電氣安全第四章雷電、建筑物防雷及工程接地.

1、第三章 雷電、建筑物防雷及工程接地裝置雷電是雷云之間或雷云對地面放電的一種自然現(xiàn)象，而雷電流通過地表的被擊物時，具有極大的破壞性。為了計算研究雷電過電壓和 采取有效的防雷措施，人們對雷電進(jìn)行了長期的觀測，積累了不少的 有關(guān)雷電參數(shù)的資料，并研究雷電產(chǎn)生的過程和規(guī)律，為防止雷電的 危害，采取有效措施奠定了理論基礎(chǔ)。第一節(jié) 雷電與雷電參數(shù)一、雷電的形成及危害1、雷電的形成大氣中帶有電荷的云團(tuán)稱為雷云，雷云是產(chǎn)生雷電的先決條件， 雷電包括雷云對大地放電和云團(tuán)放電，但研究重點是雷云對大地間的 放電形式。按雷電發(fā)展方向，雷電可分為 下行雷和上行雷，而雷電的 極性是按照雷云完成大地的電荷符號決定的，實例表

2、明，90%左右的雷電為負(fù)極性，下行的負(fù)極性雷對地 放電可分為三個階段：先導(dǎo)放電、 主放電、余輝放電。（1）、雷電的先導(dǎo)放電過程：雷云帶有電荷后，往往電荷集中在幾個帶電中心，當(dāng)某一點的電 荷較多，且在他附近的電場強(qiáng)度達(dá)到足以使空氣游離擊穿時 （25-30kv/cm）,空氣開始游離一一形成 先導(dǎo)放電通道（通道導(dǎo)電性 好，溫度高）一一云中電荷沿先導(dǎo)通道向下運動一一強(qiáng)度達(dá)到一定值 會又引起空氣游離先導(dǎo)放電逐級發(fā)展（一般每發(fā)展50m左右就會有一個30-90us的間歇），故先導(dǎo)放電平均速度較慢。先導(dǎo)通道發(fā) 展初期，其方向不固定，當(dāng)它距地面高度達(dá)到一定值時（ 定向高度）， 在地面上的突出物可能產(chǎn)生向上的迎面

3、先導(dǎo)，且迎面先導(dǎo)面向下行先 導(dǎo)發(fā)展形成主放電并決定雷擊點。當(dāng)先導(dǎo)通道的頭部與迎面先導(dǎo)上的異號感應(yīng)電荷或與大地之間距離較小，在下行先導(dǎo)極高電位下，可把剩余空氣間隙擊穿，便形成放電第二階段主放電（2）、雷電的主放電階段：當(dāng)先導(dǎo)通道頭部與大地短接時，主放電階段開始。主放電階段先 導(dǎo)通道成為更高電導(dǎo)的通道，且發(fā)展速度較快， （0.07-0.5倍光速）， 主放電是從地面向云中發(fā)展，當(dāng)主放電通道達(dá)到云端時，主放電結(jié)束。主放電持續(xù)時間不超過100us,電流幅值可達(dá)幾十KA甚至幾百KA，電流的瞬間值是隨主放電向高空發(fā)展而逐漸減小，形成雷電流沖擊波形，主放電時通道中會發(fā)生聲、光、熱現(xiàn)象且電流突變產(chǎn)生的 較大磁場

4、變化具有很大破壞作用。（3）、余輝放電階段：主放電結(jié)束后，云中剩余電荷沿雷電流通道迅速流入大地，形成余輝放電，其電流是逐漸較弱的，持續(xù)時間幾毫秒。由于云中存在幾個電荷電，極雷電往往是重復(fù)的，有時重復(fù)2-3 次，通常第一次放電后經(jīng)過幾十毫秒間隔沿第一次放電通道又開始第 一次放電，不同之處在于先導(dǎo)放電不再分級，雷電流較第一次小。經(jīng)統(tǒng)計每次放電對地 泄放電荷總量在很大范圍變化（不足1庫至幾百 庫），平均35C。其中30%-50%是余輝放電沿主放電通道接入大地。2、雷電的危害：（1）、破壞作用的四種基本形式：1） 直擊雷：雷直接擊在建筑物或其他物體上。特點：過電壓咼（可咼 達(dá)幾百萬甚至上千萬伏）、電流

5、大（可達(dá)幾十KA甚至幾百KA ）、危 害大。2）感應(yīng)雷：由于雷電流強(qiáng)大電場和磁場變化產(chǎn)生的靜電感應(yīng)、電磁 感應(yīng)過電壓。特點：過電壓較低（一般不超過500kv）,電流小，危 害相對較弱。3）雷電波侵入：雷電過電壓 沿輸電線路侵入 變電所或用戶而造成較 大傷害。4）球形雷：一個溫度較高，并發(fā)出紅色光亮的球體 。（一般直徑約10-20cm 以上）（2）、雷電的危害：1）熱效應(yīng)：雷擊點發(fā)熱量約為5000-20000MJ,易造成燃燒及金屬熔 化。2）機(jī)械力效應(yīng)：雷電流通過溫度很高，一般為 6000-20000度。被擊 物內(nèi)部水分變熱急劇汽化，因膨脹會產(chǎn)生機(jī)械力，破壞被擊物。3）雷電流的電磁效應(yīng)：強(qiáng)烈的電

6、磁場變化會感應(yīng)出較大電磁場，危 及設(shè)備安全。二、雷電參數(shù)1、雷擊時計算雷電流的等值電路和雷電流的幅值：（1）、等值電路：雷電放電過程如下圖所示若大地為一理想導(dǎo)體，雷云放電所至之 處電阻為零，設(shè)先導(dǎo)通道電荷感應(yīng)為負(fù)，主放電速度極快(實則為光 速的0.1-0.5倍)，實踐表明：雷電通道具有分布參數(shù)的特征，其波阻 抗為Z,等值電路略。若雷擊于具有分布參數(shù)特性的避雷針，線路塔 桿、地線或?qū)Ь€，則雷電流運動流過被擊物體的電流波幅值可以計算。 結(jié)論：流經(jīng)被擊物體的雷電流與被擊物波阻抗 Z有關(guān)，Z越大雷電流 越小。雷電流幅值：當(dāng)Z=0時，流經(jīng)被擊物體的電流叫做雷電流。 實際上雷擊于小于30Q接地電阻的物體時

7、，就可以為流過該物體電 流等于雷電流。(2) 、雷電流幅值：雷電通道波阻抗Z是沿雷擊通道運動的電壓波與電流波的比值。有關(guān)規(guī)程中波阻抗Z取300-400Q o雷電流應(yīng)為一非周期沖擊波，其幅值與被擊物及自然條件有關(guān)，是個 隨即變量，只有通過大量實例，才能正確估計其概率分布規(guī)律。2、雷電流的波形：雷電流的波頭和波尾都是隨即變量，其平均波尾為40us左右，中等強(qiáng)度以上雷電流其波頭大致在 1-4us，幅值增加，速度遞增。一般 計算用波頭取2.6us，即認(rèn)為雷電流平均上升速度為l/2.6us，雷電流 波形對防雷設(shè)計是有意義的，在一般線路防雷設(shè)計中，波頭可取斜角 波，但在設(shè)計特殊高塔時，可取半余弦波頭。3、

8、雷暴日與雷暴小時：在進(jìn)行防雷設(shè)計時須掌握當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒右?guī)律，從實際出發(fā)，采用適當(dāng)?shù)姆览状胧嵤├纂姺雷o(hù)，雷暴日（每年中有雷暴的日數(shù)），雷暴小時（兩者關(guān)系近1:3）是重要數(shù)據(jù)。按雷暴日分：以40為中等強(qiáng)度雷電流活動區(qū)（如長江流域及淮北某地區(qū)）；強(qiáng)雷區(qū)：超過90 （如華南某些地區(qū)）；多雷區(qū)：超過40 （長 江以南至北回歸線的大部分地區(qū) 40-80）;少雷區(qū)：少于15 （如西北 地區(qū)）4、地面落雷密度和輸電線沿路雷次數(shù)地面落雷密度：每一雷暴日，每平方公里地面遭受雷擊的次數(shù) 。5、雷電沖擊過電壓：由雷云放電過程可知，雷電流幅值大，變化快，故會產(chǎn)生作用時間短暫幅值高的過電壓 雷電沖擊過電壓。第二節(jié)雷電能

9、量在導(dǎo)體上的傳輸雷云放電會在供配電系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓， 其幅值取決于雷電參數(shù)和防雷措施，雷害的產(chǎn)生和防護(hù)中都存在能量的傳遞過程， 本節(jié)介紹 雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸。一、傳輸線1、集中參數(shù)電路與分布參數(shù)電路：（1）集中參數(shù)電路：電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于工作于其上的電磁波波 長，經(jīng)典電工理論均適用于此類電路。（2）分布參數(shù)電路：電路的幾何尺寸與工作于其上的電磁波波長可以比擬時，經(jīng)典電工理論不適用于此電路。2、傳輸線：(1) “長線”與“短線”區(qū)別：工頻正弧50HZ X = V/f = 3 X108/50=6000km,若線路長600m僅占波長萬分之一，可視為短線，若 f=5MHZ 時，X = 3X 10

10、8/5X 106=60m,在 600m 長線路有 10T 完整 電壓正弦波，可視為長線此時，電流電壓是時間和位置的函數(shù)，即尸 a(x,t) i=i(x,t)。(2) 傳輸線的波阻抗：波阻抗Z:在傳輸線上注意一點，在外界條件不變的情況下，該 點上同一方向傳輸電壓波與電流波比值即Zc (x)二Mx,t)/i(x,t)。若Zc (x)與電壓大小無關(guān)，線性且各點均相等，則稱為均勻傳輸線！(3) 傳輸線的等效電路：(以單根導(dǎo)線為例)如圖為單導(dǎo)線等值電路：見 PPT式中L0、r0、C0、g0分別為線路單位長度的電感、電阻、電容、電 導(dǎo)，一般情況下，輸電線路對地電導(dǎo)很小可略去，為局化分析，以單 根無損單導(dǎo)線

11、為例分析，略去r0、g0,從而簡化波動方程！ 二、傳輸線上的波過程：1、波動方程：(單根無損導(dǎo)線)用拉化變換求解而進(jìn)行反拉化變換則得：U(x,t) = Pf(x,t)+ b(初t)尸 Pf(t x/v)+ b(t+x/v)i(x,t) = if(x,t)+ i b(x,t)i = if(t x/v)+ i b(t+x/v)叭x,t) = L0/Co*i f(x,t)v=1/ (L0*Co) 1/2(x,t) = -L0/Co*i b(x,t)式中：臥x,t) = Pf(t x/v)電壓前行波血(x,t)=比(t+x/v)電壓反行波if(x,t) = if(t x/v) 電流初行波 ib(x,t

12、) = ib(t+x/v) 電流反行波v=1/(LO*Co ) 1/2理解示例：以 叭t x/v)為例，假定當(dāng)Z1= t時線路上位置為x1，此 點電壓互數(shù)值為Ua,與時間由電壓前行波臥t x/v)流動示意圖，t1等于t2時，具有相同電壓值 Ua的點必須滿足：t1 x1/v = t2 x2/v f tx/v =常數(shù)，微分得：兇£= v, v是波速，對固定電壓值 Ua而言，它在導(dǎo)線上的坐標(biāo)是以速度 v向x正方向移動的，因此，Pf(t x/v)代表一個以速度v向x正方向行進(jìn)的電壓波，同樣可以說明血(t+x/v)代表一個以速度v向x負(fù)方向行進(jìn)的波，我們稱之為反行電 壓波，同理解，ib為電流前

13、行波，電流反行波！結(jié)論：傳輸線上電壓和電流都是由一個前行波和一個反行波迭加而 成，其波速相同均為v=1/ (L0*Co)1/2，根據(jù)波阻抗的定義：Zc =(L0/Co)1/2可見：架空線上波速為光速，若為絕緣導(dǎo)線如電纜，一般為光速的 1/2-1/3，架空線波阻抗Zc 一般為500 Q左右，電纜Zc的為十幾至幾 十Q。波阻抗與集中參數(shù)中電阻的異同點：單位相同均為Q,但R消耗能量 而Zc = ( L0/Co)1/2不消耗能量，同時R與導(dǎo)線長度有關(guān)而Zc無關(guān)！ 綜上所述：無損單導(dǎo)線波過程基本規(guī)律由下面四個方程揭述：U = Uf+Ub i=if+ib Uf=Z*if Ub=-Z*ib 含義：導(dǎo)線上任何

14、一點的電壓或電流等于通過該點的前行波與反行波之和，前行電壓波與電流波之比為Zc,反行電壓波與電流波之比為Zc,注意：電壓波、電流波的極性！另 Z充jf+ub/if+ib !2、行波的折射與反射：(1) 現(xiàn)象：在電力系統(tǒng)中經(jīng)常遇到線路末端與另一不同波阻抗的線 路相連，如一架空線路與一電纜相連，線路末端接有集中參數(shù)阻抗等， 當(dāng)行波運動到波阻抗發(fā)生變化的位置時， 根據(jù)能量守恒原理，節(jié)點兩 側(cè)電能與磁場能不變，貝泌須引起電流、電壓的變化，這種現(xiàn)象就是行波在節(jié)點發(fā)生折射與反射。(2) 行波的折射與反射規(guī)律：表達(dá)式見 P122 式 4-6 4-7 4-8 4-9電流波：表明了磁場能量的傳播。電壓波：表明了

15、電場能量的傳播。波阻抗：表明了磁場與電場能量的比例。根據(jù)能量守恒定律，波阻抗變化時，會發(fā)生電場和磁場能量的 轉(zhuǎn)換，使電流波和電壓波發(fā)生變化。(3) 舉例：例 4 1:見 P122 圖 4 10結(jié)論：1)線路末端開路Z2Ta= Z A 1,末端電壓升高一倍， 電流為零，全部磁場能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿埽?)末端短路時，Z2ixa= 03= 1,末端電流全反射，電流升高一倍而電壓為零，即全部電場能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?3）、彼得遜法則：（又稱波過程的戴準(zhǔn)南定理）特點：用集中參數(shù)電路來等效求解兩根波阻抗不同的傳輸線連接處折射波大小的一種特殊方法。使用條件：傳輸線Z2中沒有反射波或反行波到達(dá)節(jié)點 A ！例4 - 2:某

16、變電站母線上有一路電源進(jìn)線和 n路饋線，若計算從電 源進(jìn)線入侵的過電壓波在母線上及各饋線上產(chǎn)生的過電壓， 可用彼得 遜等值電路。結(jié)論：a= Z/n-折射系數(shù)，可見連在母線上的線路愈多，則母線上的電壓和其上升的速度就愈低！例4-3、直角行波通過串聯(lián)電感或并聯(lián)電容：在電力系統(tǒng)中常會遇到線路和電感與電容的各種方式聯(lián)結(jié)，當(dāng)行波通過串聯(lián)電感或并聯(lián)電容時，將在波形和幅值上影響入侵波。1）無窮長直角波通過串聯(lián)電感：可見：無論折射波還是反射波均由強(qiáng)制分量和自由分量組成，自由分量隨時間t逐漸長或最終至零，快慢由時間常數(shù) T決定！當(dāng)t = 0時, Pf=比，這是由于電感中電流不能突變，此時相當(dāng)于開路，全部磁場 能

17、轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿?，使電壓升高一倍（全反射），隨后按指數(shù)規(guī)律變化， 當(dāng)t-K, 2f= a燄，波形發(fā)生變化，直角波變成指數(shù)波頭，使陡度 降低。結(jié)論：最大陡度與Z1無關(guān)，反由Z2和L1決定，L1越大，陡度降 低越多！2）無窮長直角波通過并聯(lián)電容：結(jié)論：最大陡度與Z2無關(guān)，反由Z1和C決定，C越大，陡度降低 越多！第三節(jié)工程防雷體系及建筑物防雷類別一、工程防雷體系1、工程防雷標(biāo)準(zhǔn)簡述IEC/TC81 國際電工委員會雷電防護(hù)技術(shù)委員會。IEC-61024（1990實施）IEC-62305 （2003始逐漸替換 IEC-61024）IEC/TC64 國際電工委員會建筑物電氣裝置和電擊防護(hù)技術(shù) 委員會。IEC

18、/TC37國際電工委員會避雷器和電涌保護(hù)器技術(shù)委員會。2、工程防雷體系結(jié)構(gòu)（見 P124關(guān)系圖）二、建筑物防雷類別1、建筑防雷類別劃分的目的與結(jié)果（1）目的。明確建筑物受雷擊的概率，明確建筑物受雷擊后果的嚴(yán) 重程度，明確防護(hù)嚴(yán)密程度要求。（2）類別劃分。劃分為三個類別。一類防雷要求最高，二類次之，三類最低。不在以上三個類別中的建筑物，可不做人工防雷。2、建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)N計算該參數(shù)表明了建筑物受雷擊的概率，有專門的工程計算方法，與 建筑物體量、雷電氣象參數(shù)、建筑物所處位置環(huán)境狀況等有關(guān)。該參數(shù)是劃分建筑物防雷類別的重要依據(jù)之一第四節(jié)建筑物外部防雷系統(tǒng)外部防雷系統(tǒng)是建筑防雷體系中的第一道防線

19、， 是內(nèi)部防雷的基 礎(chǔ)，是預(yù)防性體系。主要防直擊雷(含頂擊和側(cè)擊)，也包括反擊。基本思路：控制雷電能量走向，使其以對建筑物危害最小的方式 泄放。一、建筑物外部防雷系統(tǒng)構(gòu)成(由接閃器、引下線和接地裝置構(gòu)成)1、接閃器(1) 作用：弓I雷擊向自身，以控制雷云向建筑物放電的部位， 實質(zhì)為引雷器。一般設(shè)置在咼出建筑物的咼度上。(2) 原理：利用自身高出建筑物的突出地位和金屬材料能夠快 速聚集大量電荷的特性，以及尖端放電機(jī)理，控制雷電先導(dǎo)的發(fā)展方 向。(3) 類型：人工接閃器，自然接閃器。人工接閃器：避雷針、 線、帶、網(wǎng)等。自然接閃器：金屬屋面、桿塔等。2、引下線：(1) 作用：將接閃器接受的雷電能量由

20、高處引向大地。(2) 常見類型：人工引下線，自然引下線。人工引下線：鍍鋅圓 鋼、扁鋼，同軸屏蔽電纜等。自然引下線：建筑物柱內(nèi)鋼筋等，構(gòu)筑 物金屬桿體等。3、防雷接地體(1) 作用：使雷電能量更有效率地向大地泄放。(2) 常見類型：自然接地體，人工接地體。詳見本章工程接地裝置部分 二、接閃器保護(hù)范圍常用保護(hù)范圍計算方法：滾球法、網(wǎng)格尺寸法、折線法（不推薦） 1滾球法（1） 原理：設(shè)立以hr為半徑的一個假想硬殼球體（稱為滾球）， 沿需要防直擊雷的部位滾動，當(dāng)球體只能觸及接閃器、或只觸及接閃 器和地面，而不能觸及被保護(hù)建筑物時，則建筑物各部位就得到接閃 器的保護(hù)，否則需要對建筑物上被滾球觸及的區(qū)域進(jìn)

21、一步設(shè)置保護(hù)，（2）應(yīng)用：用于各種接閃器保護(hù)范圍確定，也用于較高建筑物對 鄰近較低建筑物保護(hù)范圍確定。（3）滾球半徑hr取值：按建筑物防雷類別固定取值，一類防雷建筑：30m;二類防雷建筑：45m;三類防雷建筑：60m。2、網(wǎng)格尺寸法控制避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸大小，就能有效地保護(hù)建筑物。（以下單位: m）一類防雷建筑：5X5或6X4以下。二類防雷建筑：10X10或12X8以下。三類防雷建筑：20X20或24X16以下。滾球法與網(wǎng)格尺寸法的關(guān)系：滾球法適用于任何接閃器，網(wǎng)格 尺寸法適用于避雷網(wǎng)。對避雷網(wǎng)，兩種方法可各自獨立應(yīng)用，滿足其 一即可小結(jié):滾球法：準(zhǔn)確性較好，概念明晰，適用面廣，建筑電氣工程多有

22、采用，特別適用于避雷針、線的保護(hù)范圍確定。網(wǎng)格尺寸法：簡單明了，對避雷網(wǎng)式接閃器特別方便。折線法：準(zhǔn)確性和應(yīng)用方便性不好，但電力工程中仍在采用。三、典型接閃器保護(hù)范圍計算1避雷針保護(hù)范圍計算(1) 、單只避雷針保護(hù)范圍計算(分針高小于和大于滾球半徑兩種情 況。)針高大于滾球半徑時，高出滾球半徑的部分對增大保護(hù)范圍無效，保護(hù)范圍按針高等于滾球半徑計算。(2) 兩只等高避雷針保護(hù)范圍計算2、避雷線的保護(hù)范圍只考慮等高桿塔的情況。分避雷線高小于和大于滾球半徑兩種情況。(1、單根避雷線保護(hù)范圍四、外部防雷系統(tǒng)導(dǎo)致的次生雷害1、反擊及防護(hù)(1、反擊原理。雷電流下泄入地的過程中，會在引下線和接地阻抗 上產(chǎn)

23、生壓降， 該壓降使接地體和引下線上產(chǎn)生很高的對地電壓， 位置越高，對地電 壓越大。該電壓可能高到擊穿一定厚度的空氣或土壤的程度， 向仍處 于地電位的金屬體放電，產(chǎn)生與雷擊放電類似的危害。這種現(xiàn)象稱為 反擊。（2）反擊的防范間距：使防雷引下線和接地體與其他金屬體間拉開足夠的距離， 增大擊穿所需電壓，從而避免反擊。一般地上間距大于5m,地下大于3m。等電位：在確信不會產(chǎn)生其他不良后果的前提下，將引下線與 附近的金屬體電氣聯(lián)通，強(qiáng)制等電位，避免反擊發(fā)生。2、雷電電磁感應(yīng)防護(hù)（1）產(chǎn)生原理（圖見下頁）（2）危害：缺口火花放電或高壓擊穿，感應(yīng)過電流（3）防護(hù)措施：僅一類防雷建筑需要考慮。通過跨接等方式閉

24、合開 口金屬環(huán)、避免出現(xiàn)大的金屬環(huán)路。*還有一種靜電感應(yīng)雷危害，其防護(hù)方式此處不作介紹。五、側(cè)擊雷及其防護(hù)需要防側(cè)擊雷的部位：滾球法確定。防護(hù)方法：建筑邊梁或圈梁中主鋼筋焊接環(huán)通，并與外墻所有金屬 體及頂擊雷防雷引下線電氣連接。每三層作一次。第五節(jié) 建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)及雷擊電磁脈沖防護(hù)一、傳統(tǒng)建筑物防雷與雷擊電磁脈沖防護(hù)的關(guān)系傳統(tǒng)的建筑物內(nèi)部防雷：主要是防雷電感應(yīng)和雷電波沿管線的 侵入，防護(hù)的目標(biāo)是 避免在建筑物內(nèi)引起火花放電和出現(xiàn)電位差 。涉及建筑物內(nèi)電氣電子系統(tǒng)防雷問題時，又將雷電感應(yīng)（輻射 耦合的雷電能量）和侵入雷電波（傳導(dǎo)耦合的雷電能量）統(tǒng)稱為雷擊 電磁脈沖，防護(hù)的目標(biāo)是避免電氣電子設(shè)

25、備損壞， 防護(hù)體系的名稱叫 雷擊電磁脈沖防護(hù)。技術(shù)措施重疊區(qū)域：雷擊電磁脈沖防護(hù)分兩個環(huán)節(jié)，其一在建 筑物上實施，其二在電氣電子系統(tǒng)中實施。在后一環(huán)節(jié)，雷擊電磁脈 沖防護(hù)與傳統(tǒng)建筑物內(nèi)部防雷措施部分重疊。重疊區(qū)域處理：不重復(fù)實施。二、傳統(tǒng)建筑物內(nèi)部防雷措施1感應(yīng)雷及其防護(hù)（1）設(shè)置防感應(yīng)雷的接地裝置。建筑中所有金屬都接于該地，以避 免出現(xiàn)電位差。（2）封閉開口金屬環(huán)；避免大面積金屬環(huán)路。如：管線連接處跨接, 平行金屬管線之間跨接等。目的：避免感應(yīng)電壓擊穿空氣產(chǎn)生電火花 2.侵入雷電波的防護(hù)路徑：沿金屬管線由室外引入。防護(hù)方法：在金屬管線進(jìn)入建筑物處作等電位聯(lián)接（消除由室外引 入的電位差），并與

26、防感應(yīng)雷接地裝置相連（泄放由室外引入的雷電能量）。三、雷擊電磁脈沖防護(hù)的防雷區(qū)及劃分1問題的提出：隨著計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，各種形式的 電子信息系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，目前，無論是商業(yè)、工業(yè)自動控制還是 智能化建筑，其主要核心均使用微電子系統(tǒng)設(shè)備， 而雷電流強(qiáng)的電磁 場會通過輻射耦合及傳導(dǎo)耦合將電磁場能量傳遞至靈敏的微電子設(shè) 備電路中，影響系統(tǒng)的正常運行，對于這些高資金投入又高度復(fù)雜的 控制系統(tǒng)，無論從經(jīng)濟(jì)還是從安全方面考慮， 均不希望由于雷電的影 響而導(dǎo)致運行中斷，可見該系統(tǒng)防雷安全保護(hù)的重要性。2、相關(guān)概念：（1）雷擊電磁脈沖（LEMP Lightning Electroma

27、gnetic impulse）:是 指與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射。主要指作為干擾源的閃電電流和閃 電磁場。（2）雷電防護(hù)系統(tǒng)（LPS）:是指針對某一空間進(jìn)行雷電效應(yīng)防護(hù)的 整套裝置。它由外部雷電防護(hù)系統(tǒng) 和內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng) 兩部分組成。 外部防直擊雷，內(nèi)部防感應(yīng)雷、反擊、侵入過電壓。（3）干擾源：雷電流。作為干擾源的雷電流是一個 能量極高的自然 現(xiàn)象，雷電可以釋放出幾百兆焦耳的能量，與靈敏電子設(shè)備僅為毫焦 耳量級承受能力相差懸殊，傳統(tǒng)的防雷方式對微電子設(shè)備無法起到保 護(hù)作用。（4）LEMP的干擾主要是指以下三種情況:1）自然界雷電波電磁輻射 對建筑物內(nèi)部電器電子設(shè)備的電磁干擾。2）流經(jīng)防雷設(shè)置

28、的雷電流 對建筑物內(nèi)部電子電器設(shè)備的電磁干擾。3）沿各種外部管線傳導(dǎo)引入的雷電電磁波 對建筑物內(nèi)部電器電子設(shè) 備的干擾。研究特點：主要考慮對低壓系統(tǒng)和電子信息系統(tǒng) 的影響，而這些系 統(tǒng)的承受能力可能低至mJ級，因此傳統(tǒng)外部防雷系統(tǒng)不能有效防護(hù)。 2、防雷區(qū)及劃分是指閃電電磁脈沖需要限定和控制的那些區(qū)域 。根據(jù)被保護(hù)空間 可能遭受LEMP的嚴(yán)重程度及被保護(hù)系統(tǒng)（設(shè)備）所要求的電磁環(huán) 境，可將被保護(hù)空間劃分為不同的區(qū)域（稱為防雷區(qū)），以確定各部 分空間LEMP的嚴(yán)重程度，并明確各區(qū)交界處的傳導(dǎo)電流連結(jié)點的 位置。與建筑物防雷類別的區(qū)別：建筑防雷類別：對不同建筑的整體劃分，防直擊雷、感應(yīng)雷等。防雷區(qū)

29、：對同一建筑內(nèi)部的空間劃分，防 LEMP。各防雷區(qū)以其邊界處電磁條件有明顯變化為特征 ，各防雷區(qū)定義 如下：（1）LPZ0A區(qū)：本區(qū)內(nèi)各物體都可能遭受雷擊，各物體都可能導(dǎo)走 全部雷電流，本 區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減。女口：建筑物接閃器保護(hù)范圍 以外的區(qū)域，像屋面未作保護(hù)的空調(diào)冷卻搭所處區(qū)域。（2） LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)各物體不可能遭受直接雷擊，但電磁場并未 衰減。女口：屋面以上接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的空間。LPZ0A和LPZ0B區(qū)般都處于建筑物外。（3）LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)各物體不可能遭受直接雷擊，流經(jīng)導(dǎo)體的電流 進(jìn)一步減小，電磁場可能衰減。如：頂層室內(nèi)空間。（4）隨后的防雷區(qū)LPZ2、3根據(jù)系統(tǒng)（設(shè)備）承

30、受能力做進(jìn)一步 劃分。一般，防雷區(qū)序號越咼，其電磁環(huán)境參數(shù)就越低，在各個區(qū)界面 處，所有穿越的金屬物體應(yīng)等電位聯(lián)結(jié)，并盡可能采取屏蔽措施。注意：建筑物內(nèi)部的電磁場會受到開孔（如窗口）、金屬導(dǎo)體（如等電 位聯(lián)結(jié)帶、電纜屏蔽層和金屬管道）等的影響，見P134圖4-184-20。四、實施在建筑物上的雷擊電磁脈沖防護(hù)措施1等電位聯(lián)結(jié)（1）等電位聯(lián)結(jié)的目的：目的在于減小防雷空間內(nèi)各金屬部件及各 系統(tǒng)之間的電位差。在不同防雷區(qū)的交界面實施。 作用：均衡電位， 分流。主要技術(shù)指標(biāo)：分流系數(shù)。（2）等電位聯(lián)結(jié)的要求：1）對防雷區(qū)（LPZ）內(nèi)部的金屬部件及系統(tǒng)應(yīng)做等電位聯(lián)結(jié)。2）對穿越各界面的金屬部件及系統(tǒng)均應(yīng)

31、在各 LPZ區(qū)界面處做等電位 聯(lián)結(jié)。3）應(yīng)采用連接導(dǎo)線和線夾在等電位聯(lián)結(jié)處做等電位聯(lián)結(jié)。4）在需要的地方采用浪涌保護(hù)器（SPD）的等電位聯(lián)結(jié)。浪涌保護(hù)器也稱電泳保護(hù)器，是用于限制暫時過電壓和分流浪涌 電流的裝置（后面將做詳細(xì)論述）。（3）等電位聯(lián)結(jié)具體做法：1）、在LPZOA或LPZOB與LPZ1區(qū)界面處的等電位聯(lián)結(jié)：*所有進(jìn)入建筑物的外來導(dǎo)電物均應(yīng)在界面處等電位聯(lián)結(jié)*當(dāng)外來導(dǎo)電物、電力線、通信線在不同地點進(jìn)入時，宜設(shè)若干等電位連接帶。并就近接至環(huán)形接地體內(nèi)部環(huán)形導(dǎo)體的鋼筋上。*環(huán)形接地體和內(nèi)部環(huán)形導(dǎo)體應(yīng)連到鋼筋或其他屏蔽構(gòu)建上，且每隔5m聯(lián)結(jié)一次。2）、在各后續(xù)防雷區(qū)的界面上等電位聯(lián)結(jié)：與1

32、）相同，均應(yīng)在區(qū)界面處等電位聯(lián)結(jié)，只是采用局部等電位 聯(lián)結(jié)，即設(shè)在LPZ0區(qū)以后各反雷區(qū)交界處的等電位連接帶。3）、金屬物體的等電位聯(lián)結(jié)：所有大尺寸建筑物內(nèi)部（如電梯、吊車、金屬門柜等等），其等電 位聯(lián)結(jié)應(yīng)以最短路徑接到最近的等電位連接帶上。4）、信息系統(tǒng)的等電位聯(lián)結(jié)：信息系統(tǒng)的所有外露可導(dǎo)電物應(yīng)建立等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò) ，信息系統(tǒng) 的金屬部件如箱體、外殼、機(jī)架等，建筑物的共用接地系統(tǒng)的等電位 聯(lián)結(jié)有兩種主要結(jié)構(gòu)：S型（星型）結(jié)構(gòu)、M型（網(wǎng)絡(luò)型）結(jié)構(gòu)。2、屏蔽（1）屏蔽的目的：建筑物屏蔽是衰減電磁干擾的基本措施 ，其目的 是對微電子設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，其原理是對兩個空間區(qū)域之間進(jìn)行金 屬隔離，控制電場

33、、磁場及電磁波從一個區(qū)域向另一個區(qū)域感應(yīng)和輻 射。影響屏蔽效果的因素很多，其有效性不僅與房間設(shè)備的屏蔽體本 身有關(guān)，還與有效電子設(shè)備的電源線、信號線接口的過電壓防護(hù)等電位連結(jié)及接地措施有關(guān)。作用：主要衰減輻射耦合的LEMP。主要技 術(shù)指標(biāo)：衰減系數(shù)。（2）屏蔽的要求：1）、為改善電磁環(huán)境，與建筑物組合在一起的所有大尺寸金屬物應(yīng)做 等電位聯(lián)結(jié)并連到防雷裝置上。2）、在需要保護(hù)的空間內(nèi)采用屏蔽時， 其屏蔽層應(yīng)至少在兩端以及在 防雷區(qū)交界處做等電位連結(jié)。3）連結(jié)各分開的建筑物電流應(yīng)在金屬電流管道內(nèi)，這些金屬物從一 端到另一端應(yīng)是等電位貫通，并連到各分開建筑物等電位連結(jié)帶上。（4）屏蔽方法：（基本方法

34、）1）電磁脈沖干擾頻率較高時，采用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生渦流， 形成對外來電磁波的抵抗作用。2）電磁脈沖干擾頻率較低時，采用高導(dǎo)磁率的金屬材料使磁力線無 法穿透屏蔽層。3）對高頻、低頻電磁脈沖干擾源均要求防護(hù)時，可以應(yīng)用不同的金 屬材料或多層復(fù)合的屏蔽。例如法拉第龍工程中常見屏蔽種類見P136 表 4-3。3、接地建筑物內(nèi)做了等電位聯(lián)結(jié)的各種金屬體均應(yīng)接地， 且均應(yīng)接至電氣 裝置接地體上，若外部防雷接地獨立，注意防止反擊。第六節(jié)工程接地裝置一、接地裝置：1接地的概念及分類：將電氣設(shè)備必須接地的部分與大地做良好的金屬連接稱為接地 ， 埋在地中與大地接觸的金屬導(dǎo)體或金屬導(dǎo)體組稱為 接地體。電氣設(shè)

35、備 的接地部分與接地體連接用的金屬導(dǎo)線稱為 接地線。接地體與接地線 的總和稱為接地裝置。其主要作用是向大地均勻的泄放電流。分類：工作接地、保護(hù)接地、防雷接地。2、接地裝置的設(shè)計、安裝：（1）、接地體：分自然接地體、人工接地體1） 自然接地體：指兼做接地用的直接與大地接觸的各種金屬管道（輸 送易燃易氣體、液體管道除外），金屬構(gòu)件，金屬鋼管，建筑物基礎(chǔ) 和電纜外皮等。有條件應(yīng)優(yōu)先使用自然接地體，優(yōu)點如下：*接觸面積大，散流電阻小，電阻穩(wěn)定可靠 。*多數(shù)電氣設(shè)備本身與其相接，電流由其流入大地，安全性好。*地下縱橫交錯，起到均衡位作用。2）人工接地體：分垂直接地體、水平接地體兩種*垂直接地體制作：以管型金屬為好*垂直接地體安裝：構(gòu)件0.8-1m實0.5,露頭0.15-0.2m間距長度2倍 以上。*水平接地體安裝：間距不小于 5m帶型、環(huán)形、放射形，0.6-1m凍土；(2) 、接地線：分自然接地線和人工接地線.1) 自然接地線：利用建筑物的金屬結(jié)構(gòu)、設(shè)備構(gòu)架、金屬管道等，2) 人工接地線：一般采用