自动化讲义11雷电知识

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1、防 雷 知 识 讲 座自 动 化 讲 义 之 十 一 雷 击 的 危 害 随 着 电 子 技 术 的 快 速 发 展 ， 集 成 电 路 对 电 压 和 电 流 脉 冲 的 敏 感 程 度 越 来越 高 ， 除 直 接 雷 击 影 响 外 ， 雷 电 引 起 的 冲 击 过 电 压 和 电 流 成 为 造 成 电 子 设 备损 坏 和 工 作 中 断 新 的 主 要 因 素 之 一 。 据 广 东 省 防 雷 中 心 雷 电 灾 害 调 查 办 公 室1996年 就 广 东 省 范 围 调 查 报 告 显 示 ： 1996年 广 东 全 省 发 生 雷 电 灾 害 1196起 ，直 接 经 济

2、 损 失 约 1.374亿 元 ， 间 接 经 济 损 失 达 5-10亿 元 ； 仅 深 圳 去 年 因 雷 暴 造成 损 失 就 近 6000万 元 ； 而 全 世 界 每 年 的 雷 害 损 失 超 过 100亿 美 元 ， 更 多 的 雷 灾损 失 表 明 ， 90%以 上 是 感 应 雷 击 造 成 的 。 特 别 是 最 近 两 年 ， 全 球 气 候 不 稳 定 ，雷 电 灾 害 较 以 往 频 繁 ， 大 部 分 用 户 单 位 在 直 接 开 支 中 需 占 30%的 费 用 ， 用 来 更换 或 维 修 因 雷 灾 损 坏 的 设 备 。 因 此 ， 对 雷 击 的 防 护

3、 ， 尤 其 是 感 应 雷 击 的 防 护 ， 已 经 成 为 邮 电 通 信 、 电 力 、 铁 路 、 银 行 （ 计 算 机 网 络 ） 等 行 业 重 点 关 注 和 防范 的 课 题 。 一 、 形 成 雷 击 主 要 有 两 种 形 式 ： 直 接 雷 击 感 应 雷 击直 接 雷 击 ： 雷 击 直 接 击 在 物 体 上 ， 产 生 电 效 应 、 热 效 应 和 机 械 力 ,称 之 为 直 接 雷 击 。 感 应 雷 击 ： 雷 电 放 电 时 ， 在 附 近 导 体 上 产 生 的 静 电 效 应 和 电 磁 感 应 ， 可 能 使 金 属部 件 之 间 产 生 火 花

4、 ， 称 之 为 感 应 雷 击 。 n 感 应 雷 击 的 入 侵 途 径 1、 通 过 电 源 线 、 信 号 线 或 天 馈 线 引 入 感 应 雷 击 通 过 电 感 性 耦 合 （ 磁 感 应 ） 耦 合到 各 类 传 输 线 而 破 坏 设 备 。 电 源 线 引 入 感 应 雷 击 市 区 以 外 的 移 动 通 信 基 站 的供 电 线 路 大 多 采 用 架 空 明 线 。 试 验 表 明 ， 雷 电 频 谱 在 几 十 MHZ以 下 频 域 ， 主 要能 量 集 中 分 布 在 工 频 附 近 。 因 此 ， 雷 电 与 市 电 相 耦 合 的 概 率 很 高 。 信 号

5、线 引入 雷 击 为 了 扩 大 信 号 覆 盖 范 围 ， 就 要 尽 可 能 地 增 加 天 线 架 设 高 度 （ 65m以 上 的铁 塔 约 占 50%） 。 这 样 ， 在 提 高 信 号 覆 盖 范 围 的 同 时 ， 也 增 加 了 铁 塔 引 雷 的 概率 。 当 铁 塔 上 的 避 雷 针 引 雷 入 地 产 生 二 次 雷 击 效 应 是 顺 塔 而 下 的 天 馈 线 首 当其 冲 。 可 一 旦 二 次 雷 击 效 应 以 信 号 方 式 进 入 馈 线 时 ， 收 发 信 号 设 备 端 口 损 坏 也 就 在 所 难 免 了 。 n 2、 传 统 避 雷 针 的 副

6、 作 用 产 生 二 次 感 应 雷 击 效 应 ， 雷 电 电 流 经 过 避 雷 针 导 地 时感 应 到 市 内 的 传 输 线 上 。 几 十 年 来 的 通 讯 设 备 是 从 电 子 管 、 晶 体 管 向 集 成 电路 过 渡 的 。 由 于 电 子 管 、 晶 体 管 的 耐 冲 击 能 力 较 强 ， 因 此 二 次 雷 击 效 应 对 电子 管 、 晶 体 管 通 讯 设 备 没 有 造 成 太 大 损 害 。 集 成 化 度 较 高 的 微 电 子 设 备 ， 其耐 冲 击 能 力 差 受 雷 击 更 易 使 微 电 子 设 备 受 到 损 坏 。 通 过 对 部 分 雷

7、 击 事 故 的 分析 ， 发 现 许 多 雷 击 事 故 都 是 在 避 雷 针 接 地 完 好 的 情 况 下 发 生 的 。 分 析 其 原 因就 是 二 次 雷 击 效 应 造 成 的 。n 3、 地 点 位 反 击 引 入 感 应 雷 击 通 过 阻 性 耦 合 方 式 经 数 据 线 破 坏 设 备 。 通 过 阻性 耦 合 方 式 经 中 线 及 地 线 破 坏 设 备 。 上 述 各 种 耦 和 会 产 生 高 达 6000伏 （ 根 据BS6651， CCITT， LIT， IEEE及 我 国 相 关 标 准 ） 的 瞬 间 电 压 而 破 坏 电 子 设 备 。 n 二 、

8、 雷 击 的 防 护 1、 直 击 雷 的 防 护 主 要 依 据 是 国 际 电 工 委 员 会 IEC1312_1 3 雷 电 电磁 脉 冲 的 防 护 、 电 子 计 算 机 机 房 设 计 规 范 、 电 子设 备 雷 击 导 则 、 建 筑 物 防 雷 设 计 规 范 等 。 目 前 ， 防避 直 击 雷 都 是 采 用 避 雷 针 、 避 雷 带 、 避 雷 线 、 避 雷 网 作 为接 闪 器 ， 然 后 通 过 良 好 的 接 地 装 置 迅 速 而 安 全 把 它 送 回 大地 。 n 2、 感 应 雷 的 防 护 （ 1） 电 源 防 雷 根 据 楼 房 建 设 的 要 求

9、 ， 配 电 系 统 电 源 防 雷 应 采 用 一 体 化 防 护 ， 由 于 避 雷器 生 产 厂 家 的 设 计 思 想 各 不 相 同 ， 相 应 其 避 雷 器 的 性 能 特 点 也 不 尽 一 致 。（ 2） 信 号 系 统 防 雷 与 电 源 防 雷 一 样 ， 通 讯 网 络 的 防 雷 主 要 采 用 通 讯 避 雷 器 防 雷 。 目 前 ， 计算 机 远 程 联 网 常 采 用 的 方 式 有 电 话 线 、 专 线 、 X.25、 DDN和 帧 中 继 等 ， 通 讯 网络 设 备 主 要 为 MODEM、 DTU、 路 由 器 和 远 程 中 断 控 制 器 等 。

10、 通 常 根 据 通 讯 线 路的 类 型 、 通 讯 频 带 、 线 路 电 平 等 选 择 通 讯 避 雷 器 ， 将 通 讯 避 雷 器 串 联 在 通 讯线 路 上 。 n （ 3） 等 电 位 连 接 等 电 位 连 接 的 目 的 ， 在 于 减 小 需 要 防 雷 的 空 间 内 各 金 属 部 件 和 各 系 统 之间 的 电 位 差 。 防 止 雷 电 反 击 。 将 机 房 内 的 主 机 金 属 外 壳 ， UPS及 电 池 箱 金 属外 壳 、 金 属 地 板 框 架 、 金 属 门 框 架 、 设 施 管 路 、 电 缆 桥 架 、 铝 合 金 窗 的 等 电位 连

11、接 ， 并 以 最 短 的 线 路 连 到 最 近 的 等 电 位 连 接 带 或 其 它 已 做 了 等 电 位 连 接的 金 属 物 上 ， 且 各 导 电 物 之 间 的 尽 量 附 加 多 次 相 互 连 接 。n （ 4） 金 属 屏 蔽 及 重 复 接 地 在 做 好 以 上 措 施 基 础 上 ， 还 应 采 用 有 效 屏 蔽 ， 重 复 接 地 等 办 法 ， 避 免 架空 导 线 直 接 进 入 建 筑 物 楼 内 和 机 房 设 备 ， 尽 可 能 埋 地 缆 进 入 ， 并 用 金 属 导 管屏 蔽 ， 屏 蔽 金 属 管 在 进 入 建 筑 物 或 机 房 前 重 复

12、 接 地 ， 最 大 限 度 衰 减 从 各 种 导 线 上 引 入 雷 电 高 电 压 n 三 、 关 于 雷 电 和 浪 涌 电 压 闪 电 的 平 均 电 流 ： 30,000A （ 目 前 记 录 的 最 大 值 ： 300,000A） 闪 电 中 心 的 空 气 温 度 ： 摄 氏 3000度 90%以 上 的 闪 电 是 云 层 对 云 层 放 电 过 程 云 层 对 地 面 的 闪 电 次 数 ： 每 秒 种 100次 （ 全 球 范 围 ） 闪 电 的 强 度 可 达 1000000000 伏 一 个 中 等 强 度 雷 暴 的 功 率 有 10000000 瓦 （ 相 当 于

13、 一 个 小 型 核 电 站 的 输出 功 率 ） 每 年 因 雷 击 造 成 的 直 接 损 失 超 过 1000000000 美 元 （ 全 球 不 含 中 国 的 统 计 ） n A.浪 涌 雷 电 是 浪 涌 电 压 的 一 种 。 浪 涌 也 叫 突 波 ， 顾 名 思 义 超 出 正 常 工 作 电 压的 瞬 间 过 电 压 。 n B.SPD 我 们 常 常 说 的 防 雷 器 的 英 文 是 SPD - SURGE PROTECTION DEVICE 即 浪 涌 保 护 器 ， 因 此 防 雷 事 实 上 是 浪 涌 保 护 器 的 一 种 功 能 ， 由 于 雷 击 的浪 涌

14、 电 压 和 能 量 要 远 远 高 于 其 他 种 类 浪 涌 电 压 ， 所 以 我 们 通 常 称 SPD为 防 雷器 了 。 n 各 防 雷 分 区 说 明 ： 1、 IEC 的 防 雷 分 区 ： LPZ0A、 LPZ0B、 LPZ1、 LPZ2. 2、 IEC 的 防 雷 分 区 通 俗 说 明 ：u LPZ0A - 天 空 、 没 有 避 雷 针 保 护 的 大 楼 外 部 、 上 面 没 有 顶 棚 等 覆 盖 物 的 地 面 . 等 等雷 电 可 能 会 直 接 击 中 的 的 空 间 。 如 大 楼 顶 部 避 雷 针 保 护 范 围 之 外 的 空 间 。u LPZ0B

15、- 没 有 避 雷 针 保 护 的 非 屏 蔽 大 楼 内 部 、 有 避 雷 针 保 护 的 大 楼 天 台 受 保 护 部 分 、避 雷 线 下 的 电 缆 等 等 雷 电 不 易 直 接 击 中 的 LEMP没 有 衰 减 空 间 。 如 大 楼 顶 部 避 雷 针 保 护范 围 之 内 的 空 间 和 没 有 屏 蔽 的 大 楼 内 部 或 有 屏 蔽 大 楼 内 部 的 窗 口 附 近 。 u LPZ1 - 雷 电 不 易 直 接 击 中 ， 但 LEMP因 屏 蔽 而 衰 减 的 空 间 。 如 上 述 屏 蔽 大 楼 内 部 （ 不 包含 窗 口 附 近 ） 。u LPZ2 -

16、在 LPZ1区 内 ， 再 次 屏 蔽 的 空 间 。 如 上 述 屏 蔽 大 楼 的 另 外 设 立 的 屏 蔽 网 络 中 心 。u LPZ3 - 在 LPZ2区 内 ， 再 次 屏 蔽 的 空 间 。 如 上 述 屏 蔽 网 络 中 心 内 的 机 器 金 属 外 壳 内 部 ，或 接 地 机 柜 内 部 。 n 3、 通 常 我 们 把 所 有 雷 击 与 浪 涌 的 电 源 保 护 的 措 施 分 为 五 级 第 一 级 ： 避 雷 针 、 避 雷 线 、 避 雷 网 等 直 击 雷 的 金 属 引 下 接 地 等 装 置 - 属于 外 部 防 雷 第 二 级 ： IEC CLASS

17、-I 进 线 端 总 电 源 防 雷 或 LPZ0区 进 入 LPZ1区 界 面 的 等电 位 连 接 - 属 于 内 部 防 雷 第 三 级 ： IEC CLASS-II 分 配 端 的 电 源 防 雷 或 LPZ1区 进 入 LPZ2区 界 面 的 等电 位 连 接 - 属 于 内 部 防 雷 第 四 级 ： IEC CLASS-III 设 备 端 的 电 源 防 雷 或 LPZ2区 进 入 LPZ3区 界 面 的等 电 位 连 接 - 属 于 内 部 防 雷 第 五 级 ： 合 格 的 通 过 正 常 设 计 和 安 装 的 电 子 设 备 内 部 应 该 具 备 的 基 本 浪涌 吸

18、收 能 力 - 基 本 浪 涌 吸 收 能 力 n IEC LPZ防 雷 分 区 LPZ 0A - 易 造 受 直 接 雷 击 ， 因 而 可 能 必 须 传 导 全 部 的 雷 电 流 。 LEMP*无衰 减 （ 例 如 大 楼 外 部 ， 而 且 不 在 避 雷 针 保 护 范 围 内 的 部 分 ） 。 LPZ 0B - 不 易 造 受 直 接 雷 击 ， 但 LEMP* 无 衰 减 （ 例 如 大 楼 外 部 ， 但 在避 雷 针 保 护 范 围 以 内 的 部 分 ） 。 LPZ 1 - 不 易 造 受 直 接 雷 击 ， 但 LEMP* 比 LPZ 0B区 有 衰 减 （ 例 如

19、钢 筋水 泥 框 架 结 构 大 楼 内 部 ） 。 LPZ 2 - 后 续 防 雷 区 2， 较 LPZ 1区 进 一 步 减 小 传 导 电 流 或 电 磁 场 （ 例 如大 楼 内 部 的 屏 蔽 机 房 ） 。 LPZ 3- 后 续 防 雷 区 3， 随 着 要 求 可 以 进 一 步 设 立 防 雷 分 区 （ 例 如 屏 蔽机 房 内 的 屏 蔽 接 地 的 主 机 柜 ） 。 n IEC分 级 防 雷 级 间 线 路 距 离 不 能 太 短 ， 避 免 前 后 级 防 雷 器 线 路 距 离 太 近 导 致 的 前 级 防雷 器 不 动 作 问 题 末 级 和 设 备 间 线 路

20、 距 离 不 能 太 长 ， 避 免 前 末 级 和 设 备 间 的 线路 感 应 新 的 雷 击 电 压 ， 导 致 的 设 备 端 限 制 电 压 超 过 安 全 值 。 电 源 系 统 的 保 护 - 电 源 保 护 信 号 系 统 的 保 护 （ 包 括 有 线 通 信 、 无 线 通 信 、 网 络 通 信 、 遥 感 遥 测 等 ） - 信 号 保 护 n 根 据 雷 击 引 入 设 备 的 渠 道 对 可 能 遭 受 雷 击 的 设 备 实 施 防 雷 保 护 - 从 防 雷 方案 看 SPD绝 大 多 数 单 位 的 内 部 防 雷 ， 根 据 雷 击 可 能 引 入 的 途

21、径 和 感 应 途 径 不 外乎 从 以 下 几 个 方 面 进 行 保 护 ： 1、 电 源 三 级 防 雷 (IEC相 关 规 定 、 三 级 防 雷 的 要 求 及 原 因 、 分 级 防 雷 的 级 间 距 离 、 8/20和 10/350波 .) 2、 网 络 系 统 防 雷 (网 络 防 雷 注 意 事 项 、 各 种 形 式 的 网 络 、 网 络 专 线 的 防 雷 .) 3、 通 讯 系 统 防 雷 (电 话 线 路 防 雷 、 专 线 系 统 的 防 雷 、 无 线 通 信 .) 4、 信 号 系 统 防 雷 (无 线 通 信 、 监 控 监 视 信 号 、 遥 感 遥 测

22、 遥 控 .) 5、 地 电 位 均 衡 (地 极 防 雷 ) (地 电 压 反 击 、 地 电 位 均 衡 .) n 随 着 科 技 和 经 济 的 发 展 ， 计 算 机 的 应 用 已 越 来 越 广 泛 。 我 们 对 复 杂 的 雷 电 机理 还 在 进 一 步 深 入 了 解 研 究 ， 目 前 的 防 雷 方 案 也 许 还 有 一 定 的 局 限 性 ， 还 难以 完 全 有 效 地 防 止 雷 电 的 破 坏 。 我 们 将 继 续 不 懈 地 研 究 和 探 讨 ， 尽 量 将 雷 击可 能 造 成 的 损 害 减 少 到 最 低 限 度 ， 以 保 障 各 网 络 系 统 的 安 全 运 行 。n 避 雷 器 现 在 的 型 号 和 类 型 都 比 较 多 ， 主 要 以 欧 洲 的 为 主 ， 像 盾 的 MTL的 等 等 ，价 格 又 以 模 拟 量 开 关 量 及 电 源 的 价 格 而 不 同 ， 总 的 来 说 模 拟 量 的 在 500左 右 一个 点 ， 开 关 量 在 50-100左 右 吧 ！ 电 源 的 根 据 电 流 和 电 压 的 不 同 价 格 差 别 挺 大 ！现 在 知 道 的 是 石 油 管 道 在 这 方 面 用 的 最 多 也 最 严 格 ！