論弱電系統(tǒng)中的防雷問題及措施

寧效魯

【摘 要】雷電可分為直擊雷、感應(yīng)雷（包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)）和球形雷，文章對雷電的三種表現(xiàn)形式進(jìn)行了分析，重點(diǎn)探討了直擊雷和感應(yīng)雷對弱電系統(tǒng)的危害以及預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】直擊雷；感應(yīng)雷；弱電系統(tǒng)；防雷措施；球形雷

1.雷電的分類

雷電是雷云層接近大地時，地面感應(yīng)出相反電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度，產(chǎn)生云和云之間以及云和大地之間放電，迸發(fā)出光和聲的現(xiàn)象。雷電可分為直擊雷、感應(yīng)雷（包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)）和球形雷。

1.1直擊雷

大氣中帶有電荷的雷云對地電壓可高達(dá)幾億伏。雷云同地面凸出物之間的電場強(qiáng)度達(dá)到空氣的擊穿強(qiáng)度時，產(chǎn)生的放電現(xiàn)象稱為直擊雷。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位。大氣放電直接通過地面建構(gòu)筑物和地面設(shè)備，強(qiáng)大的雷電流經(jīng)過這些物體入地，在瞬間產(chǎn)生很大的機(jī)械振動力和高溫高熱使物體遭到破壞。當(dāng)雷電流通過具有電阻或電感的物體時將產(chǎn)生很大的電壓降和感應(yīng)電壓，能破壞絕緣，產(chǎn)生火花，引起燃燒、爆炸，使設(shè)備部件熔化，在雷電流流過的通道上物體水分受熱汽化而劇烈膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊性機(jī)械力。該機(jī)械力可以達(dá)到5000～6000N，因而可使人體組織，建筑物結(jié)構(gòu)、設(shè)備部件等斷裂破碎，從而導(dǎo)致人員傷亡、建筑物破壞，以及設(shè)備毀壞等。

1.2感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是指當(dāng)雷云來臨時地面上的一切物體，尤其是導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或?qū)α硪焕自崎W擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓（感應(yīng)電壓），其過電壓幅值可達(dá)到幾萬到幾十萬伏，這種過電壓往往會造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線，接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花，從而引起火災(zāi)、爆炸、危及人身安全或?qū)╇娤到y(tǒng)造成的危害。另一種情況是，在雷電閃擊時，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成了一個很強(qiáng)的感應(yīng)電磁場，對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞，又可能使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。另外，當(dāng)架空線遭受直擊雷或產(chǎn)生感應(yīng)雷，高電位便會沿著導(dǎo)線電源線以及信號侵入變電站或建筑物內(nèi)，這種雷電波侵入也會對電氣設(shè)備造成危害或使建筑物內(nèi)的金屬設(shè)備放電，引起破壞作用。它分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。

（1）靜電感應(yīng)雷：是由于帶電積云接近地面，在架空線路導(dǎo)線或其他導(dǎo)電凸出物頂部感應(yīng)出大量電荷引起的。它將產(chǎn)生很高的電位。

（2）電磁感應(yīng)雷：是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場引起的。這種迅速變化的磁場能在鄰近的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動勢。雷電感應(yīng)引起的電磁能量若不及時泄入地下，可能產(chǎn)生放電火花，引起火災(zāi)、爆炸或造成觸電事故。

1.3球形雷

球形雷通常認(rèn)為是一個熾熱的等離子體，溫度極高，并發(fā)生紅色、橙色的球形發(fā)光體，直徑在10～20cm以上。球雷常沿著地面滾動或在空氣中飄動，可從煙囪、門窗或其他縫隙進(jìn)入建筑物內(nèi)部，有時也自行消失，或傷害人身和破壞物體。

現(xiàn)在智能建筑主要由建筑自動化系統(tǒng)（BAS）、辦公自動化系統(tǒng)（OAS）、信息通信系統(tǒng)（CAS）三個系統(tǒng)組成，并利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)將此三個系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成。即將智能建筑管理系統(tǒng)，以語言、數(shù)據(jù)、視頻、監(jiān)控等不同信號的配線系統(tǒng)經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計，綜合成一套標(biāo)準(zhǔn)的布線系統(tǒng)，作為建筑物內(nèi)部之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)的綜合布線系統(tǒng)（GCS），又名弱電系統(tǒng)，可分為建筑物內(nèi)綜合布線、建筑物群內(nèi)部之間的綜合布線。

2.防雷措施

直擊雷的防護(hù)系統(tǒng)主要是為了保護(hù)建筑物免受直接雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故，須從接閃裝置、引下線、接地裝置等三個方面綜合考慮。

接閃裝置就是我們常說的避雷針、避雷帶、避雷線或避雷網(wǎng)，接閃就是讓在一定程度范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電放電不能任意地選擇放電通道，而只能按照人們事先設(shè)計的防雷系統(tǒng)的規(guī)定通道，將雷電能量泄放到大地中去。

接地裝置就是讓已經(jīng)引入防雷系統(tǒng)的閃電電流順利地流入大地，而不能讓雷電能量集中在防雷系統(tǒng)的某處對被保護(hù)物體產(chǎn)生破壞作用，良好的接地才能有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。

引下線就是把接閃裝置和接地裝置連接起來。

對于直擊雷重要的一點(diǎn)就是做到均壓，接閃裝置在接閃雷電時，引下線立即產(chǎn)生高電位，會對防雷系統(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)而對人員和設(shè)備構(gòu)成危害。為了減少這種閃絡(luò)危險，最簡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。室內(nèi)的金屬設(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，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，室內(nèi)的所有設(shè)施立即形成一個“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。

以弱電系統(tǒng)的防雷而言，除雷電直擊外，最具有破壞作用的是二次效應(yīng)，也就是靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷，由于雷電具有高電位、大沖擊電流、瞬時性的特點(diǎn)，強(qiáng)大的閃電產(chǎn)生靜電場、交變電磁場和電磁輻射，以雷電波侵入、地電位反擊等形成雷電電磁脈沖LEMP，產(chǎn)生強(qiáng)大的變電磁場、使周圍的金屬產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流。

隨著微電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雷電浪涌是引起人們極大重視的一種雷電危害，同時其防護(hù)方式也不斷完善。最常見的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發(fā)生時在電源和通訊線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾。金屬物體（如傳輸線）受到這些干擾信號的影響，會使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況。

屏蔽防雷措施的目的是阻擋空間電磁波感應(yīng)、過電壓以及磁場能量侵入被保護(hù)的通信設(shè)備，起到抑制、消除電磁場的干擾和危害。建筑通信機(jī)房時，房屋的六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)；進(jìn)出機(jī)房的電力線、信號線如無屏蔽層，從室外引入前必須穿管埋地；架空音頻電纜的牽引鋼絲兩端應(yīng)進(jìn)行接地，最大限度衰減從各種導(dǎo)線上引入雷電高電壓，以減少雷電電磁干擾。

隔離措施：由弱電自動化裝置構(gòu)成的控制系統(tǒng)中必須解決好接口信號的隔離，抑制傳輸過程中產(chǎn)生的各種干擾，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。電源部分可以安裝交流電源隔離變壓器；對于數(shù)字輸入信號，大部分都利用光電隔離器或者串接各種信號防雷設(shè)備，也有一些使用脈沖變壓器隔離和運(yùn)算放大器隔離；對于數(shù)字輸出信號也是主要采用光電隔離器或者串接各種信號防雷設(shè)備。對于模擬量輸入信號，可采用安裝音視頻隔離變壓器、光隔離器等進(jìn)行隔離。對于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口，可以采用專用的網(wǎng)絡(luò)防雷器，距離較遠(yuǎn)時可采用光纖進(jìn)行傳輸。

3.結(jié)語

弱電設(shè)備的防雷問題是一個綜合性的工作，隨著對雷電認(rèn)識的深入，越來越多的人利用科學(xué)知識來減少雷電對弱電設(shè)備的損壞，防患勝于救災(zāi)，多一道防護(hù)就多一層安全。

【參考文獻(xiàn)】

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