雷电危害及防护

雷电危害及防护雷电危害及防护 作者 发布时间 2012 03 14 来源 繁体版 一 雷电危害概述 雷电是自然界一种十分壮观的声 光 电现象 同时 雷电也是一种十分严重的自然灾害 它给人们正常 的生产生活带来的影响 随着现代生产设备的高速发展愈显严重 雷电造成的经济损失和危害程度在不断 一 雷电危害概述 雷电是自然界一种十分壮观的声 光 电现象 同时 雷电也是一种十分严重的自然灾害 它给人们正常的生产生活带来的影响 随着现代生产设备的高速发展愈显严重 雷电造成 的经济损失和危害程度在不断增加 因此 防雷减灾工作日显重要 随着科学技术的发展 微电子技术越来越广泛的应用于科研 通讯 交通 军事 气象 文卫 航空 电力 化工 传媒 能源等系统或各行各业中 特别是计算机通信技术的广 泛应用 电子器件的集成化和超大规模集成化 为新的网络通信技术的发展起到了极大的 推动和促进作用 但另一方面 这些微电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低 过电压耐受 能力差等致命弱点 雷电或更确切说伴随着雷电产生的雷电电磁脉冲和静电感应 对这些 微电子设备潜伏着严重的不安全性 一旦遭受雷击过压的冲击 轻则造成这些电子系统的 运行中断 重则使网络主机损坏 导致网络瘫痪 工作无法进行 更严重的是这些系统所担 负的那些须实时运行的后续工作的中断瘫痪所造成的不可估量的直接与间接的巨大经济损 失和影响 因此 当现代设施越来越依赖于通信 电子计算机等微电子设备时 雷电通过 其对微电子设备的破坏作用 对各行各业构成的危害中 雷电灾害由于其对人类生命 财 产的巨大侵害 被列在了显著的地位 为此 我们认为对雷电的防护 尤其是对雷电电磁 脉冲 LEMP 的防护 不但是必要的 而且是必须实施 严格要求的 雷击发生时 首先是建筑物 室外的设备等易遭直接雷击 其次是计算机网络系统 其易 遭受损坏的有 MODEM 调制解调器 ROUTER 路由器 SWITCH 交换机 HUB 集线器 网卡 通信卡 UPS 计算机电源及主板等 还有一些安全系统的监控 报警设备 如摄 像头 探头 解码器 视频矩阵 监控主机等 另外 一些传输系统的基站 接收天线 发射和接收设备等都将成为雷击的对象 雷电破坏设备的途径主要有以下几个方面 1 直接雷击 2 直击雷对建筑物或邻近地区的雷 电放电 从而导致建筑物内部计算机通信网络环路中 由于电磁感应产生瞬态过电压造成设 备损坏 3 雷电通过供电系统侵入设备造成的损坏 4 雷电通过通信线路 如 DDN X 25 PSTN ISDN 邮电专线 帧中继等 的感应传入系统损坏设备 5 雷电通过天 馈线路传入系统损坏设备 6 接地措施处理不符合规范要求 引起的地电位反击 7 静电感应 产生瞬间电荷反击 传入网络系统造成设备损坏 综上所述 雷击不仅会造成建筑物和计算机网络的损坏 而且还会危及工作人员的人生安 全 因此在 以人为本 国家主管部门三令五申的强调安全生产的今天 防雷减灾 采取综 合防雷措施 既要防御直击雷的危害 又要防御雷电电磁脉冲和过电压沿各种途径进入室内 对工作人员和设备的危害 成为我们当今安全生产和生活的主题之一 雷电的几种破坏形式 雷电对建筑物及电子设备的破坏主要有以下几种形式 直击雷 雷电感应和雷电波的入侵 A 直击雷是雷电直接击在建筑物上 产生电效应 热效应和机械力而导致建筑物损坏 建筑物受到直接雷击后 强大的雷击电流沿着接地引下线 经接地体入地后地电位会瞬间 升高 产生高电位 引起地电位反击 损坏设备或造成人员伤亡 B 雷电感应是雷电放电时 在附近导体上产生静电感应和电磁感应 它能使金属部件之 间产生火花 雷电感应可以来自对地雷击 也可以来自云间放电 其中对地雷击由于距雷 击点较近 产生的感应浪涌电压较大 作用半径也大 一般 500 米范围的电子信息设备均 是其破坏对象 云中放电的感应浪涌电压虽然较小 但发生概率较高 静电感应是由于雷 云先导的作用 使附近导体上感应出与先导通道符号相反的电荷 雷云主放电时 先导通 道中的电荷迅速中和 在导体上的感应电荷得到释放 如不就近泄入地中就会产生很高的 电位 电磁感应是由于电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场 使附近的导体产 生很高的电动势 C 雷电波的入侵是由于雷电对架空线路或金属管道的作用 雷电波可能沿着这些管线侵 入室内 危及人身安全 损坏设备 根据雷电电磁脉冲防护理论和实践经验证明 电子信息设备损坏的主要原因是雷电感应浪 涌电压造成的 它可以通过各种引线把感应浪涌电压波引入电子信息设备内部 破坏其芯 片和接口 等电位连接的要求 实行等电位连接的主体应为 设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道 供电线路含外露可导电部分 防雷装置 由电子设备构成的信息系统 实行等电位连接的连接体为金属连接导体和无法直接连接时而做瞬态等电位连接的电涌保 护器 SPD 通过星型 S 型结构或网形 M 型 结构 见图 把设备直接地以最短的距离连到邻近的等电位 连接带上 小型机房选 S 型 在大型机房选 M 型结构 机房内的电力电缆 线 通信电缆 线 宜尽量采用屏蔽电缆 架空电力线由终端杆引下后应更换为屏蔽电缆 进入大楼前应 水平直埋 50m 以上 埋地深度应大于 0 6m 屏蔽层两端接地 非屏蔽电缆应穿镀锌铁管 并水平直埋 50m 以上 铁管两端接地 防雷意识的误导 1 建筑物已有防雷器 避雷塔 避雷针 避雷带 电脑 通讯设备等不用再保护 建筑 物的防雷器只是对直击雷接闪 保护建筑物不被直击雷损坏 而不能保护建筑物内部的电 子电器设备免遭感应雷损坏 2 电源已安装地线 防雷没有问题 建筑物内部电源装有地线是电源本身应具有的接线要 求 它能起到在遭受雷击时 雷电通过防雷装置泄放到大地的通道作用 而不能起到保护 作用 要能起保护作用 则必须安装防雷装置 3 建筑物内的电源无地线 无法用防雷设备 为了保护建筑物内的电子电器设备不被雷击所损坏 电源布线时必须连接地线 要清醒的 认识到 电源无地线是十分不安全的 4 机房有保护地线 不用再安装防雷设备 保护地线的作用 保证工作人员的人身安全 预防设备外箱及操作台架带电 而影响工作人员的安全 保护与工作地连接的设备不被损坏 预防工作地电位的升高而对设备及设备的正常运行产 生影响 保护地线只是一条泄放能量的渠道 而不能真正防雷 防雷器安装在线路上 不影响设备 正常工作 只有当线路上有过电压或雷电流时 防雷器迅速动作 与大地导通 消除过电 压及雷电流对设备的影响 5 安装了电源防雷器 就不必安装信号防雷器 电源防雷器与信号防雷器是不同的两种线路上的防雷 安装了电源防雷器 确实能减免电 源设备 因雷击的损害 但信号线路对雷电的感应 而造成对信号网络的损坏 电源防雷 器是无能为力的 6 安装了一级防雷器就不用再安装别的防雷设备了 电脑 通讯设备等精密电子电器 大部分都是采用大规模集成电路芯片 抗干扰能力有一 定的限制 要彻底保护设备的安全 应该采用多级防护 按照国家及国际标准 电源防护 和信号防护一般均应采用三级防护 电源防护即总电源处采用第一级防护 楼层电源处或 UPS 前采用第二级防护 用电设备前采用第三级防护 信号防护一般在外线接口处采用第 一级防护 交换机路由器处采用第二级防护 终端设备处采用第三级防护 防雷的安全性 与采用的防雷级数成正比 因此多一级防雷装置 防雷效果更安全更可靠 在防雷问题上的投资和认识还比较薄弱的阶段 采用经济实用的综合防雷措施尤其重要 二 设计依据 依据国际电工委员会 IEC 标准 德国 VDE 标准和中国 GB 标准与部委颁发的设计规范的要 求 该建筑物和大楼内之机房等设备都必须有完整完善之防护措施 保证该系统能正常运 作 这包括电源供电系统 不间断供电系统 空调设备 电脑网络 微波通信设备等装置 应有防护装置保护 2 1 GB50057 2010 建筑物防雷设计规范 2 2 GB50174 93 计算机房防雷设计规范 2 3 GB2887 89 计算站场地技术文件 2 4 GB9361 88 计算站场地安全要求 2 5 JGJ T16 92 民用建筑电气执行规范 2 6 GA173 1998 计算机信息系统防雷保安器 2 7 IEC1312 雷电电磁脉冲的防护 2 8 IEC 61643 SPD 电源防雷器 2 9 IEC 61644 SPD 通讯网络防雷器 2 10 VDE0675 过电压保护器 2 11 GB50343 2004 建筑物电子信息系统防雷技术规范 2 12 郑州普天防雷科技有限公司防雷工程设计施工企业规范 三 设计方案 根据 防雷概述 及 设计依据 对防雷系统的要求 结合大楼的具体实际情况设计本方案 由于雷电侵害 通信系统 计算机系统等时常遭受打击 轻者接口损坏 通信中断或数据 误 错码 重者使系统瘫痪 严重影响工作的顺利进行 因此 雷电已成为电子信息时代 的一大公害 雷电防护已成为电子设备急需解决的问题 雷击附近的建筑物 避雷针 塔 或雷击远处的电源通信线路 都会在设备或接口处产生 极高的感应电压 对设备造成威胁 具统计 感应雷 传导雷对电子设备的损坏已占雷击 损坏的 80 以上 现代防雷强调在作好直击雷防护的前提下 更应采取均压等电位连接 屏蔽 联合接地 箝位保护等新技术 分区分级做好精密仪器 计算机网络系统等敏感电 子设备的雷电电磁脉冲的防护 具体方案设计 一 室外监控摄像机直击雷保护 在每个室外摄像机上端安装 PTZ 0 5 避雷针 在摄像机进入线处安装三合一防雷器 二 监控控制机房电源防雷 在大楼总配电前安装三相电源防雷箱 PT380 80 作为第一级防雷保护 在楼层配电柜处分别安装三相电源防雷箱 PT380 40 分别保护每个楼层的电气设备 在机房内安装一台单相电源防雷箱 PT220 40 进一步保护机房内的重要设备 在每个设备 前端安装电源防雷插座 PT 10 在重要设备前安装信号防雷器 根据实际情况确定型号和数量 三 等电位连接 等电位连接是防雷中的关键步骤 用 PT220 等电位连接铜排在机房静电地板下敷设成带状 结构 将防雷器 金属机柜和机房设备用 BVR6 的多股铜导线可靠连接到等电位铜排上 使整个机房处于同一电位之下 避免雷击时各设备之间相互放电 击坏设备 根据现场情 况 等电位连接采用 M 型结构 各静电地板支座下敷设防静电环 M01 四 机房接地 雷电的最终去处就是接地网 所以一定要有一个好的接地 按照国家规范 接地电阻要求 小于 4 欧姆 采用普天非金属接地模块 PTD 3 镀铜接地棒 KWD 14C 和降阻剂搭配使用 抗腐蚀性强 50 年不变质 接地线与等电位汇流铜排可靠连接 接地模块数量 8 块 镀铜 接地棒数量 8 组 防雷清单 四 维护与保修 每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护 主要检查连接处是否紧固 接触是否良好 接地引下线有无锈蚀 接地体附近地面有无异常 必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈 蚀情况 如果发现问题应及时处理 接地网的接地电阻应每年进行一次测量 每年雷雨季节前应对运行中的防雷器利用元件老化测试仪进行一次检测 雷雨季节中要加 强外观巡视 发现防雷模块显示窗口出现红色及时处理 设备遭受雷