新型將“線(面)”防雷轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c(diǎn)”防雷的差異化防雷方法

余建平

(軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院襄陽士官學(xué)校，湖北 襄陽 441118)

新型將“線(面)”防雷轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c(diǎn)”防雷的差異化防雷方法

余建平

(軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院襄陽士官學(xué)校，湖北 襄陽 441118)

摘要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，其在軍事裝備上的應(yīng)用越來越普遍，同時(shí)也增加了由于雷電帶來的損失，而僅僅依靠避雷針等單一的措施已經(jīng)不能滿足通信電子設(shè)備的防雷需求。分析了差異化的防雷策略，并通過實(shí)例闡述了將“線(面)”防雷轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c(diǎn)”防雷的差異化防雷措施。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備；差異化防雷；“線(面)”防雷；“點(diǎn)”防雷

在軍事領(lǐng)域中，微電子等高新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，大多數(shù)新研制裝備的電子設(shè)備采用低電壓、高集成的集成電路，智能化水平很高；然而，這些微電子設(shè)備也存在一定的問題，如絕緣強(qiáng)度較低、過電壓和過電流耐受能力較差以及電磁干擾的敏感度低等。防雷是保證這些微電子設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，一旦發(fā)生雷擊，雷電的電磁脈沖將會(huì)影響電子設(shè)備數(shù)據(jù)信號(hào)、信息的傳輸速率和穩(wěn)定性，甚至直接損壞電子芯片，使設(shè)備不能正常運(yùn)行[1-3]。

1差異化防雷措施研究

由于防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，而雷電活動(dòng)差異、防雷分析計(jì)算方法差異、防雷分析計(jì)算方法差異、防雷工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差異和防雷維護(hù)措施差異等都會(huì)影響雷害的防治。通過分析各種防雷措施，找出其配合規(guī)律，才能提高防雷的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)現(xiàn)性和防雷效果，做到“有側(cè)重、有選擇、有差別、有針對(duì)”的電子設(shè)備防雷工作策略。

1.1接地防護(hù)

接地防護(hù)是將電纜、管道和全部金屬外殼部件連接在一起，并就近連接接地網(wǎng)和屏蔽籠。由于電子設(shè)備的防雷接地全部采用共用接地的方式，設(shè)備接地電阻的最小值為其接地電阻值(一般≤4 Ω)，而直流工作接地的電阻值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體確定。

1.2等電位連接

等電位連接的主體主要包括建筑物中的金屬管道、電子設(shè)備的主要金屬構(gòu)件、供電線路外漏的可導(dǎo)電部位、電子設(shè)備構(gòu)成的信息系統(tǒng)和防雷裝置等。如果建筑物的電子設(shè)備數(shù)量較多，通入室內(nèi)的線路應(yīng)盡量采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端和鐵管鏈段需接地。

1.3利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播

由于雷電電磁脈沖在電源線路或者是信號(hào)線上能夠感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，因此應(yīng)采用金屬屏蔽層電纜，并單獨(dú)鋪設(shè)。金屬管線和金屬橋架一定要和接地裝置可靠連接[4]。小型精密電子儀器可以采用籠式避雷網(wǎng)，電氣儀表的防雷屏蔽方式則可以采用金屬的儀表箱。

1.4加裝電子信號(hào)線隔離裝置

如果電子設(shè)備直接和隔離開關(guān)或斷路器相連，雷擊時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)對(duì)其造成干擾。為了取得較好的防雷效果，需要采用繼電器隔離和光耦合隔離等裝置。除此之外，電子設(shè)備的電線上還應(yīng)逐級(jí)安裝避雷器，進(jìn)行多級(jí)防護(hù)，逐級(jí)消弱雷電感應(yīng)電波，將其對(duì)電子設(shè)備造成的損害降至最低。

1.5引下線

引下線是直接將接閃器(避雷針等)接閃的雷電流安全的引導(dǎo)入地。引下線應(yīng)該布置在建筑物四周對(duì)稱的均勻位置，其數(shù)量應(yīng)≥2根，間距應(yīng)≤18 m。引下線應(yīng)和各層均壓環(huán)焊接，采用10 mm的扁鋼或者是相同面積的圓鋼。如果建筑物采用的是框架結(jié)構(gòu)，則防雷引下線為建筑物內(nèi)的鋼筋。

1.6安裝避雷帶

避雷帶就是在建筑物屋頂周圍利用扁平的金屬帶做接閃，它是以避雷線為基礎(chǔ)改進(jìn)而來。使用避雷帶的優(yōu)點(diǎn)較多，可以和樓頂?shù)难b飾、房屋外形相結(jié)合，外形美觀，保護(hù)范圍較大，防雷效果較好。避雷帶的材質(zhì)一般為扁鋼，其厚度應(yīng)≥4 mm，截面積應(yīng)≥48 mm2。根據(jù)相關(guān)規(guī)定可知，二類防雷建筑避雷帶在整個(gè)屋面組成的網(wǎng)格應(yīng)≤12 m×8 m，或者≤10 m×10 m；三類防雷建筑避雷帶在整個(gè)屋面組成的網(wǎng)格應(yīng)≤20 m×20 m，或者≤24 m×16 m，如果安裝避雷針，避雷針和避雷帶應(yīng)該相互連接。

以上述6種防雷措施，除了避雷帶為“線(面)”保護(hù)外，其余的各項(xiàng)保護(hù)措施均為“點(diǎn)”保護(hù)。

2新型將“線(面)”防雷轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c(diǎn)”防雷的差異化防雷方法

針對(duì)軍用電子設(shè)備的防雷現(xiàn)狀，防雷工作應(yīng)從軍事設(shè)施建筑物防雷和電子設(shè)備防雷等2個(gè)方面進(jìn)行研究改進(jìn)。本文主要針對(duì)某一軍事設(shè)施建筑物屋外防雷進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)以往的防雷經(jīng)驗(yàn)可知，僅依靠以“典設(shè)”為指導(dǎo)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)和“宏觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律”指導(dǎo)下的防雷策略不能滿足防雷要求，因此，需要研究新型差異化的防雷措施和防雷方法，通過分析各項(xiàng)防雷措施的特點(diǎn)，找到各類防雷措施的配合規(guī)律，綜合利用，提高防雷效果。

該軍事設(shè)施建筑物地處部隊(duì)內(nèi)部，周圍沒有其他高層建筑，長(zhǎng)為30 m，寬為7 m，高為17 m，機(jī)房配電系統(tǒng)采用TN-S方式，其平面示意圖如圖1所示。

圖1　建筑物平面示意圖

該軍事設(shè)施建筑物防雷措施主要包括接閃、分流和接地等3個(gè)部分。其中，接閃主要是通過避雷帶和避雷針等接收雷電流；分流主要是通過管線、金屬結(jié)構(gòu)和引下線等對(duì)雷電流進(jìn)行重新分配，使其通過接地裝置進(jìn)入大地。為了避免雷擊，在構(gòu)建電子信息系統(tǒng)機(jī)房過程中，應(yīng)采取具有屏障作用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)內(nèi)主筋的圓鋼直徑應(yīng)≥12 mm，墻體內(nèi)用鋼筋設(shè)置屏蔽層，鋼筋網(wǎng)采用的圓鋼直徑應(yīng)≥8 mm，焊接形成的網(wǎng)格應(yīng)≤0.60 m×0.60 m，網(wǎng)格和主筋之間的連接應(yīng)采用焊接的方式，主筋上端和下端分別和接閃帶、基礎(chǔ)接地網(wǎng)連接。整體防雷措施如圖2所示。

圖2　計(jì)算機(jī)電子設(shè)備大樓整體防雷措施

2.1安裝避雷帶和避雷針

該軍事設(shè)施建筑物外部防雷系統(tǒng)的接閃器采用避雷帶和避雷針。敷設(shè)避雷帶的位置一般為易遭受雷擊的屋角屋脊、屋面外圍、檐角和屋檐等處。由于本樓的寬度為7 m，因此只沿屋面邊沿敷設(shè)1圈避雷帶，然后對(duì)避雷帶進(jìn)行具體布置。避雷帶用支持卡固定，2個(gè)支持卡間隔1 m，拐彎處間隔0.5 m，避雷帶的高度為0.15 m，在避雷帶的每個(gè)拐角處布置避雷針。避雷帶采用直徑為8 mm的鍍鋅圓鋼。對(duì)于機(jī)房屋頂?shù)耐蛊鸩课?，則就近和避雷帶的兩處相連。避雷帶布置圖如圖3所示。工程中單支避雷針的保護(hù)范圍如圖4所示。

圖3　避雷帶布置圖

圖4　單支避雷針保護(hù)范圍平面圖

避雷針的高度h通過下式計(jì)算確定：

(1)

(2)

式中，rx是避雷針在高度為hx的xx'平面上的保護(hù)半徑，單位為m；hr是滾球半徑，本文中其值為60 m；hx是被保護(hù)物的高度，單位為m；r0是避雷針在地面上的保護(hù)半徑，單位為m。根據(jù)式1和式2進(jìn)行計(jì)算，得到避雷針的高度為5 m。

2.2引下線布置

布置引下線時(shí)，沿著計(jì)算機(jī)機(jī)房大樓的外墻明敷，并設(shè)計(jì)最短的路徑接地。引下線采用的鍍鋅扁鋼，截面積為48 mm2，每條引下線和地面距離1 m之間裝設(shè)斷接卡。在人員經(jīng)常接觸和走動(dòng)的地方采用暗敷處理，暗敷的距離為距離地面上1.7 m和距離地面下0.3 m。本樓設(shè)計(jì)的引下線數(shù)量為6根。

2.3接地裝置

蓋樓接地裝置采用人工接地體，其中垂直接地體采用材質(zhì)為50×50×5的鍍鋅角鋼，其長(zhǎng)度為2.5 m，敷設(shè)間距選擇5 m；水平接地體選擇的材質(zhì)為4#鍍鋅扁鋼，長(zhǎng)度為10 m，沿建筑物的周邊進(jìn)行布置，埋設(shè)的深度為0.8 m。

通過對(duì)軍事設(shè)施建筑物屋外防雷措施進(jìn)行研究，提出了一種新型的將“線(面)”防雷保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c(diǎn)”防雷保護(hù)的差異化防雷策略。利用屋頂容易遭受雷擊的屋角屋脊、屋檐和檐角等設(shè)置避雷帶，加裝避雷針，將雷電流引至這些避雷針和避雷帶上，降低雷擊發(fā)生的概率；同時(shí)采取引下線、接地裝置等防雷手段，防止因“引雷”而導(dǎo)致的雷擊事件。由原來的以避雷帶為中心的“線(面)”防雷保護(hù)轉(zhuǎn)變成以避雷針為中心的“點(diǎn)”防雷保護(hù)措施。

3結(jié)語

現(xiàn)代防雷技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是全方位、高效果的防雷策略。防雷工作是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮全面，同時(shí)加強(qiáng)防雷裝置的檢測(cè)。本文提出了一種新型的差異化的將“線(面)”防雷轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c(diǎn)”防雷的方法，綜合應(yīng)用各種防雷策略，從短期效果來看，顯著提高了防雷的效果。

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責(zé)任編輯馬彤

The New Differentiation Method Lightning Protection of Converting Line (Surface) Lightning

Protection into the “Point”

YU Jianping

(Military Economics Academy Xiangyang Officer School, Xiangyang 441118, China)

Abstract：With the development of computer network technology and microelectronics technology, their application in military equipment is increasingly common, but increases the damage caused by lightning. It has been unable to meet communications and electronic equipment’s anti-Ray needs when just rely on a single measure such as lightning rod. This paper analyzes the different method of lightning protection, and finally it describes the lightning protection measures of converting line (surface) lightning protection into the point with an example.

Key words:electronic equipment，differentiation mine， line (surface) lightning protection， point lightning protection

收稿日期：2015-03-12

作者簡(jiǎn)介：余建平(1961-)，男，副教授，主要從事教學(xué)管理、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TM 863

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A