第二部分 系統(tǒng)工程

1、 防雷工程師培訓資料現代防雷技術中的內部防雷電磁兼容（EMC）是近年來發(fā)展很快并受到廣泛重視的學科領域。IEC（國際電工委員會）對EMC的定義是：“設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物產生不允許的電磁騷擾的能力”。電磁騷擾（EMD）定義是：任何可能引起設備或系統(tǒng)性能降低或對有生命及無生命物質產生損害作用的電磁現象。電磁騷擾可能是電磁噪聲，無用信號或傳播媒介自身的變化。電磁噪聲與EMD術語有相似的含義，指“一種明顯不傳送信息的時變電磁現象，它可能與有用信號疊加或組合。”電磁騷擾源分為自然騷擾源和人為騷擾源。典型的自然騷擾源有：（1）雷擊電磁脈沖LEMP，又稱大氣噪聲；（2）

2、太陽噪聲，太陽黑子活動時產生的磁暴；（3）宇宙噪聲，來自銀河系；（4）靜電放電ESD；人為騷擾源較多，典型的有：（1）電力網絡中操作過電壓SEMP；（2）核致電磁脈沖NEMP；（3）高壓配電系統(tǒng)對地短路造成過電壓；其它家電、高頻設備、電力設備、內燃機、無線電發(fā)射和接收設備、高速數字電路設備等，通過放電噪聲、接觸噪聲、過渡現象、反射現象、非功能性噪聲和無用信號等電磁騷擾的發(fā)生機理均會造成電磁干擾。在IEC61312-1中對LEMP定義為：“作為干擾源的閃電電流和閃電電磁場。”GB50057-94局部修改條文定義為：“作為干擾源的直接雷擊和附近雷擊所引起的效應。絕大多數是通過連接導體的干擾，如雷電

3、流或部分雷電流，被雷電擊中的裝置的電位升高以及磁輻射干擾?！盠EMP屬由于放電而產生的噪聲，由于雷云之間或雷云與大地之間產生火花放電，往往伴隨著急劇的電流、電壓的瞬時變化，即di/dt或du/dt很大。與NEMP相比LEMP的電磁場強度、陡度和破壞范圍都弱得多，但雷電這一大氣物理現象，每次釋放的數百兆焦爾（MJ）能量與足可影響敏感設備的毫焦爾（mJ）能量相比相差懸殊。1971年美國通用研究公司RD希爾用仿真試驗建立模式證明：由于雷電干擾，對無屏蔽的計算機當磁感應強度Bm=0.07GS時，計算機會誤動作；當Bd=2.4GS時，計算機設備會永久性損壞。隨著人類在1973年將1萬個元件安置在1cm2

4、面積上標志著進入信息時代，這個數值在逐漸變小。特別是電子技術從本世紀六十年代的電子管元器件發(fā)展到八十年代大型集成電路以來，元件的耐受能量已由0.110J降至108106J，因而設備損壞率驟然升高。各種設備、元件摧毀能量參見圖1?，F代防雷技術是一系統(tǒng)工程現代防雷技術涉及到許多行業(yè)，其中有使用維護系統(tǒng)、設計施工系統(tǒng)、設備生產制造系統(tǒng)、防雷裝置生產、檢測系統(tǒng)等。從技術角度上看也是一系統(tǒng)工程。系統(tǒng)結構愈合理，系統(tǒng)的各個組成部分（或要素）之間的有機結合就越合理，相互之間的作用就越協(xié)調，才能使整個系統(tǒng)在總體上達到最佳的運行狀態(tài)。比如防雷設計首先要從被保護物所在地理、氣象環(huán)境出發(fā)，要從被保護物的重要性和復雜

5、性以及雷擊的后果嚴重程度出發(fā)。在設計中要考慮現有的保護裝置的有效利用，要與供電系統(tǒng)的型式、暴露程度，所有線纜的架設，設備自身的耐壓水平，選用防雷裝置的特性及其有機配合，以及裝設后對設備的正常工作是否產生不允許的影響，雷擊發(fā)生后的反應和自復能力等等復雜的因素進行綜合考慮，當然，還應考慮投資與效益的關系。進入建筑物的各種設施前面我們曾提到中國電力科學研究院許穎副院長的“三條防線”原則：（1）將絕大部分雷電流直接引入地中泄散；（2）阻塞侵入波沿引入線進入設備的過電壓；（3）限制被保護物上雷電過電壓的幅值。三條防線，互相配合，各行其責，缺一不可。鑒于有人一再片面宣傳“傳統(tǒng)防雷系統(tǒng)有缺陷”，“避雷針起到

6、引火燒身的作用，”并由此推理推薦使用“消雷器”因而有必要介紹IEC61312-1。對外部防雷裝置的功能評價。（見圖6）圖6圖6在IEC標準中對進入建筑物的各種設施之間的雷電流分配進行了估算，認為全部雷電流有50%經外部防雷裝置而安全導入大地，剩余的50%雷電流將平均分配到進入建筑物的各種設施上。這也為估算電源線、信號線上的過電壓、過電流水平提供了理論依據。在GB50057-94局部條文修訂條文（征求意見稿）中特別指出：“一個信息系統(tǒng)可能設于這樣的建筑物內，該建筑物按本規(guī)范第二章的規(guī)定不屬于任何一類防雷建筑物，即不需要防直擊雷，在這種情況下，當信息系統(tǒng)按本節(jié)第6.1.1條的規(guī)定（注：是否需要防L

7、EMP，應從經濟合理考慮，對投資與間接損失分析）需要防LEMP時，該建筑物宜按第三類防雷建筑物采取防雷措施。”第一章、 雷電防護區(qū)按EMC原理將建筑物按需要防護的空間由表及里劃分為不同的雷電防護區(qū)（LPZ），有如下實際意義：可以計算出各LPZ內空間雷擊電磁脈沖的強度，以確認是否需采取進一步的屏蔽措施?？梢源_定等電位連接的位置（一般是各LPZ區(qū)交界處）?？梢源_定在不同LPZ交界處選用電涌保護器的具體指標?？梢赃x定敏感電子設備的安全放置位置。可以確定在不同LPZ交界處等電位連接導體的最小芯線截面。IEC61312-1將LPZ分為以下各區(qū)：LPZ 0A：直擊雷非防護區(qū)：本區(qū)內的各物體都可能遭到直接雷

8、擊和導走全部雷電流，本區(qū)內的電磁場沒有衰減，屬完全暴露的未設防區(qū)。LPZ 0B：直擊雷防護區(qū)：本區(qū)內的各物體很少遭到直接雷擊，但本區(qū)內電磁場沒有衰減，屬充分暴露的直擊雷防護區(qū)。（本區(qū)一般在外部防雷裝置接閃器保護范圍之內，從理論上本區(qū)不可能遭受直擊雷，而事實上有這種可能）LPZ 1：第一屏蔽防護區(qū)：本區(qū)內的各物體不可能遭到直接雷擊，在本區(qū)內所有導電部件上的雷電流比LPZ 0區(qū)內的電流進一步減小。本區(qū)內的電磁場因屏蔽措施而有所衰減。（本區(qū)一般指在鋼筋結構的建筑物內）LPZ 2：第二屏蔽防護區(qū)：為了進一步減小導電部件上的雷電流和電磁場而引入的后續(xù)雷電保護區(qū)。LPZ n：第n屏蔽防護區(qū)：需要進一步減小

9、雷擊電磁脈沖，以保護敏感度水平高的設備的后續(xù)雷電保護區(qū)。對一座建筑物，可以分為若干個雷電防護區(qū)，見圖11，此圖分析了LPZ的劃分并指出了做等電位連接的位置。圖11 注 ：表示在不同雷電防護區(qū)界面上的等電位連接帶 ：分別表示起屏蔽作用的建筑物外墻，房間或其它屏蔽體LPS ：表示外部防雷裝置虛線 ：表示按滾球法計算LPS的保護范圍和 ：為天面或地面的天線 ：交流配電屏（室）第二章、 屏蔽保護技術（一）屏蔽的分類：屏蔽可按原理分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和磁屏蔽三種，要求按屏蔽對象而使有不同的屏蔽材料，如低電阻金屬材料、高導磁率高飽和的磁性材料等。其材料形狀可分為板式、網式和薄膜式三種。對雷擊電磁脈沖的屏

10、蔽具體可分建筑物屏蔽、設備屏蔽和各種線纜（包含管道）的屏蔽。建筑物的屏蔽可利用建筑物的鋼筋、金屬構架、金屬門窗、地板等均相互連接在一起，形成一個法拉第籠，并與地網有可靠的電氣連接，形成初級屏蔽網。設備的屏蔽應在對電子設備耐過電壓水平調查的基礎上，接LPZ施行多級屏蔽。屏蔽的效果首先取決于初級屏蔽網的衰減程度，其次取決于屏蔽層對于入射電磁波的反射損耗和吸收損耗程度。在屏蔽中要特別注意對各種“洞”的密封，除門、窗外，重點對入戶的金屬管道、通信線路，電力線纜入口作好屏蔽。各種線纜均要采取屏蔽措施，金屬絲編織網、金屬軟導管、硬導管、棧橋均可用于屏蔽線纜。雷電流的“趨膚效應”可使相當大的一部分電流沿屏蔽

11、層接地端口泄入大地。在線纜的屏蔽中應注意以下四點：其一是屏蔽管線的接地：一般要求入戶線在入戶前應埋入地中水平距離15m以上，如條件不允許時，應盡可能加長入戶屏蔽層或棧橋長度，且最少在前后兩端做良好接地。測量結果表明，電線（纜）屏蔽層一端接地時可將高頻干擾電壓降低一個數量級，兩端接地時可降低兩個數量級。其二是電纜連接器的屏蔽往往會被忽視，良好的連接器當它的插頭與插座配合好以后，其屏蔽效果應等于或優(yōu)于所連接同等長度屏蔽電纜的屏蔽效果，最佳辦法是沿電纜的周邊，把屏蔽層與連接器沿周長連起來，實現沿周長360的連接，或使用盡可能短的附加連線將連接器兩端電纜屏蔽相連，或利用插頭的一備用芯將兩端屏蔽相連。其

12、三是使用金屬絲編制網屏蔽電纜，因其重量輕，使用方便而廣為應用，但是在電磁波頻率較高時，其波長接近編織層網孔尺寸時，波的透入將增加，因此，最好再穿一層金屬管。其四光纜介質沖擊擊穿強度約為40KV，比同軸電纜和對稱電纜（5KV左右）大的多，同時光中繼站多采用當地供電，雷電沿線侵入中繼設備或終端設備的幾率很小，直埋光纜很少受雷擊，但光纜的金屬保護層或內部加固金屬芯會減弱防雷效果，因此，也有必要采取屏蔽措施，并在光纜進入光端機之前將金屬芯和防護金屬層斷開，進行等電位連接。埋地線纜也存在著直接雷擊的問題，有必要時應安避雷線加以保護。 第三章、 等電位連接和共用接地系統(tǒng)在防雷裝置的設置上人們往往比較注意外

13、部防雷裝置和內部的電涌保護，容易忽視等電位連接在雷電防護的重要作用。有時還特意設置單獨的接地裝置，單獨的引下線，還錯誤的提出“共網不共線，分類接地網，不串不共用，一點接地法”的口號，一方面給設計施工增加了難度和增大了開支，另一方面違背了等電位的基本原理，會給被保護設備以及人身安全造成潛在的威脅。（一）基本概念防雷等電位連接是將分開的導電裝置各部分用等電位連接導體或電涌保護器(SPD)做等電位連接。它包括在內部防雷裝置中，其目的是減小建筑物金屬構件與設備之間或設備與設備之間由雷電流產生的電位差。防雷等電位連接區(qū)別于電氣安全的等電位連接，最主要是將不能直接連接的帶電體通過電涌保護器做等電位連接。等

14、電位連接網絡是對一個系統(tǒng)的外露各導電部分做等電位連接的各導體所組成的網絡。共用接地系統(tǒng)是一建筑物接至接地裝置的所有互相連接的金屬裝置(包括外部防雷裝置)，并且是一個低電感的網形接地系統(tǒng)。接地基準點是一系統(tǒng)的等電位連接網絡與共用接地系統(tǒng)之間唯一的一點連接點。信息系統(tǒng)的等電位連接：各種形式的電子系統(tǒng)的應用在不斷增加，這些系統(tǒng)包括計算機、通信設備、控制系統(tǒng)等，在國際電工委員會的標準中將它們統(tǒng)稱為信息系統(tǒng)。對信息系統(tǒng)的外露導電部分應建立等電位連接網絡，原則上一個等電位連接網絡不需要連到大地，但通常所考慮的所有等電位連接網絡都會有通大地的連接。其它防護技術1在中國工程建設標準化協(xié)會”建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范“CECS72：97中對布線與干擾源的最小間距做出了隔離的規(guī)定。2濾波技術，使用濾波器是由電感、電