防雷工程的設(shè)計(jì)和施工

1、防雷工程的設(shè)計(jì)和施工 1第一章 概述 夏季，在大氣中常常發(fā)生伴有巨大隆隆爆炸聲的強(qiáng)烈閃光現(xiàn)象、即雷電現(xiàn)象。它是雷電防護(hù)工作者的主要研究和御護(hù)的對(duì)象。 大氣中的雷電是如何產(chǎn)生的？ 雷電現(xiàn)象有那些表現(xiàn)形式？ 雷電流的特征是什么？ 它是怎樣危害人的生命和財(cái)產(chǎn)的？ 怎樣防護(hù)？ 這是從事雷電防護(hù)工作者研究的基本問(wèn)題。234第一節(jié)：雷電的成因1、雷擊的形成 雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛放電的一種自然現(xiàn)象 。2、雷擊的形式直擊雷雷電波入侵 （雷電感應(yīng)）雷電電磁脈沖5第二節(jié) 雷擊的危害雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一，全世界每年因雷電災(zāi)害造成的人員傷亡、

2、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)，特別是進(jìn)入信息時(shí)代以來(lái)，雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響更為嚴(yán)重，防御雷電災(zāi)害已成為全人類(lèi)的共同任務(wù)！61997年對(duì)超過(guò)8722多件案例損壞原因的分析過(guò)電壓 31,68%(雷擊及操作過(guò)電壓) 盜竊 7,01% 火災(zāi) 4,88% 水災(zāi) 6,22% 不小心/誤操作22,67% 其它 26,76% 風(fēng)暴 0,78% 7配電柜被損壞8建筑物被燒毀9電路板及元器件損壞10廣東惠陽(yáng)市元祥制品廠遭雷擊現(xiàn)場(chǎng)圖111213141516第三節(jié) 防雷技術(shù)的發(fā)展一、我國(guó)防雷理論在世界上處于領(lǐng)先地位。我們提倡雷電災(zāi)害綜合防治、采取綜合治理措施，提出綜合防雷理論，將雷擊損害降低到最低限度，達(dá)到防雷減災(zāi)，

3、保護(hù)建筑物、電子、微電子設(shè)備之目的。二、國(guó)內(nèi)外防雷產(chǎn)品主要分為兩大類(lèi)：1、防直擊雷產(chǎn)品；避雷針系列產(chǎn)品；2、防雷電感應(yīng)產(chǎn)品；電源、天饋、信號(hào)線系列電涌保護(hù)器（SPD）；3、原理：國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品基本原理相同。三、國(guó)內(nèi)防雷市場(chǎng)上主要銷(xiāo)售的產(chǎn)品有：1、國(guó)外：美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等主要國(guó)家的產(chǎn)品；2、國(guó)內(nèi)：中光、雷安、愛(ài)勞、DK等公司生產(chǎn)的避雷針、SPD系列產(chǎn)品。17第二章 雷電的防護(hù)原則18 天線遭受直接雷擊或接收感應(yīng)雷擊； 電源供電線路在遠(yuǎn)端遭受直接或感應(yīng)雷擊，沿供電線路進(jìn)入設(shè)備； 有線通信線路在遠(yuǎn)端遭受直接或感應(yīng)雷擊，沿通信線路進(jìn)入設(shè)備； 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線路在遠(yuǎn)端遭受直接或感應(yīng)雷擊，沿網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)入設(shè)備；

4、 雷擊發(fā)生在1000米范圍內(nèi)時(shí)（包括臨近建筑物避雷針接閃或云中放電）產(chǎn)生電磁輻射a.建筑物內(nèi)的電源回路感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射，進(jìn)入設(shè)備；b.建筑物內(nèi)的通信線路感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射，進(jìn)入設(shè)備；c.建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)線路感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射，進(jìn)入設(shè)備； 建筑物、附近的避雷針遭受雷擊或雷電直接擊中附近樹(shù)或地面時(shí)，由地線引入設(shè)備；第一節(jié) 雷電引入的途徑19感應(yīng)雷擊示意圖20接收天線SPD電源防雷通信信號(hào)防雷R(shí)eceiver網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)防雷SPDSPDSPD通信信號(hào)防雷FIREWALLFIREWALLSwitch/HubServerMODEM/DTU/MUXPABX數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線路電源供電回路通信線路綜合接地網(wǎng)SPD

5、 避雷器 浪涌電壓 直接雷擊或感應(yīng)雷擊，電磁輻射雷電引入途徑示意圖21雷暴引起感應(yīng)雷擊及過(guò)電壓直擊雷或鄰近雷擊:擊在外部防雷系統(tǒng)，如保護(hù)框架（工業(yè)裝置上.）電纜上等。浪涌電流在接地電阻Rst上引起電壓降。閉合環(huán)路感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓信息系統(tǒng)電源系統(tǒng)L1L2L3PEN20 kVRst2c1a1b12a2b11a1b遠(yuǎn)處雷擊:擊在遠(yuǎn)處架空輸送線纜上雷云之間的放電通過(guò)架空線纜引起感應(yīng)雷電波及過(guò)電壓。在野外,雷電擊中通信線纜2a2b2c22鄰近建筑物之間危險(xiǎn)的浪涌雷擊幾 100 kA幾 10 kV幾 100 kV幾 kA幾 10 kA幾 10 kV通信線纜OV230 V幾 10 kA幾 kAWater /

6、Gas幾 kA幾 幾 kA幾 幾 kA幾 230V23第二節(jié) 雷電防護(hù)原則電子信息系統(tǒng)雷電的防護(hù)必須堅(jiān)持預(yù)防為主、安全第一的指導(dǎo)方針。電子信息系統(tǒng)的防雷應(yīng)認(rèn)真調(diào)查地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境條件、雷電活動(dòng)規(guī)律、雷擊事故受損原因、系統(tǒng)設(shè)備的重要性、發(fā)生雷災(zāi)后果的嚴(yán)重程度以及被保護(hù)物的特點(diǎn)等的基礎(chǔ)上分別采取相應(yīng)的防護(hù)措施。應(yīng)根據(jù)設(shè)備所在地區(qū)雷暴等級(jí)、設(shè)備放置在不同的雷電防護(hù)區(qū)、系統(tǒng)對(duì)雷電電磁脈沖的抗擾度等因素采取不同的綜合防治措施。防雷設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持全面規(guī)劃、綜合治理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，堅(jiān)持定期檢測(cè)、隨機(jī)維護(hù)的原則進(jìn)行維護(hù)。24第三章 雷電的防護(hù)措施25LEMPLEMPInterme

7、diate floorLPZ 2LPZ 3SEMPLPZ 1LPZ 0 ALPZ 1第一節(jié) 防雷分區(qū)概念電源系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電源系統(tǒng)局部匯流排設(shè)備再次層屏蔽室內(nèi)次層屏蔽基礎(chǔ)接地極加強(qiáng)筋防雷等電位連接 雷電流SPD局部等電位過(guò)壓保護(hù)器 SPD空調(diào)裝置接閃系統(tǒng)LPZ 0 BMLPZ 0 B攝像機(jī)燈光插座“滾球半徑 20 mLPZ 0 BLEMPLPZ 防雷保護(hù)區(qū)26第二節(jié) 雷暴等級(jí)的劃分計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)雷暴等級(jí)的劃分根據(jù)年平均雷暴日數(shù)將雷暴發(fā)生的地區(qū)劃分為：少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)。年雷暴日平均值：15天以下的地區(qū)定為：少雷區(qū)。15天以上40天以下的地區(qū)定為：中雷區(qū)。40天以上90天以下的地區(qū)

8、定為：多雷區(qū)。90天以上的地區(qū)定為：強(qiáng)雷區(qū)。27第三節(jié) 雷電防護(hù)的主要措施雷電保護(hù)系統(tǒng)建筑物外部雷電保護(hù)建筑物內(nèi)部雷電保護(hù)接閃器引下線地網(wǎng)外部屏蔽內(nèi)部屏蔽防雷器等電位連接28建筑物內(nèi)部保護(hù)(浪涌過(guò)壓保護(hù))主要針對(duì)感應(yīng)雷電操作過(guò)電壓的防護(hù)低壓電源防護(hù)數(shù)據(jù)通訊防護(hù)等電位連接完備的接地系統(tǒng)29230/400 V,50 Hz避器器配電箱屏蔽室里的鋼筋接地系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)作為建筑物屏蔽建筑物用鋼筋網(wǎng)屏蔽建筑物屋頂?shù)耐獠拷娱W裝置接閃裝置到鋼筋的接點(diǎn)鋼筋墻作為建筑的屏蔽和引下線數(shù)據(jù)線避雷器 等電位連接EBBLPZ 1LPZ 2通信和數(shù)據(jù)的電源過(guò)壓保護(hù)LPZ 0LPZ 0 到 LPZ 1 到 LPZ 2的界面地下

9、的鋼筋用作建筑物屏蔽和接地系統(tǒng)基礎(chǔ)接地裝置通信線避雷器雷電防護(hù)系統(tǒng)30電源線路、信號(hào)線路、天饋線的防護(hù)方法SPD = 電涌保護(hù)器 浪涌保護(hù)器 過(guò)電壓保護(hù)器 避雷器 防雷器 電源線路的防護(hù)信號(hào)線路的防護(hù)天饋線的防護(hù)31第四章 直擊雷防護(hù)第一節(jié) 一般防護(hù)原理32GB50057-1994防雷裝置定義是：接閃器、引下線、接地裝置、過(guò)電壓保護(hù)器及其連接導(dǎo)體的總合。國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)防雷裝置（LPZ）定義是：用于對(duì)某一空間進(jìn)行雷電效應(yīng)防護(hù)的整套裝置。 外部防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成；內(nèi)部防雷裝置是除外部防雷裝置外的所有能減少需防雷空間內(nèi)雷電流電磁效應(yīng)的措施。所謂建筑物外部防雷就是防直

10、擊雷、雷電側(cè)擊、雷電反擊等內(nèi)容。33防雷保護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，其第一道防線便是受雷(或稱接閃)、引流(或稱引下)、接地（散流系統(tǒng)），也就是外部防雷裝置。 在GB5005794中說(shuō)明：避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)是直接接受雷擊的，統(tǒng)稱為接閃器。 34第二節(jié) 建筑物防直擊雷措施一、第一類(lèi)防雷建筑物防直擊雷措施二、第二類(lèi)防雷建筑物防直擊雷措施三、第三類(lèi)防雷建筑物防直擊雷措施四、建筑物防雷電側(cè)擊措施五、建筑物防雷電反擊六、防雷建筑物其它的外部防雷措施35建筑物的防雷分類(lèi)一、第一類(lèi)防雷建筑物：重要的易燃易爆建筑物1、凡制造、使用或儲(chǔ)存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質(zhì)的建筑物，因電火花而引起爆炸，會(huì)

11、造成巨大破壞和人身傷亡者。2、具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。3、具有1區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物，因電火花而引起爆炸，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡者。如炸藥庫(kù)、大型油氣站、大型油庫(kù)、煉油廠等。二、第二類(lèi)防雷建筑物： 1、國(guó)家級(jí)建筑物：如重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物、會(huì)堂、辦公樓、國(guó)賓館、檔案館、展（博）覽館、計(jì)算中心、通訊樞紐、大型火車(chē)站、大型城市的重要給水泵房等。 1、省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物、檔案館。三、第三類(lèi)防雷建筑物： 1、省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物、檔案館。 2、具有21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。3、0.012N0.06次的省部級(jí)及人員密集的建筑物（如省委、車(chē)間、電影院、體育館、

12、商場(chǎng)、展（博）覽館、學(xué)校、醫(yī)院等）。36第五章 供電線路的防護(hù)37供電系統(tǒng)的接地形式TN系統(tǒng)（包括TN-S、TN-C、TN-C-S）、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng) 共三種第一個(gè)字母表示電源系統(tǒng)接地狀況：T表示直接接地， I表示不接地；第二個(gè)字母表示電氣裝置外殼接地狀況：T表示與電源系統(tǒng)接地點(diǎn)無(wú)關(guān)，直接接地；N表示與電源系統(tǒng)接地點(diǎn)連接。二個(gè)字母后面的字母：S表示中性線（N）和保護(hù)地線（PE）分別接地；C表示中性線和保護(hù)地線共同接地（PEN）。38392、SPD的主要元器件氣體放電管 (GDT)金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)瞬態(tài)抑制二極管 (TVS)40什么是氣體放電管(GDT)采用金屬化陶瓷管與兩個(gè)或兩個(gè)

13、以上電極封結(jié)成一個(gè)或多個(gè)放電間隙。內(nèi)部充入惰性氣體，并在電極的有效電子發(fā)射表面涂有激活電子粉，低于1mm的極間距離可以保證放電管擊穿電壓的穩(wěn)定性。41放電原理工作原理：一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)浪涌電壓超過(guò)系統(tǒng)絕緣耐電強(qiáng)度時(shí)，GDT被擊穿放電，從而在瞬間限制浪涌電壓的侵入.GDT放電后迅速由輝光放電進(jìn)入弧光放電，由于弧光電壓很低 （幾十伏），從而限制了浪涌電壓的上升。工作過(guò)程：將GDT簡(jiǎn)單理解為一個(gè)低電容開(kāi)關(guān)。常態(tài)時(shí)阻抗為兆歐級(jí)，擊穿放電后迅速跌落至1歐姆以下，浪涌消失后自動(dòng)恢復(fù)到高阻抗?fàn)顟B(tài)。特點(diǎn)：漏流小、有續(xù)流問(wèn)題。42主要參數(shù)過(guò)保持電壓（holdover voltage）規(guī)定的電路條件下，放電管經(jīng)過(guò)一次

14、沖擊放電后，可望清除并且恢復(fù)高阻抗絕緣狀態(tài)放電管兩端子上的最大直流電壓。續(xù)流（follow current）在放電管電流流過(guò)期間及后續(xù)時(shí)間內(nèi)，由供電電源出來(lái)的經(jīng)過(guò)放電管的電流。續(xù)流遮斷時(shí)間（current turnoff time）規(guī)定的電路條件下，放電管經(jīng)過(guò)沖擊放電后，從低阻導(dǎo)通狀態(tài)恢復(fù)到高阻抗絕緣狀態(tài)所需要的時(shí)間。絕緣電阻（Insulating resistance）規(guī)定直流測(cè)試電壓下放電管具有的阻抗。沖擊放電電流（impulse discharge current）流經(jīng)放電管放電間隙的沖擊電流峰值?！懊}沖放電電流”“浪涌放電電流”。 43氣體放電管的主要應(yīng)用 氣體放電管傳統(tǒng)上主要是用于對(duì)

15、交換機(jī)總配線架以及用戶終端設(shè)備的過(guò)壓保護(hù)。隨著傳真機(jī)、Modem等使用數(shù)量的增加，GDT已在保護(hù)高精密度電子設(shè)備中得到進(jìn)一步應(yīng)用。即：與MOV配合使用來(lái)防護(hù)承受的電壓脈沖尖峰主要部分和防護(hù)通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)及控制網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)過(guò)電壓。此外，由于移動(dòng)通信基站一旦破壞將影響巨大數(shù)量用戶，為此建議使用GDT來(lái)進(jìn)行防護(hù)。具有外延電纜和放大器的高精度的CATV、門(mén)禁、攝像監(jiān)控系統(tǒng)也可以采用GDT來(lái)防護(hù)感應(yīng)電壓所產(chǎn)生的危害。44金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)45金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)的特點(diǎn)主要特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較快、放電電流大，容易老化、漏流大。46瞬態(tài)抑制二極管TVS瞬態(tài)抑制二極管主要有兩大效應(yīng)，其中包括“雪

16、崩”效應(yīng)和“其納”效應(yīng)。47瞬態(tài)抑制二極管TVS的特點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間快，但放電電流小。48電源系統(tǒng)的多級(jí)保護(hù)49多級(jí)保護(hù)SPD的選擇保護(hù)分級(jí)LPZO區(qū)與LPZ1區(qū)交界處LPZ1與LPZ2、LPZ2與LPZ3區(qū)交界處直流電源標(biāo)稱放電電流(KA)第一級(jí)標(biāo)稱放電電流(KA)第二級(jí)標(biāo)稱放電電流(KA)第三級(jí)標(biāo)稱放電電流(KA)第四級(jí)標(biāo)稱放電電流(KA) 8/20us10/350us8/20us8/20us8/20us8/20usA級(jí)2080402010 10B級(jí)15604020直流配電系統(tǒng)中根據(jù)線路長(zhǎng)度和工作電壓選用標(biāo)稱放電電流10KA適配的SPDC級(jí)12.55020D級(jí)12.5501050電源SPD的分類(lèi)

17、1、電壓開(kāi)關(guān)型SPD 當(dāng)沒(méi)有浪涌出現(xiàn)時(shí)，SPD呈高阻狀態(tài)；當(dāng)沖擊電壓達(dá)到一定值時(shí)，SPD電阻突然下降變?yōu)榈椭?。通常的元器件有氣體放電管等。2、電壓限制型SPD當(dāng)沒(méi)有浪涌出現(xiàn)時(shí)，SPD呈高阻狀態(tài)；隨著沖擊電流及電壓的逐步提高，SPD的電阻持續(xù)下降。常用的元器件有壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管。3、混合型SPD 開(kāi)關(guān)型元件和限壓型元件混合使用，隨著施加的沖擊電壓特性不同，SPD有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)開(kāi)關(guān)型SPD特性，有時(shí)呈現(xiàn)限壓型SPD特性，有時(shí)同時(shí)呈現(xiàn)兩種特性。51電源系統(tǒng)安裝SPD線距的要求 52DEHNguardTyp 275DEHN開(kāi)關(guān)型避雷器與過(guò)壓保護(hù)器配合的最小距離DEHNportBlitzstroma

18、bleiterDEHNL1L2L3N高能量避雷器B級(jí)過(guò)壓保護(hù)器C級(jí)線纜長(zhǎng)度 5 m* *如果PE線與主線在同一線纜中，則線纜長(zhǎng)度要要求 15 m53SPD在配電柜中接線要求1、保護(hù)出線直接接在分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)和SPD的端子上，減少L1和L2的距離。2、相線、中性線和PE線必須貼近機(jī)箱框架，減少環(huán)路面積。3、SPD的進(jìn)線遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)配出線，不能混在一起。4、電纜應(yīng)緊貼箱體框架，減少耦合回路，金屬框架應(yīng)采用短接地線。54第六章 信號(hào)系統(tǒng)的防護(hù)55第一節(jié)信號(hào)避雷器的一般原理(a)(b)(d)(c)56第二節(jié) 信號(hào)傳輸線的類(lèi)型光纖 雙絞線細(xì)纜、粗纜撥號(hào)線專(zhuān)線（中繼線、DDN、ADSL）視頻線 57第三節(jié) 信號(hào)防雷

19、器的選擇啟動(dòng)電壓（防護(hù)電平）傳輸速率接口連接方式接入方式響應(yīng)時(shí)間工作電壓放電電流58第七章 天饋系統(tǒng)的防護(hù)59第一節(jié)天線饋線防雷器的基本原理1輸入輸出60第二節(jié) 無(wú)線傳輸?shù)念?lèi)型衛(wèi)星短波中長(zhǎng)波微波甚高頻61第三節(jié) 天饋防雷器的選擇啟動(dòng)電壓（防護(hù)電平）傳輸頻帶特性阻抗傳輸功率連接方式響應(yīng)時(shí)間工作電壓放電電流插損駐波系數(shù)饋電方式62第八章 等電位連接等電位連接的重要性等電位連接的目的：在于減少需要防雷的空間內(nèi)各金屬部件和系統(tǒng)之間的電位差等電位連接的要求63等電位的應(yīng)用 機(jī)房的電源和信號(hào)線路都是由外部引入的，因而存在遭受雷擊的可能性，然而僅僅安裝防雷保護(hù)裝置是不能夠徹底地杜絕雷擊的破壞影響。防雷器的作

20、用，就是在最短時(shí)間（納秒級(jí)）內(nèi)將被保護(hù)系統(tǒng)連入等電位系統(tǒng)中，使設(shè)備各端口等電位，同時(shí)將電路上因雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量經(jīng)短路泄放到大地，降低設(shè)備各接口端的電位差，從而起到保護(hù)的作用。64 為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實(shí)行等電位連接，電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要通過(guò)過(guò)壓保護(hù)器進(jìn)行等電位連接，使整個(gè)系統(tǒng)及其內(nèi)部設(shè)備形成一個(gè)良好的等電位體，從而避免了當(dāng)雷電流泄放不及時(shí)電源地、信號(hào)地、外殼地之間的電位差，使設(shè)備免于遭受高電位反擊和雷擊傷人事故。并且，避雷器地需與建筑物地相連，使之成為等電位。從一定意義上說(shuō)，接地系統(tǒng)等電位連接比地網(wǎng)的地阻更為重要。65進(jìn)出線纜端口的防雷等電位連接Z陰極保護(hù)輸送管基礎(chǔ)接地極等電位匯流排EBB水管燃?xì)夤茈娫赐獠糠览紫到y(tǒng)通信線路66一般來(lái)說(shuō)，等電位的工程實(shí)施如下： 沿機(jī)房的四面墻角鋪設(shè)一條440mm的銅帶（匯集排）； 把銅帶與建筑物的主鋼筋相連； 把機(jī)房設(shè)備的電源PE線、設(shè)備地線、等電位接地線等與匯集排連接。67第九章 聯(lián)合地網(wǎng)68防雷器應(yīng)用解決方案69綜合大樓解決方案70第十章 雷電防護(hù)所涉及的領(lǐng)域一、金融行業(yè)二、電力行業(yè)三、通信、移動(dòng)行業(yè)四、石化、交通、民航行業(yè)五、教育、水利行業(yè)六、軍隊(duì)、大型企事業(yè)單位等行業(yè)71 防雷產(chǎn)品的劃分國(guó)際防雷市場(chǎng)上的防雷產(chǎn)品主要有并聯(lián)式與串聯(lián)式兩類(lèi) 。由于串聯(lián)式防雷產(chǎn)品的價(jià)格較高，而且是由于串