mode influence signal system.Key word: lightning protector, following current, faulty MOV ,3+1第一章 铁路信号设备防雷的重要性防雷与安防，是两个不同的行业，但却又有着密切的关系，同样保护着安全。在安防领域，防雷日益受到重视，甚至在许多工程验收过程中，防雷已成为必不可少的一项。此专题的开设，是为了让大家系统的了解防雷与安防的关系，了解最新的防雷在安防行业的应用。第一节 发生的有关雷击事故案例夏季防雷击 准备要做足从3月份开始，我国部分地区就迎来了暴风雨天气，相关部门也发出了提醒企业、居民注意防雷击的警示。然而因雷电造成的伤亡事故依然时有发生。雷击虽是天灾，但并非无法抵御。时至7月，雷雨天气有增无减，这就要求我们更加注意安全，作足准备，避免雷击。六月雷击伤害事故不断雷电灾害是联合国公布的10种最严重的自然灾害之一，也是目前中国十大自然灾害之一。据有关部门估计，全世界平均每分钟发生雷暴2000次，全球每年因雷击造成的人员伤亡超过1万人，所导致的火灾、爆炸等事故时有发生，严重威胁了人们的生命、财产安全，危害很大。我国雷暴活动主要集中在每年的4月至8月。来自中国气象局的消息，据不完全统计，每年6月份，我国都有有人遭雷击身亡，为一年中同期死亡人数较多的月份。从20个省（区）统计上报的雷击死亡人数分析，江西省遭雷击死亡人数最多。随着气温逐渐增高，雷雨天气还将持续数月，这就要求各地必须加强防雷工作，避免发生人员伤亡事故。分析一下6月份各省（区）遭雷击死亡人员分布情况，可以发现，西北地区少于东北、华北，江南和华南地区人数明显多于北方地区，其中，江西死亡人数最多。这是因为西北少雨，反之，东北、华北等地区多雷雨天气，在防雷击工作上更是不容怠慢。6月份发生的主要雷击事件有：（1）海南省文昌市昌洒镇东群村委会的一处西瓜园工棚，9名民工因避雨躲进工棚时遭到雷击，其中，2人受雷击当场倒地死亡，2人手臂遭雷击伤势较重。（2）江西萍乡市芦溪县银河镇天柱岗村，13名村民在一凉亭下避雨时遭到雷击，导致2人死亡， 6人重伤，3人轻伤。6月2227日，江西省持续出现雷击死亡灾害，共有19人死亡。（3）湖南永州蓝山县竹市镇上丰头村发生雷击事件，12人被当场击晕，经医院及时抢救，已全部苏醒。（4）云南昆明突下雷阵雨，盘龙区落索坡村的5位村民在盘龙江大花桥2段的大树下避雨时，被雷击中，造成1死3伤。这些都是人员伤亡事件，雷电同样会造成很多设备设施损坏，导致停电、起火等事故。（5）重庆遭遇了一次长时间的瓢泼大雨。受雷电、大风影响，主城6个供电局中，沙坪坝、杨家坪、南岸、北碚供电局共计66条110千伏、35千伏、10千伏输电线路均不同程度出现了瓷瓶（绝缘用）被雷击穿、大风刮断电线、保险松动、损坏引发线路跳闸等情况，导致近22万市民出现6-15小时的电力中断。有的住户也出现了电视机因雷击而损坏的情况。而深圳市处于我国南方，也遭受雷电的侵袭。据统计，深圳已接到多宗雷击事故报告，造成财产损失数百万元。据统计，仅在2004年和2005年，我国发生雷电灾害19918起，伤亡人数达3157人，直接经济损失数十亿元，是仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害之后名列第三的气象灾害。雷电作为我国最严重的三大气象灾害之一，给人们带来的损失是不可忽视的，无论是煤矿、化工、电力、建筑，还是人们生活、森林防火，都会受到夏季雷电的侵害。要保证安全，就要从细节抓起。近日，温家宝总理做出了“提醒各地有关部门加强防雷工作”的重要批示。从以往的案例可以看出，雷电灾害主要原因是因为缺少避雷措施和设备以及避雷知识导致出现人员伤亡事故。所以就必须从以下两个方面入手来避免雷电灾害。1、各地须加强防雷工作。尽可能在各类建筑物上安装相应的防雷设备，特别是野外的简易建筑物等更要安装防雷设施。各企业单位要严格执行有关防雷法规，通过正规机构来检测、完善本单位的防雷设施，切莫贪图省事和便宜请不法机构来检测和完善防雷设施。2、加强防雷宣传。在雷雨天气里，人不宜在开阔地活动，不能到草棚、金属棚中、树下等地避雨，以免遭直接雷击和感应雷击；雷雨天不宜靠近建筑物的外墙以及使用电器设备。如果有单位或居民遭遇雷击意外后，应该及时上报气象部门，不可瞒报。而气象部门作为为大家服务的单位，也应该做到以下几点：一、是要加强雷电灾害的监测预测工作。二、是要加强有针对性的服务。雷电灾害多发在农村、山区等偏远地区，要将有关雷电服务信息及时、有效传递到有关人员的手中，同时加强对各级政府及有关部门的服务。三、是要有针对性的加强防雷的管理工作。四是进一步加强雷电轨道的建设。第二节 国家对铁路信号设备防雷的计划和方案全国铁路开展信号设备防雷专项整治工作针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全。据悉，进入汛期，由雷击造成设备故障影响铁路运输安全的现象较多。仅6月份，全路因雷击造成信号设备故障147件，故障延时117个小时。提高信号设备防雷标准，是减少雷害发生的根本。今年，铁道部在原有铁路防雷标准基础上，发布了铁路信号设备电磁兼容及雷电电磁脉冲防护实施意见。意见吸取了我国铁路信号防雷工作多年来的经验，并借鉴了国外铁路信号设备防雷方法，包含地网设置、屏蔽设置等综合防护技术措施，大大提高了信号设备防雷标准，进一步增强了设备防雷的可操作性。同时，意见还规定了防雷设计与施工资质管理、施工验收、质量责任、雷害处理、产品采购、检查测试等维护与管理方面的内容，基本形成了信号设备雷电综合防护框架。目前，铁道部已经发布了信号设计规范，正在抓紧制定铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术规范，努力提高信号设备防雷的设计和建设水平，进一步减少雷害发生。雷害发生的重点地区是微电子设备和微电子设备集中的区段。为防止汛期雷害损坏信号设备，铁道部将防雷工作列入今年专项整治内容，拨出专款用于六大干线1078个站场和其他干线上829个计算机联锁站场的防雷整治。目前，铁路六大干线所有车站和其他线路计算机联锁车站防雷整治工作正在紧张进行，内容包括雷击防护、机房屏蔽、地线整治、加装防雷保安器等。针对意见中提出的因防雷设施维护或管理不当造成信号设备发生雷害必须列管理单位责任的规定，铁路部门将继续建立防雷逐级负责制和雷害应急预案，明确雷电防护装置的设计、施工、维护和管理等单位及人员的责任，做到铁路局、电务段逐级负责，尽最大限度减少雷害对铁路运输生产的影响。第三节 信号设备防雷的重要意义防雷与安防，是两个不同的行业，但却又有着密切的关系，同样保护着安全。在安防领域，防雷日益受到重视，甚至在许多工程验收过程中，防雷已成为必不可少的一项。此专题的开设，是为了让大家系统的了解防雷与安防的关系，了解最新的防雷在安防行业的应用。现代的安防监控产品均系微电子化产品，这些监控设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性。其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感，这就使得监控系统设备极易遭受雷击/过电压破坏，其后果可能会使整个监控系统运行失灵，并造成难以估计的经济损失和安全方面的风险。为了能够准确、有效地提供安防监控系统的防雷解决方案，我们首先应准确了解安防监控系统的系统构成，进而，准确分析安防监控系统遭受雷击损害的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。在此基础上，选用合适的防雷保护装置，研究和探讨信号、电源线路的合理布放，明确屏蔽及接地方式，方可给出准确的、系统的防雷解决方案。有效提高安防监控系统的抗雷击过电压干扰能力，优化系统的整体防雷水平。北京某地监控系统，室外摄像机防雷工程。其闭路监控系统由前端摄像机、视频矩阵和控制键盘等终端设备及信号传输线路三部分组成。前端摄像机中设有8台室外摄像机，全部为室外一体化球形摄像机。其中4台在主楼顶层，其余4台均匀分布在外围广场的8根高杆灯柱上。灯柱分布在主体楼四周，每个灯柱均采用单独接地体就地接地。室外球机采用75欧视频同轴电缆与中控室视频矩阵相连；球机控制线采用两芯屏蔽双绞线，每 4台球机以总线方式连接。所有室外导线均通过预埋地下的PVC管路走线。灯柱采用就地接地，接地电阻1欧左右（满足单独接地小于4欧姆的规范要求）。避雷器接地端与灯柱子接地牌相连。该系统在2006年经历了一场强雷暴天气，雷暴过后发现安装在灯柱上的4台室外球机全部被雷击损坏。检查发现连接球机的控制线绝缘层已发黑硬化，无法再使用。部分视频避雷器上有击穿痕迹。从现场环境、避雷器的痕迹以及控制线的损坏情况看，这次雷害电流强度很大，应该是一次直击雷的破坏事故。雷害成因分析：事故发生后某地请我公司为其原有系统进行了雷击分析并为其提出整改意见。导致多台球机被雷击损坏的根本原因是不同的信号端之间的不共地，导致雷直击时在两端产生不等的地电位而引起设备和线路的损坏。另外，原设计施工方案也有以下的一些缺陷：l 避雷器与室外球机之间的距离过长导致防雷保护效果不佳；l关键的控制信号线上没有设置避雷器，导致连串的设备损坏； l 引入中控室设备处信号线没有设置避雷器，也会导致中控设备被入侵浪涌损坏。l 预埋管采用非金属PVC管，导致雷击时埋地信号线路屏蔽层与外地产生形成大电位差，造成线路损坏。 对雷害的整改措施：由上可见，若采取的防雷措施不合理或考虑不严密，防雷就不能起到效果。为了完善该系统的防雷性能，应按以下措施对原防雷系统进行改进： 室外球机处的改进措施室外球机应分别装设单相电源防雷器、视频防雷器，控制线防雷器。建议采用专为摄像机保护设计的专用的一体化避雷器。 l 室外球机端的避雷器应尽量靠近球机安装，从防雷器到球机的线路长度（包括接地线）越短越好。l 球机的金属外罩、信号线屏蔽层、金属蛇管、电源变压器金属外皮等应与灯柱金属外壳或者灯柱的接地线形成可靠电气通路，保证接地良好。 机房处的改进措施 从外引入的视频线及控制线，在接入设备前必须安装相应的信号防雷器，防雷器的接地引线应尽量短。l 埋地进入机房的信号金属导线，金属管与带屏蔽导线的金属屏蔽层，应在引入室内处进行就地接地，与大楼的统一接地网形成良好电气通路（接地电阻必须小于1欧）。 其他接地措施 条件允许时，室外通讯线路应考虑穿金属管埋地敷设，金属管两端应接地，全长应保持电气连接。 l 当室外摄像机采用就地接地时，接地电阻值越小越好，应尽量把接地电阻降到1欧姆以下。 l 条件允许时，应采用埋设截面足够大的扁铁或钢筋，将室外摄像机接地与中控室接地网连通，以实现共地。 l 当室外摄像机接地条件不能满足要求时，应采用光纤通讯，以避免因金属导线跨越两个地网而引起的过电压。防雷设备从类型上看大体可以分为：电源防雷器、电源保护插座、天馈线保护器、信号防雷器、防雷测试工具、测量和控制系统防雷器、地极保护器。电源防雷器分为B、C、D三级。依据IEC（国际电工委员会）标准的分区防雷、多级保护的理论，B级防雷属于第一级防雷器，可应用于建筑物内的主配电柜上；C级属第二级防雷器，应用于建筑物的分路配电柜中；D级属第三级防雷器，应用于重要设备的前端，对设备进行精细保护。通信线信号防雷器在产品的设计上，依据IEC 61644的要求，分为B、C、F三级。B级（Base protection）基本保护级（粗保护级），C级（Combination protection）综合保护级，F级（Medium&fine protection）中等/精细保护级。优点：种类型号多，防护齐全。缺点：产品价格相对较高。在安防行业除了要选用合格的防雷产品外，系统地良好接地，和施工的合理规范也是做好防雷的必要条件。所有防雷保护系统均应有可靠、有效的接地。接地系统亦是防雷保护的必要组成部分之一。安防监控系统前端、终端设备均应有良好的防雷接地，相应接地系统应符合规范要求。一般独立于监控机房所在建筑物的前端设备均须设有独立接地。但在此需要特别指出的是：无论前端还是终端设备的接地系统，如果距离小于20米的情况，两个接地系统之间应做等电位连接。施工时沿墙敷设应注意的问题：许多布线人员，因对防雷知识了解有限，或者图简单方便，习惯于将户外走线线路与建筑物避雷带、引下线相互捆绑。方便了工程施工与美观的同时，也带来了较大的防雷安全隐患。这一点是值得重视和注意的。为减小雷害风险，任何导线/金属线路均应尽可能避免与直击雷防护系统平行捆扎，而应依有关规范要求合理布线。目前安防工程防雷系统设计原则一般依据如下：雷击破坏途径： CCTV电视监控系统如果遭受雷击，将可能由以下几种途径对系统产生破坏。l 直击雷：雷电直接击在露天的摄像机上造成设备损坏；雷电直接击在架空线缆上造成线缆熔断。 l 雷电波侵入：CCTV的电源线、信号传输或进入监控室的金属管线遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线侵入设备，造成电位差使设备损坏。 雷电感应：当雷击中避雷针时，在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势。这种现象叫电磁感应。l 当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云相反的电荷。这种感应电荷在低压架空线路。第二章 雷电现象、特性及参数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。第一节 雷电的概念与对信号设备危害雷电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。雷电的危害雷暴可以使铁路信号系统设备损坏或失效，影响列车运行的正常秩序，同时带来较大的直接和间接经济损失。由雷暴造成的自然灾害被称为雷害。导致铁路信号系统雷害的有雷电直击（或称直击雷）和雷电感应（或称感应雷）。雷电直击是雷云直接通过地面物体放电并产生电效应、热效应和信号系统设备雷害的主要原因。雷电感应是雷电放电的强大电磁场在邻近铁路信号系统导线或系统设备内产生的电磁感应脉冲，该电磁感应脉冲产生的过电压和过电流幅值并不太高，但由于现代铁路信号系统设备采用了大量微电子设备，微电子设备耐过电压和过电流的能力很低，雷电感应引起的电磁感应脉冲可以造成雷害。雷电感应发生概率较大，一般雷电直击点周围半径1km左右都会产生雷电电磁脉冲。雷电感应是铁路信号设备防护的重点，因此，铁路信号防雷设备主要用来防止雷电感应造成的雷害。雷电具有很大的破坏力和多种破坏作用。雷电对物体的危害性可归纳为直接雷击、雷电副作用、雷电波引入、反击四种形式，其破坏作用主要表现为放电时所显示的各种物理效应和作用。(一) 电效应落地雷具有数万甚至数十万、数千万伏特的冲击电压，足以烧毁电力系统的发电机、变压器、断路器等设备及电气线路，引起绝缘击穿而发生短路，从而影响信号设备的正常使用。(二) 热效应落地雷的电流一般为几十至几千安培，有的峰值电流高达数万安培至10万安培。当这种强大的“雷击电流”通过导体时，在极短的时间内转换为大量的热能。雷击点的热能通常为5002000J，严重时能够击穿信号电缆，造成混线故障而影响行车。(三) 机械效应雷电效应将使物质和各种结构缝隙里的气体剧烈膨胀，同时使水分蒸发，其他物质分解为气体，这就造成雷击物内部出现强大的机械压力，致使雷击物遭受严重破坏。(四) 静电效应雷云放电，云与大地的电场消失，但金属物上的感生电荷却不能立即逸散，产生很高的对地静电感应电压。静电感应电压往往高达几万伏特，可以击穿数十厘米的空气间隙而发生火花放电。(五) 电磁感应具有很高电压和很大电流，发生时间极短的雷电，在它周围空间将产生强大的交变磁场。处于这一磁场中的导体感生出较大的电动势，还会在闭合回路的导体中产生感应电流，如果导体中有的地方接触电阻较大时，就会局部发热或发生火花放电。(六) 雷电波侵入当雷击架电力线路、金属管路时，产生的冲击电压使雷电波沿着线路或管道迅速传播，当侵入建筑物内时，可造成分配电装置和电气线路绝缘击穿而产生短路。此种雷电灾害占整个雷电灾害的50%70%以上。(七) 反击当建筑物或构筑物防雷装置等遭受雷击时，其内外的电气线路、金属管道等可具有很高的电压，如其间距较近时，可产生火花放，电这种现象叫做反击。反击可能引起电气绝缘破坏，金属管路烧穿等。雷电的概念在雷雨季节里，常会出现强烈的光和声，这就是人们常见的雷电。雷电是一种大气中放电的现象，虽然放电作用时间短，但放电时产生数万伏至数十万伏冲击电压，放电电流可达几十到几十万安培，电弧温度也可达几千度以上，对建筑群中高耸的建筑物及尖形物、空旷区内孤立物体以及特别潮湿的建筑物、屋顶内金属结构的建筑物及露天放置的金属设备等有很大威胁，可能引起倒塌。起火等事故。特别是在华南地区，年雷暴日常会达到80天甚至更多，频繁的雷击会造成生命和财产的巨大损失。由于暖湿空气的剧烈运动，天空中的云层可以带电。带异性电荷的雷云间会发生云间放电，天空中雷云会对大地放电，以达到中和云层中电荷的目的。带电雷云放电这一极普通的自然现象即为雷暴。雷暴的本质是电现象，因此雷暴又称雷电。中国是一个多雷暴的国家，大部分地区年平均雷暴日在40以上，广东、广西、福建、云南、海南等地平均雷暴日在80左右，有的地方雷暴日还可达100以上。雷电从发生到结束作用时间极短，一般仅若干微秒，是一种瞬态现象。人们将瞬态现象称为浪涌（surge），雷电又被称为雷浪涌。雷电的危害一般分为两类：一是雷直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。因此我们要作好防雷措施。因此安装在铁路信号系统内的信号防雷设备必须保证信号系统的正常工作，在雷电电磁脉冲侵入时应能及时限制雷电压和将雷电流引导入地。雷电引起的雷击是夏季常见的一种自然现象。雷电对于人类的危害一般分为3种：直击雷、雷电波侵入和感应雷击。直击雷是指雷电直接击中建筑、树木、大地、防雷装置或人体，直接雷击声光并发，咄咄逼人，老幼皆知；雷电波侵入是指雷电对架空线路和金属管线作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备；而感应雷击悄悄发生，不易察觉，后果严重，直接雷击与感应雷击破坏的对象不同，直击雷主要击坏放电通路上的建筑物、输电线，击死击伤人畜等，感应雷主要破坏电子设备。最近我油田近百起电脑上网用户、电视机遭受雷击事件，就是感应雷击、雷电波侵入所造成的。专家提醒，感应雷击正呈明显上升趋势，80%的雷击事故都是由它引起的，但目前人们对这种隐性雷电灾害的认识比较差，不少人没有意识到要防护，该怎么防护。特别是不少住宅小区，基本属于防雷工作的盲区。以往认为建筑物上只要安装了避雷针，就能避免雷击的传统防雷观念要改变，城镇防雷重点应在防止“感应雷击”上。 感应雷击是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物上的金属物件，如管道、钢筋、电线、反应装置等感应出与雷雨云电荷相反的电荷，造成放电所引起。 一台电子设备招引感应雷击的通道主要有3条：1、天线、馈线引入；2、电源线路引入；3、信号线路引入。 对于建筑物中电子设备群体来说，引入感应雷的通道主要有6条：1、建筑物中一切电子设备的天线、馈线、电源线、信号线、接地线都是建筑物的进雷通道；2、出入建筑物中各种电源线路及建筑物内部“长”距离信号线路；3、具有公共接地的建筑物中的一切金属管道，在直接雷电流流经其上时，其周围产生的磁场涡流在金属表面感应出来的雷电冲击波；4、雷电放电时，在金属表面感应出来的雷电冲击波；5、直接雷击落雷点建筑物的雷电高位冲击；6、直接雷击落雷点建筑物的雷电反冲电流。这种电流可通过相邻建筑物的接地线路进入其电子设备，使电子设备的机壳和机芯之间产生放电现象而损坏。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，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，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，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。第二节 遭受雷击的条件及各项参数雷击强度的定义和统计1、 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，在一天内只要听到一个雷声，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：在雷雨季节里，常会出现强烈的光和声，这就是人们常见的雷电。雷电是一种大气中放电的现象，虽然放电作用时间短，但放电时产生数万伏至数十万伏冲击电压，放电电流可达几十到几十万安培，电弧温度也可达几千度以上，对建筑群中高耸的建筑物及尖形物、空旷区内孤立物体以及特别潮湿的建筑物、屋顶内金属结构的建筑物及露天放置的金属设备等有很大威胁，可能引起倒塌。起火等事故。特别是在华南地区，年雷暴日常会达到80天甚至更多，频繁的雷击会造成生命和财产的巨大损失。雷电的危害一般分为两类：一是雷直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。因此我们要作好防雷措施。 灾危险性 1雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。 2雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸。 3雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。 4。雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。 5雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。6雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。雷电保护区域的划分根据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区域称为LPZ0B区。建筑物内部及电气设备不可能遭到直接雷击，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，同时在该区内雷电产生的电磁场能自由传播，没有衰减。雷电保护区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、 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LPZ1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。第三节 信号设备防雷的措施雷电防护措施1、雷害（1）、直接雷：直接侵入设备或与设备相关联的传输线上的雷电。但袭击信号设备的概率很小。（2）、感应雷：由于电磁感应作用，在电气设备上感应出的雷电压，在设备中流过感应电流。其又分为纵向和横向感应雷两种。 感应雷发生机率高，袭击信号的次数相当频繁。2、雷电侵入信号设备的主要途径（1）由交流电源侵入 雷电冲击波侵入高压电线路传至高压变压器，若未装设避雷器或其失效，容易侵入低压设备。（2）、轨道电路 轨道电路用钢轨作为传输线，它一般高出地面，容易遭雷击。（3）、由电缆侵入 铁路信号的室内、室外设备通过电缆连接起来，雷电从电缆侵入，并传输至室内设备。3、纵向电压和横向电压纵向电压指导线或设备对地电压，每条导线上的折射电压或反射电压。 横向电压指两导线间的电位差。 这两种电压对人身安全和信号设备的正常运行都会带来极大的危害。纵向过电压将使设备绝缘闪络、击穿，甚至起火。横向过电压回击穿、烧毁信号设备尤其是电子器件。4、信号设备的防雷（1）信号设备的防雷要求 在有雷电活动的地区，交流电源外线、电子设备、轨道检查装置、遥信遥控设备等与外线连接的信号设备必须装设防雷装置。 不同雷电活动地区，应采取相应的防雷措施。（2）信号设备雷电防护的原则 防雷装置和被防护设备之间绝缘应匹配，将雷电感应电压限制到被保护的冲击耐压水平以下。正常情况下，防雷装置不应影响被防护设备的工作，受雷电干扰时，应保证信号设备不得错误动作。 采用多级防护时，各级防护元件应配置合理。（3）信号设备防雷元件的安装和设备的要求 外部防护用防雷元件宜安装在线路终端。安装应牢固可靠，便于检测，集中安装。综合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），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。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：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开支和费用。当雷电发生时，关闭设备，拔掉电源插头。第三章 防雷装置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。第一节 防雷装置的构成1防雷装置防雷装置由接闪器、引下线和接地体三部分组成，其作用是防止直接雷击或将雷电流引入大地，以保证人身及建（构）筑物安全。 接闪器包括避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器等，是直接接受雷击的金属部分。避雷针一般设在高层建筑物的顶端和烟囱上，保护建筑物兔受直接雷击；避雷线常用来架设在高压架空输电线路上，以保护架空线路免受直接雷击，也可用来保护较长的单层建（构）筑物。避雷网和避雷带普遍用来保护建筑物免受直接雷击和感应雷。 引下线是避雷保护装置的中段部分。上接接闪器，下接接地装置。一般敷设在建筑物的外墙，并经最短线路接地。每座建筑物的引下线一般不少于两根。 接地装置包括埋设在地下的接地线和接地体，在腐蚀性较强的土壤中，应采取镀锌等防腐措施或加大截面。 避雷器是防止雷电过电压侵袭配电和其他电气设备的保护装置。避雷器安装在被保护设备的引入端，其上端接在架空输电线路上，下端接地。其中阀型避雷器是保护变、配电装置常用的一种避雷装置；管型避雷器一般是用于线路上；保护间隙是最简单最经济的防雷装置，俗称简单避雷器，一般安装在线路的进户处，用来保护电度表等设备。 2防雷装置在工业与民用建（构）筑物上的具体应用. （1） 业建筑按防雷要求的划分 第一类工业建筑指凡建筑物中制造、使用或储存大量的爆炸性物质，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人员伤亡者；O区或10区爆炸危险场所。 第二类工业建筑是指凡建筑物中制造、使用或储存爆炸性物质，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者；区或11区爆炸危险场所。 第三类工业建筑物是根据雷击后对工业生产的影响，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，建筑物体计算雷击次数N0.01的2区爆炸危险场所；根据建筑物体计算雷击次数N0.05，并结合当地雷击情况，确定需要防雷的建筑物；多雷地区较重要的建筑物；高度在15米及15米以上的烟囱、水塔等孤立高耸建筑物；每年平均雷暴日天数不超过15天的地区，高度可限为20米。 （2）民用建筑物按防雷要求划分 第一类是指国家级重点文物保护的建筑物，具有特别重要用途的建筑物、建筑物体计算雷击次数N004的重要或人员密集的公共建筑物和建筑物体计算雷击次数N02的一般性民用建筑物。 第二类民用建筑物是指省、市级重点文物保护的建筑物及档案馆；建筑物体计算雷击次数为0.04）N0.01的公共建筑物或人员密集场所；建筑物体计算雷击次数为02）N0.05的一般性民用建筑物。 3防雷装置的检查 （1）对于重要场所或消防重点保卫单位，应在每年雷雨季节以前作定期检查，对于一般性场所或单位，应每23年在雷雨季节以前作定期检查，如有特殊情况，还要进行临时性的检查。特别是对避雷针、避雷器要进行定期校验。 （2）当防雷装置各部分导体出现因腐蚀或其他原因引起的折断、锈蚀达30以上时，必须进行更换。 （3）检查是否由于维修建筑物或建筑物本身形状有变动，使防雷装置的保护范围出现缺口。 （4）检查接闪器有无回雷击后而发生熔化和折断，避雷器瓷套有无裂纹、碰伤等情况，井应定期进行预防性试验