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防雷的基本知識
2017-07-27 10:21:58 來源： 評論：0 點擊：
一、概述
隨著安全防范系統(tǒng)的應用范圍日益廣泛，雷電損害造成事故有逐年上升的趨勢，系統(tǒng)設備因為雷擊破壞的可能性大大增加，其后果有可能造成系統(tǒng)局部損壞，嚴重時會使整個系統(tǒng)癱瘓，并造成難以估量的經(jīng)濟損失，甚至會危及操作使用人員的生命。為了對安全防范系統(tǒng)采取有效的防雷保護措施，保障系統(tǒng)正?？煽康倪\行，首先應判斷系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要原因以及雷電可能的侵入途徑，尤其是容易遭受雷擊的室外安全防范系統(tǒng)設備，在分析其損壞原因的基礎上，正確選擇和使用安全防范系統(tǒng)設備的防雷保護裝置，以及研究和探討信號、電源線路的敷設、屏蔽及接地方式等，對提高安全防范系統(tǒng)的抗雷擊能力，優(yōu)化系統(tǒng)的防雷水平起到很好的作用。
建筑物在遭受直接雷擊或附近遭受直接雷擊的情況下產(chǎn)生雷擊電磁脈沖，在雷擊中心1.5km～2km的范圍內(nèi)，都可能產(chǎn)生危險的過電壓，損害沿線的設備，在它的作用下，線路和設備上因過電壓和過電流會產(chǎn)生電涌，為將雷擊電磁脈沖對安全防范系統(tǒng)的侵害達到最低程度，需對安全防范系統(tǒng)的遭受雷擊的特殊性和普遍性加以探討。
對以往遭雷擊的系統(tǒng)進行分析，遭雷擊的系統(tǒng)多數(shù)是因為沒有按照相關的防雷規(guī)范進行設計和施工而造成的，因此學員應掌握有關防雷的知識和相關的規(guī)范，在設計、施工時嚴格把關，嚴格按照相關的防雷規(guī)范進行系統(tǒng)的設計、施工和維護。
二、基本知識
1、術語和定義及解釋
1）直擊雷——閃擊直接擊在建筑物、其他物體、大地或防雷裝置上，產(chǎn)生電效應、熱效應和機械力者。
在安全防范系統(tǒng)中雷電直接侵入室外的攝像機、報警探測器上造成設備損壞；雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷等，這些現(xiàn)象都可能是因為直擊雷所造成的破壞。
2）雷電感應——閃電放電時，在附近導體上產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花。
在安全防范系統(tǒng)中當避雷針遭雷擊時，在引下線周圍會產(chǎn)生很強的瞬變電磁場。處在電磁場中的監(jiān)控設備和傳輸線路會感應出較大的電動勢，這現(xiàn)象叫電磁感應。當有帶電的雷云出現(xiàn)時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會感應出與雷云相反的電荷，這種感應電荷在低壓架空線路上可達100KV，信號線路上可達40～60KV，這種現(xiàn)象叫靜電感應。電磁感應和靜電感應稱為感應雷，又叫二次雷。它對設備的損害沒有直擊雷嚴重，但它發(fā)生的幾率卻要比直擊雷大得多；安全防范系統(tǒng)電源線、信號線、控制線的傳輸或進入監(jiān)控中心的金屬管線遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿著這些金屬導線侵入設備，形成巨大的電位差使設備損壞；
3）雷電浪涌——與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射，所產(chǎn)生的電場和磁場能夠耦合到電氣(電子)系統(tǒng)中而產(chǎn)生破壞性的沖擊電流或電壓。
安全防范系統(tǒng)設備的防浪涌保護：對于安全防范系統(tǒng)，必須在各進出線纜安裝、過壓保護器，一旦線纜上感應過電壓。由于過壓保護器的作用，系統(tǒng)的各端口電壓大致達到相等水平（即等電位），從而保護系統(tǒng)免遭損壞。
4）雷電活動區(qū)分類：根據(jù)年平均雷暴日的多少，雷電的活動區(qū)宜分為：少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)和強雷區(qū)。
少雷區(qū)：年平均雷暴日在20天以下的地區(qū)；
多雷區(qū)：年平均雷暴日大于20天，不超過40天的地區(qū)；
高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過60天的地區(qū)；
強雷區(qū)：年平均雷暴日超過60天的地區(qū)。
5）防雷區(qū)的劃分(見圖2.1.1所示)：
LPZ0A區(qū):本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場強度沒有衰減。
LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對應的雷電流直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場強度并沒有衰減。
LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導體的電流比LPZ0n區(qū)更?。槐緟^(qū)內(nèi)的電磁場強度可能衰減，這取決于屏蔽措施。
LPZn+1后續(xù)防雷區(qū)：當需要進一步減小流入的電流和電磁場強度時，應增設后續(xù)防雷區(qū)，并按照需要保護的對象所要求的環(huán)境區(qū)選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。
注：n=1、2、……。
1）直擊雷——閃擊直接擊在建筑物、其他物體、大地或防雷裝置上，產(chǎn)生電效應、熱效應和機械力者。
在安全防范系統(tǒng)中雷電直接侵入室外的攝像機、報警探測器上造成設備損壞；雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷等，這些現(xiàn)象都可能是因為直擊雷所造成的破壞。
2）雷電感應——閃電放電時，在附近導體上產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花。
在安全防范系統(tǒng)中當避雷針遭雷擊時，在引下線周圍會產(chǎn)生很強的瞬變電磁場。處在電磁場中的監(jiān)控設備和傳輸線路會感應出較大的電動勢，這現(xiàn)象叫電磁感應。當有帶電的雷云出現(xiàn)時，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會感應出與雷云相反的電荷，這種感應電荷在低壓架空線路上可達100KV，信號線路上可達40～60KV，這種現(xiàn)象叫靜電感應。電磁感應和靜電感應稱為感應雷，又叫二次雷。它對設備的損害沒有直擊雷嚴重，但它發(fā)生的幾率卻要比直擊雷大得多；安全防范系統(tǒng)電源線、信號線、控制線的傳輸或進入監(jiān)控中心的金屬管線遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿著這些金屬導線侵入設備，形成巨大的電位差使設備損壞；
3）雷電浪涌——與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射，所產(chǎn)生的電場和磁場能夠耦合到電氣(電子)系統(tǒng)中而產(chǎn)生破壞性的沖擊電流或電壓。
安全防范系統(tǒng)設備的防浪涌保護：對于安全防范系統(tǒng)，必須在各進出線纜安裝、過壓保護器，一旦線纜上感應過電壓。由于過壓保護器的作用，系統(tǒng)的各端口電壓大致達到相等水平（即等電位），從而保護系統(tǒng)免遭損壞。
4）雷電活動區(qū)分類：根據(jù)年平均雷暴日的多少，雷電的活動區(qū)宜分為：少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)和強雷區(qū)。
少雷區(qū)：年平均雷暴日在20天以下的地區(qū)；
多雷區(qū)：年平均雷暴日大于20天，不超過40天的地區(qū)；
高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過60天的地區(qū)；
強雷區(qū)：年平均雷暴日超過60天的地區(qū)。
5）防雷區(qū)的劃分(見圖2.1.1所示)：
LPZ0A區(qū):本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場強度沒有衰減。
LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對應的雷電流直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場強度并沒有衰減。
LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導體的電流比LPZ0n區(qū)更?。槐緟^(qū)內(nèi)的電磁場強度可能衰減，這取決于屏蔽措施。
LPZn+1后續(xù)防雷區(qū)：當需要進一步減小流入的電流和電磁場強度時，應增設后續(xù)防雷區(qū)，并按照需要保護的對象所要求的環(huán)境區(qū)選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。
注：n=1、2、……。
圖2.1.1建筑物雷電防護區(qū)（LPZ）的劃分
6）建筑物的防雷分類：GB 50057《建筑物防雷規(guī)范》根據(jù)建筑的重要性、使用性質、發(fā)生雷電事故的可能性后果將建筑物分為三類，詳見GB 50057第二章。
GB 50057第五章對接閃器的選擇和布置中采用滾球法來確定接閃器的保護范圍，滾球法是以hr為半徑的一個球體，沿著需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護的部位時，則該部分得到接閃器的保護。
規(guī)范設定：第一類建筑物的滾雷半徑hr為30m；第二類建筑物的滾雷半徑hr為45m；第三類建筑物的滾雷半徑hr為60m。
7）建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護等級的選擇
根據(jù)GB 50343規(guī)范的雷電防護等級進行分類，分為A、B、C、D四級：
Ø A級：大型計算中心、大型通訊樞紐、國家金融中心、銀行、機場、大型港口、火車樞紐站；國家級文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)。
Ø B級：中型計算中心、中型通訊樞紐、移動通訊基站、大型體育場（館）監(jiān)控系統(tǒng)、證券中心；省級文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)、雷達站、微波站、高速公路監(jiān)控收費系統(tǒng)；中型電子醫(yī)療設備；四星級賓館。
Ø C級：小型通訊樞紐、大中型有線電視系統(tǒng)、三星級以下賓館。
Ø D級：除上述A、B、C級以外一般用途的電子信息系統(tǒng)設備。
8）外部防雷裝置：由接閃器、引下線和接地裝置組成，主要用以防直擊雷的防護裝置。
安裝接閃器主要的目的是為了保護建筑物免遭雷擊引起火災事故及人身安全事故，還能避免建筑物內(nèi)的電氣設備免遭損壞。
必須安裝在直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A）的前端設備，應采取防直擊雷的防護措施。在攝像機桿上設置避雷針。
9）內(nèi)部防雷裝置：由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、浪涌保護器等組成，主要用于減小和防止雷電流在需防護的空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應。
內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其形式的過電壓侵入設備中造成毀壞，是外部防雷系統(tǒng)無法保障的，為了實現(xiàn)內(nèi)部防雷，需要在進出各保護區(qū)的電纜，金屬管道等連接避雷裝置及過電壓保護器，并實行等電位接地。
10）等電位連接：設備和裝置外露可導電部分的電位基本相等的電氣連接。
為了消除雷電引起的毀壞性電位差，需要實行等電位接地，電源線、信號線、金屬管道等都要進行等電位連接，各個內(nèi)層保護區(qū)的界面處，同樣要依此進行局部等電位連接，各個局部等電位連接體互相連接，最后與主等電位連接體連接。
11）等電位連接帶：將金屬裝置、外來導電物、電力線路、通信線路及其他電纜連于其上以能與防雷裝置做等電位連接的金屬帶。
12）等電位連接網(wǎng)絡：由一個系統(tǒng)的諸外露導電部分做等電位連接的導體所組成的網(wǎng)絡。
13）共用接地系統(tǒng)：將各部分防雷裝置、建筑物金屬構件、低壓配電保護線(PE)、等電位連接帶、設備保護地、屏蔽體接地、防靜電接地及接地裝置等連接在一起的接地系統(tǒng)。
14）自然接地體：具有兼作接地功能的但不是為此目的而專門設置的與大地有良好接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土中的鋼筋、埋地金屬管道和設施的統(tǒng)稱。
GB 50057第五章對接閃器的選擇和布置中采用滾球法來確定接閃器的保護范圍，滾球法是以hr為半徑的一個球體，沿著需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護的部位時，則該部分得到接閃器的保護。
規(guī)范設定：第一類建筑物的滾雷半徑hr為30m；第二類建筑物的滾雷半徑hr為45m；第三類建筑物的滾雷半徑hr為60m。
7）建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護等級的選擇
根據(jù)GB 50343規(guī)范的雷電防護等級進行分類，分為A、B、C、D四級：
Ø A級：大型計算中心、大型通訊樞紐、國家金融中心、銀行、機場、大型港口、火車樞紐站；國家級文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)。
Ø B級：中型計算中心、中型通訊樞紐、移動通訊基站、大型體育場（館）監(jiān)控系統(tǒng)、證券中心；省級文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)、雷達站、微波站、高速公路監(jiān)控收費系統(tǒng)；中型電子醫(yī)療設備；四星級賓館。
Ø C級：小型通訊樞紐、大中型有線電視系統(tǒng)、三星級以下賓館。
Ø D級：除上述A、B、C級以外一般用途的電子信息系統(tǒng)設備。
8）外部防雷裝置：由接閃器、引下線和接地裝置組成，主要用以防直擊雷的防護裝置。
安裝接閃器主要的目的是為了保護建筑物免遭雷擊引起火災事故及人身安全事故，還能避免建筑物內(nèi)的電氣設備免遭損壞。
必須安裝在直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A）的前端設備，應采取防直擊雷的防護措施。在攝像機桿上設置避雷針。
9）內(nèi)部防雷裝置：由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、浪涌保護器等組成，主要用于減小和防止雷電流在需防護的空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應。
內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其形式的過電壓侵入設備中造成毀壞，是外部防雷系統(tǒng)無法保障的，為了實現(xiàn)內(nèi)部防雷，需要在進出各保護區(qū)的電纜，金屬管道等連接避雷裝置及過電壓保護器，并實行等電位接地。
10）等電位連接：設備和裝置外露可導電部分的電位基本相等的電氣連接。
為了消除雷電引起的毀壞性電位差，需要實行等電位接地，電源線、信號線、金屬管道等都要進行等電位連接，各個內(nèi)層保護區(qū)的界面處，同樣要依此進行局部等電位連接，各個局部等電位連接體互相連接，最后與主等電位連接體連接。
11）等電位連接帶：將金屬裝置、外來導電物、電力線路、通信線路及其他電纜連于其上以能與防雷裝置做等電位連接的金屬帶。
12）等電位連接網(wǎng)絡：由一個系統(tǒng)的諸外露導電部分做等電位連接的導體所組成的網(wǎng)絡。
13）共用接地系統(tǒng)：將各部分防雷裝置、建筑物金屬構件、低壓配電保護線(PE)、等電位連接帶、設備保護地、屏蔽體接地、防靜電接地及接地裝置等連接在一起的接地系統(tǒng)。
14）自然接地體：具有兼作接地功能的但不是為此目的而專門設置的與大地有良好接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土中的鋼筋、埋地金屬管道和設施的統(tǒng)稱。
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