雷電對(duì)設(shè)備的危害和預(yù)防措施
發(fā)布時(shí)間：2019-08-05 10:05:01來源：
雷電對(duì)設(shè)備的危害和預(yù)防措施
1 雷電的產(chǎn)生雷電是自然界中一種常見的放電現(xiàn)象?雷擊是一種自然現(xiàn)象,它能釋放出巨大的能量?具有極強(qiáng)大的破壞能力?幾個(gè)世紀(jì)來,人類通過對(duì)雷擊破壞性的研究?探索,對(duì)雷電的危害采取了一定的預(yù)防措施,有效地降低了雷害? 2 雷電危害的種類
雷擊的危害主要有三方面:第一是直擊雷?是指雷云對(duì)大地某點(diǎn)發(fā)生的強(qiáng)烈放電?它可以直接擊中設(shè)備,雷電擊中架空線,如電力線,電話線等?雷電流便沿著導(dǎo)線進(jìn)入設(shè)備,從而造成損壞?第二是感應(yīng)雷?它可以分為靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)?當(dāng)帶電雷云(一般帶負(fù)電)出現(xiàn)在導(dǎo)線上空時(shí),由于靜電感應(yīng)作用,導(dǎo)線上束縛了大量的相反電荷?一旦雷云對(duì)某目標(biāo)放電,雷云上的負(fù)電荷便瞬間消失,此時(shí)導(dǎo)線上的大量正電荷依然存在,并以雷電波的形式沿著導(dǎo)線經(jīng)設(shè)備入地,引起設(shè)備損壞?當(dāng)雷電流沿著導(dǎo)體流入大地時(shí),由于頻率高,強(qiáng)度大,在導(dǎo)體的附近便產(chǎn)生很強(qiáng)的交變電磁場(chǎng),如果設(shè)備在這個(gè)場(chǎng)中,便會(huì)感應(yīng)出很高的電壓,以致?lián)p壞?對(duì)于靈敏的電子設(shè)備,尤需注意?第三是地電位提高?當(dāng)10kA的雷電流通過下導(dǎo)體入地時(shí),我們假設(shè)接地電阻為10Ω,根據(jù)歐姆定律,我們可知在入地點(diǎn)A處電壓為100kV?因A點(diǎn)與B?C?D點(diǎn)相連,所以這幾點(diǎn)電壓都為100kV?而E點(diǎn)接地,其電壓值為0,設(shè)備的D點(diǎn)與E點(diǎn)間有100kV的電壓差,足以將設(shè)備損壞?據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明:直擊雷的損壞僅占15%,感應(yīng)雷與地電位提高的損壞占85%?目前,直擊雷造成的災(zāi)害已明顯減少,而隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,感應(yīng)雷和雷電波侵入造成的危害卻大大增加?一般建筑物上的避雷針只能預(yù)防直擊雷,而強(qiáng)大的電磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)雷和脈沖電壓卻能潛入室內(nèi)危及電視?電話及聯(lián)網(wǎng)微機(jī)等弱電設(shè)備?
3 防雷的方法和技術(shù)
在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天,雖然人類不可能完全控制暴烈的雷電,但是經(jīng)過長(zhǎng)期的摸索與實(shí)踐,已積累起很多有關(guān)防雷的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),形成一系列對(duì)防雷行之有效的方法和技術(shù)? (1)接閃 接閃就是讓在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電能量按照人們?cè)O(shè)計(jì)的通道泄放到大地中去?把一定保護(hù)范圍的閃電放電捕獲到,納入預(yù)先設(shè)計(jì)的對(duì)地泄放的合理途徑之中?避雷針是一種主動(dòng)式接閃裝置,其功能就是把閃電電流引導(dǎo)入大地?避雷線和避雷帶是在避雷針基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?采用避雷針是比較首要?比較基本的防雷措施? (2)接地 接地就是讓已經(jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放入大地,良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓,避免發(fā)生反擊?過去有些規(guī)范要求電子設(shè)備單獨(dú)接地,目的是防止電網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作?接地是防雷系統(tǒng)中比較基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)?接地不好,所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來?防雷接地是防雷設(shè)施安裝驗(yàn)收規(guī)范中比較基本的安全要求? (3)均壓連接 接閃裝置在捕獲雷電時(shí),引下線立即升至高電位,會(huì)對(duì)防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò),并使其電位升高,進(jìn)而對(duì)人員和設(shè)備構(gòu)成危害?為了減少這種閃絡(luò)危險(xiǎn),比較簡(jiǎn)單的辦法是采用均壓環(huán),將處于地電位的導(dǎo)體等電位連接起來,一直到接地裝置?金屬設(shè)施?電氣裝置和電子設(shè)備,如果其與防雷系統(tǒng)的導(dǎo)體,特別是接閃裝置的距離達(dá)不到規(guī)定的安全要求時(shí),則應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線把它們與防雷系統(tǒng)進(jìn)行等電位連接?這樣在閃電電流通過時(shí),所有設(shè)施立即形成一個(gè)“等電位島”,保證導(dǎo)電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差,不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)放電?完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊? (4)分流 分流就是在一切從室外來的導(dǎo)線與接地線之間并聯(lián)一種適當(dāng)?shù)谋芾灼?當(dāng)直接雷或感應(yīng)雷在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿著這些導(dǎo)線進(jìn)入室內(nèi)或設(shè)備時(shí),避雷器的電阻突然降到低值,近于短路狀態(tài),將閃電電流分流入地?分流是現(xiàn)代防雷技術(shù)中迅猛發(fā)展的重點(diǎn),是防護(hù)各種電氣電子設(shè)備的關(guān)鍵措施?由于雷電流在分流之后,仍會(huì)有少部分沿導(dǎo)線進(jìn)入設(shè)備,這對(duì)于不耐高壓的微電子設(shè)備來說仍是很危險(xiǎn)的,所以對(duì)于這類設(shè)備在導(dǎo)線進(jìn)入機(jī)殼前應(yīng)進(jìn)行多級(jí)分流?采用分流這一防雷措施時(shí),應(yīng)特別注意避雷器性能參數(shù)的選擇,因?yàn)楦郊釉O(shè)施的安裝或多或少地會(huì)影響系統(tǒng)的性能? (5)屏蔽 屏蔽就是用金屬網(wǎng)?箔?殼?管等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對(duì)象包圍起來,阻隔閃電的脈沖電磁場(chǎng)從空間入侵的通道?屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對(duì)電子設(shè)備影響的比較有效方法?
4 安裝弱電設(shè)備的建筑物防雷措施
按照防護(hù)范圍可將安裝弱電設(shè)備的建筑物的防雷措施分為兩類,外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)? (1) 外部防護(hù) 外部防護(hù)是指對(duì)安裝弱電設(shè)備的建筑物本體的安全防護(hù),可采用避雷針?分流?屏蔽網(wǎng)?均衡電位?接地等措施,這種防護(hù)措施人們比較重視?比較常見,相對(duì)來說比較完善?弱電設(shè)備的外部防護(hù)首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引人大地;其次是在將雷電流引人大地的時(shí)候盡量將雷電流分流,避免造成過電壓危害設(shè)備;第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規(guī)則的法拉第籠,起到一定的屏蔽作用,如果建筑物中的設(shè)備是低壓電子邏輯系統(tǒng)?遙控?小功率信號(hào)電路的電器,則需要加裝專門的屏蔽網(wǎng),在整個(gè)屋面組成不大于5m-5m,6m-4m的網(wǎng)格,所有均壓環(huán)采用避雷帶等電位連接;第四是建筑物各點(diǎn)的電位均衡,避免由于電位差危害設(shè)備;第五是保障建筑物有良好的接地,降低雷擊建筑物時(shí)接點(diǎn)電位損壞設(shè)備? (2)內(nèi)部保護(hù) 內(nèi)部防護(hù)是指在建筑物內(nèi)部弱電設(shè)備對(duì)過電壓(雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過電壓)的防護(hù),其措施有:等電位聯(lián)結(jié)?屏蔽?保護(hù)隔離?合理布線和設(shè)置過電壓保護(hù)器等措施.從EMC(電磁兼容)的觀點(diǎn)來看,防雷保護(hù)由外到內(nèi)應(yīng)劃分為多級(jí)保護(hù)區(qū)?比較外層為0級(jí),是直接雷擊區(qū)域,危險(xiǎn)性比較高,主要是由外部(建筑)防雷系統(tǒng)保護(hù),越往里則危險(xiǎn)程度越低?保護(hù)區(qū)的界面劃分主要通過防雷系統(tǒng)?鋼筋混凝土及金屬管道等構(gòu)成的屏蔽層而形成,從0級(jí)保護(hù)區(qū)到比較內(nèi)層保護(hù)區(qū),必須實(shí)行分層多級(jí)保護(hù),從而將過電壓降到設(shè)備能承受的水平?一般而言,雷電流經(jīng)傳統(tǒng)避雷裝置后約有50%是直接泄人大地,還有50%將平均流人各電氣通道(如電源線,信號(hào)線和金屬管道等)?
5 電腦通信網(wǎng)絡(luò)弱電設(shè)備的防雷措施
隨著電腦通信設(shè)備的大規(guī)模使用,雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越嚴(yán)重?以往的防護(hù)體系已不能滿足電腦通信網(wǎng)絡(luò)安全的要求?應(yīng)從單純一維防護(hù)轉(zhuǎn)為三維防護(hù),包括:防直擊雷,防感應(yīng)雷電波侵入,防雷電電磁感應(yīng),防地電位反擊以及操作瞬間過電壓影響等多方面作系統(tǒng)綜合考慮? 多級(jí)分級(jí)(類)保護(hù)原則:即根據(jù)電氣?微電子設(shè)備的不同功能及不同受保護(hù)程序和所屬保護(hù)層確定保護(hù)要點(diǎn)作分類保護(hù);根據(jù)雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)做多級(jí)層保護(hù)? (1)電源部分防護(hù) 弱電設(shè)備的電源雷電侵害主要是通過線路侵入?高壓部分有專用高壓避雷裝置,電力傳輸線把對(duì)地的電壓限制到小于6000V(1EEEEC62.41),而線對(duì)線則無法控制?所以,對(duì)380V低壓線路應(yīng)進(jìn)行過電壓保護(hù),按國家規(guī)范應(yīng)有三部分:建議在高壓變壓器后端到二次低壓設(shè)備的總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加避雷器或保護(hù)器,作一級(jí)保護(hù);在二次低壓設(shè)備的總配電盤至二次低壓設(shè)備的配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加裝避雷器保護(hù)器,作二級(jí)保護(hù);在所有重要的?精密的設(shè)備以及UPS的前端應(yīng)對(duì)地加裝避雷器或保護(hù)器,作為三級(jí)保護(hù)? 目的是用分流(限幅)技術(shù)即采用高吸收能量的分流設(shè)備(避雷器)將雷電過電壓(脈沖)能量分流泄人大地,達(dá)到保護(hù)目的,所以,分流(限幅)技術(shù)中采用防護(hù)器的品質(zhì)?性能的好壞是直接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的關(guān)鍵,因此,選擇合格優(yōu)良的避雷器或保護(hù)器至關(guān)重要? (2)信號(hào)部分保護(hù) 對(duì)于信息系統(tǒng),應(yīng)分為粗保護(hù)和精細(xì)保護(hù)?粗保護(hù)量級(jí)根據(jù)所屬保護(hù)區(qū)的級(jí)別確定,精細(xì)保護(hù)要根據(jù)電子設(shè)備的敏感度來進(jìn)行確定? (3)接地處理 一定要求有一個(gè)良好的接地系統(tǒng),因所有防雷系統(tǒng)都需要通過接地系統(tǒng)把雷電流泄人大地,從而保護(hù)設(shè)備和人身安全?如果機(jī)房接地系統(tǒng)做得不好,不但會(huì)引起設(shè)備故障,燒壞元器件,嚴(yán)重的還將危害工作人員的生命安全?另外還有防干擾的屏蔽問題,防靜電的問題都需要通過建立良好的接地系統(tǒng)來解決?
6 施工機(jī)械的防雷措施
公路施工作業(yè)處在露天環(huán)境下進(jìn)行?施工機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)特別是微電子控制裝置受雷電直擊或雷電感應(yīng)過電壓損害的幾率很大?山區(qū)公路在雷雨季節(jié)是雷電襲擊的高發(fā)區(qū),雷電往往會(huì)對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行正面的襲擊;而有時(shí)即使在天空中沒有雨云又不下雨的情況下,感應(yīng)雷也會(huì)時(shí)有發(fā)生,其產(chǎn)生的浪涌電壓入侵并損壞路面攤鋪機(jī)的微電控制裝置? (1)在瀝青混合料攬拌場(chǎng)安裝避雷針裝置 由于瀝青混合料攪拌設(shè)備及其配套機(jī)械集中,比較容易進(jìn)行集中防雷,在拌和場(chǎng)安裝避雷針?避雷針的高度高于攪拌樓的比較高點(diǎn),達(dá)到有效的保護(hù)半徑,防止雷電對(duì)任何一臺(tái)作業(yè)機(jī)械直擊?避雷針接地要可靠,接地網(wǎng)的角鋼樁點(diǎn)埋設(shè)土坑要求1.0m深左右,角鋼在土坑內(nèi)要露出20cm左右,在土坑內(nèi)按比例填滿木炭和顆粒生鹽作為降阻介質(zhì),生鹽與木炭的重量比例為1:10,即1kg生鹽摻合10kg木炭,然后填土復(fù)蓋?這樣可以確保接地電阻值在4歐以下?此外,還對(duì)操作控制室進(jìn)行屏蔽,將操作室內(nèi)微電子控制系統(tǒng)的工作接地?保護(hù)接地與金屬結(jié)構(gòu)的控制室外殼用導(dǎo)體連接在一起,再通過接地引線引入地下接地網(wǎng),使它們保持相等的地電位,預(yù)防靜電及雷電? (2)對(duì)路面攤鋪機(jī)械電氣控制裝置裝設(shè)過電壓保護(hù)器 由于路面攤鋪機(jī)械是隨時(shí)移動(dòng)作業(yè)的,不可能集中避雷,而處在露天環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)械電氣控制裝置比較容易受感應(yīng)雷浪涌電壓的入侵,例如瀝青瀝青攤鋪機(jī)控制路面平整度和控制機(jī)械定位的壓力傳感器等就深受其害?為了保護(hù)這些控制靈敏度極高的機(jī)械微電子控制裝置免遭感應(yīng)雷浪涌電壓入侵損毀,根據(jù)每臺(tái)機(jī)械控制裝置的不同構(gòu)造特點(diǎn),對(duì)其裝設(shè)過電壓保護(hù)器?
7 控制系統(tǒng)及控制室防雷主要措施
控制室如果和生產(chǎn)設(shè)備在同一建筑物內(nèi),其防直擊雷設(shè)施應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的特點(diǎn)綜合確定和設(shè)計(jì)?如果控制室是獨(dú)立的建筑物,應(yīng)按該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三類防雷建筑物的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防??將控制室的墻和層面內(nèi)鋼筋?金屬門窗等進(jìn)行等電位聯(lián)接,并與防直擊雷的接地裝置相聯(lián),使控制室形成一個(gè)法拉第籠,可減少雷電磁脈沖的影響?控制室有許多電纜和外部相聯(lián),因此要對(duì)從室外進(jìn)入控制室的各種電纜采取屏蔽措施,對(duì)容易被雷電波侵入的地方更應(yīng)重視,只有堵死一切雷電導(dǎo)入的端口,才能有效保護(hù)熱工控制系統(tǒng)設(shè)備免受雷電的侵害?控制系統(tǒng)及控制室防雷保護(hù)的三道防線為: ①外部保護(hù):將絕大部分雷電流直接引入大地泄散; ③ 內(nèi)部保護(hù):阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線?信號(hào)線侵入的雷電波危害設(shè)備; ③過電壓保護(hù):限制被保護(hù)設(shè)備上的雷電過電壓幅值? (1)保護(hù)接地:控制系統(tǒng)均有一個(gè)保護(hù)地,該保護(hù)地一般在機(jī)柜和其它設(shè)備設(shè)計(jì)加工時(shí)已在內(nèi)部接好,有的系統(tǒng)已將該保護(hù)地在內(nèi)部同電源進(jìn)線的保護(hù)地(三芯插頭的中間頭)連在一起,有的不允許將保護(hù)地同該線相連,用戶一定要仔細(xì)閱讀廠家提供的接地安裝說明書?不管哪種方式,保護(hù)接地必須將一臺(tái)設(shè)備上所有的外設(shè)或系統(tǒng)的保護(hù)接地連在一起,然后用較粗的絕緣銅導(dǎo)線將各站的保護(hù)接地連在一起,再從一點(diǎn)上與大地接地系統(tǒng)相連? (2)屏蔽地(模擬地):是所有接地中要求比較高的一種?幾乎所有的控制系統(tǒng)都提出屏蔽地一點(diǎn)接地,且接地電阻小于1Ω?在控制系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)部都安置了屏蔽地匯流排,用戶在接線時(shí)將屏蔽線分別接到屏蔽地匯流排上,在機(jī)柜底部,用紙緣的銅辮連到一點(diǎn),然后將各機(jī)柜的匯流點(diǎn)再用絕緣的銅辮或銅條以輻射狀連到接地點(diǎn)上?大多數(shù)的控制系統(tǒng)不僅要求各機(jī)柜屏蔽地對(duì)地電阻小于1Ω,且各機(jī)柜間的電阻也要小于1Ω? (3)從防雷角度看 走線槽及穿線金屬管應(yīng)選擇金屬材質(zhì)而不應(yīng)選用環(huán)氧樹脂等絕緣材料??要將控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)和防雷電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)進(jìn)行等地位聯(lián)接,即使受到雷電反擊,由于它們之間不存在電位差,所以不可能通過雷電反擊構(gòu)成對(duì)電子元件的威脅? (4)接地電阻值的要求 一種觀點(diǎn)則認(rèn)為雷擊事故與接地電阻值有關(guān),因此要求接地電阻值盡可能小?從“引雷入地”的觀點(diǎn)出發(fā),較小的接地電阻值顯然有利于加速雷電能量的對(duì)地釋放?再則,對(duì)控制系統(tǒng)而言,接地也不僅僅是為了防雷?因此不少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)控制系統(tǒng)的接地電阻要求也不同,如電力部門對(duì)熱工控制系統(tǒng)接地電阻的要求:采用獨(dú)立接地時(shí)接地電阻小于4Ω;采用與電氣網(wǎng)共地時(shí)接地電阻應(yīng)小于1Ω;采用防雷地?電氣地?熱工控制系統(tǒng)地三者共地時(shí)應(yīng)小于0.5Ω? (5)防雷浪涌保護(hù) 浪涌保護(hù)器(SPD)是一種限制瞬態(tài)過電壓和分走浪涌電流的器件,可分為強(qiáng)電和弱電SPD?在正常情況下,SPD不對(duì)電路產(chǎn)生影響;當(dāng)浪涌電流侵入時(shí),SPD將所有連接部分與地線短路,使線路中的浪涌電流迅速釋放入地,從而使線路所連接的設(shè)備不受浪涌的侵害;浪涌終止后,使SPD恢復(fù)正常?
8 結(jié)束語
雷電災(zāi)害對(duì)電氣控制裝置的侵害是一種常見的自然災(zāi)害,為避免雷電對(duì)其侵害,應(yīng)根據(jù)機(jī)械電氣控制設(shè)備的不同構(gòu)造特點(diǎn)而采用不同的防雷方法?只要合理地選用防雷設(shè)備,應(yīng)定期由專業(yè)防雷公司檢測(cè)防雷設(shè)施,評(píng)估防雷設(shè)施是否符合國家規(guī)范要求,設(shè)立防范雷電災(zāi)害責(zé)任人,負(fù)責(zé)防雷安全工作,建立各項(xiàng)防雷安全工作,建立各項(xiàng)防雷設(shè)施的定期檢測(cè),雷雨后的檢查和日常的維護(hù)?在防雷設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí),應(yīng)根據(jù)地質(zhì)?土壤?氣象?環(huán)境?被保護(hù)物的特點(diǎn),雷電活動(dòng)規(guī)律等因素綜合考慮,采用安全可靠?技術(shù)先進(jìn)?經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)施工?就會(huì)大大降低雷電災(zāi)害帶來的損失?