计算机网络的雷击保护

2024-06-02

计算机网络的雷击保护（精选7篇）

计算机网络的雷击保护篇1

众所周知, 雷击灾害是最严重的自然灾害之一, 雷电的破坏能力极大, 雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越大。

雷击导致火灾、爆炸、电子设备及信息系统瘫痪等事故时有发生。

随着计算机技术的广泛应用, 医疗设备又向智能化和网络信息化的方向发展, 医院许多智能化的医疗设备已连成网络, 互相交换信息, 这就使得医院的计算机管理系统的防雷要求更加不容有失。

我们医院计算机信息管理应用广泛, 为广大的医务工作者和患者提供了方便快捷的条件。但每当夏天雷雨季节时, 计算机网络系统经常遭受雷击, 使计算机网络瘫痪, 计算机网络的雷击保护刻不容缓。

1 雷电灾害的分析

雷击造成损害的方式原因是多种多样的, 但从计算机网络系统损害的整体情况来看, 归纳起来有如下几种表现形式:

1) 直击雷的袭击:雷电直接击打在计算机系统及设备对其放电造成计算机系统瘫痪及设备彻底性的损害。由于一般医疗设备都是安装在建筑物内部, 建筑物本身一般有避雷装置, 所以此种可能雷击途径发生的概率比较低;

2) 电源线路侵入雷电:医院的电力线路多为远距离经过电网和各级配电变压器传输给医疗设备的, 而且多采用架空线路, 所以电力线路遭遇雷击的可能性非常大。电力线路上的雷击分为两类:

一类为雷击直接击打电力线上并沿电力线传导到设备, 此种雷电能量较大;

另一类为雷击发生时由于电磁感应或者静电感应在在电力线路上产生并传导入设备感应过电压和过电流, 此种雷电能量相对前者较小一点。两类雷击最终结果是使供给设备的电源电压瞬时升高电流增大, 设备由于过压过流而受损;

3) 对有光、电缆等网络架空连接的设备, 信号线路上空或者附近发生雷击时, 在信号线路上会产生几千伏到几十千伏的感应过电压, 过电压沿信号电路传导进入设备端口, 造成设备损坏, 特别是像脑电图、肌电图这样高输入阻抗的设备更容易造成损害;

4) 当设备所在建筑物附近发生直接雷击时, 由于雷电具有高电位、大冲击电流、瞬时性的特点, 强大的闪电产生静磁场、较变电磁场、电磁辐射雷电波等雷电磁波, 严重干扰无线和有线通讯, 一旦侵入微电子设备的信号入口, 将使电子器件被击穿、烧毁。如果建筑物或者设备屏蔽措施做的不好的话, 其强烈的磁场就会造成设备内IC芯片的损坏。

2 医疗设备防雷击的方法

防雷是综合性的系统工程, 所采取的技术措施也是多方面的, 任何单一的防护措施, 其效果都是有限的。针对设备受雷击的表现形式, 有重点进行防护措施。对直击雷的保护:

1) 注重医院建筑的设计和改造, 充分考虑雷电所带来的危害性。在具有避雷针、避雷带、引下线、接地线等防雷的设置基础上, 每年雷雨季节前应对防雷系统进行检查和维护。主要检查避雷针的放电端是否尖利、接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近有无异常, 必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分, 接地网的接地电阻应每年进行一次测量;

2) 对雷电电磁脉冲 (感应电) 的保护:对雷电电磁脉冲的防护应综合考虑雷电成灾的多种物理因素, 针对雷电的各种耦合途径、耦合通道及其危害机理, 采用相应的综合防雷技术和措施。对于医疗电子设备而言, 雷电电磁脉冲能量的耦合主要通过以下三个通道侵入:

一是雷电电磁脉冲能量通过各种多发管线通道 (多发管道、多发构件、各种线缆等) 的传导耦合;

二是通过地线通道的传导耦合, (地电位反击) ;

三是雷电电脉冲能量通过空间通道的辐射耦合。

目前主要是采用拦截、屏蔽、均压、分流和接地等五项技术, 针对医疗设备, 具体措施是:

一是设备的前端安装合适的避雷器, 在电源侧和网络屏蔽上加装浪涌保护器, 将可能进入的雷电流阻拦在外, 将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地, 确保设备的安全;

二是实行等电位连接, 即把设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属通道、供电线路含外露可导电部分、防雷装置、电子设备构成的系统等连成网状同处在等电位上, 雷击时不互相产生电位, 防止由高的电位差对设备产生影响;

三是高预防意识, 遇到雷雨天, 如果可以关掉设备电源, 就关掉设备电源, 拔掉电源插头。

总之, 雷电对医疗设备的危害是不能忽视的, 我们需要对此有正确的认识, 但也不必过于恐慌, 只要认识并重视雷电对医疗设备的侵袭, 从而对医疗设备进行合理和必要的防雷保护, 就一定可以保证医疗设备的使用安全, 确保医院医疗设备财产不受损失。

参考文献

[1]施广全, 王振会.计算机网络系统的雷电防护设计[J].科技资讯, 2008 (9) .

[2]赵桂萍.浅谈计算机信息系统防雷[J].中国科技信息, 2008 (9) .

[3]宋佰春, 李斌, 袁安芳.计算机信息系统雷电防护技术探讨[J].计算机应用与软件, 2008 (10) .

计算机网络的雷击保护篇2

(1) 2009年6月6日是全国爱眼日, 现代教育报联合新浪教育频道在全国中小学生中进行了“你的眼睛近视吗”的抽样调查。此次调查共回收小学生书面问卷694份、初中生207份, 新浪教育频道回收小学生、初中生、高中生的网络问卷共1066份, 总计1967份。调查结果显示, 小学生、初中生近视率分别为39.05%和64.3%, 分别比十年前提高25.7%和26.86% (1999年的一项统计显示, 全国小学生近视率为13.35%, 初中生近视率为37.44%) 。十年间, 中小学生的视力为何直线下滑?这究竟是谁惹的祸?书面问卷数据显示, 小学生、初中生近视率分别为39.05%和64.3%。在回收的网络问卷“你觉得造成你眼睛近视的原因是什么”选项中, 选择“因看电视引起近视的”占46.7%, 选择“因上网引起近视的”占44.8%, 而选择“作业太多导致近视的”占43.8%。

上网引起近视的一个主要原因是:用计算机时间太长又没有及时采取保护视力措施, 离计算机屏幕太近, 导致视力疲劳, 久而久之导致视力下降。学生操作电脑时除了观看视频外, 还观看文本和键盘。其视觉特点是动态变化的, 注视点在不断的切换, 这一点与平常处于视觉静止是不同的, 如看书写字时候, 注意力是集中。电脑屏幕具有一定的亮度, 在观看时候, 如果处理不好人的眼睛与电脑屏幕之间的距离平衡, 那么反射光会对人的眼睛引起不适。根据国内外研究表明和实际的感受, 操作电脑最常见的不适症状是人眼疲劳、甚至全身不适等。屏幕上出现照明灯映像、视野内看见明亮灯具的眩光, 这个时候往往会造成视野内的光线强度相差悬殊, 对视力造成影响。

(2) 有些中小学生用计算机时, 音响声音开得太大, 久而久之导致听力下降, 同时也严重影响他人。 (3) 打雷时, 计算机经常受雷击而损坏。 (4) 计算机被盗。

2. 问题的解决

怎样运用所学的电子和电工知识研究出具有保护视力听力和防雷击防盗的计算机, 带着这三个问题, 我查阅了光控技术方面、声控方面和防雷击和防盗方面的有关资料, 最后研究出该保护视力听力和防雷击的计算机声光控保护器。

3. 制作过程:

3.1 分析问题。

首先从现实生活中常见的现象进行了分析, 找到近视的主要根源, 引起的原因有多种, 包括不良的上网习惯、看书写字的姿势等。影响的听力的主要原因是, 人的耳朵对于声音的接受能力在一个限度以内, 如果在瞬间声音的扩容较大, 那么对于耳膜或形成非常大的声压, 如果长时间接受不均衡的声音变化影响, 耳膜对于声音的感知能力大大下降, 以致听力下降;电脑等仪器对于雷击非常敏感, 雷击瞬间会对计算机硬件造成部分伤害, 因此需要设计继电器开关, 在雷击时, 选择自动关闭电源。

3.2 查阅资料。

主要查阅了相关的电路设计原理, 认真分析并设计了振荡电路的原理模式。对于声音的采集、视力感知等方面查阅相关资料, 了解视力、听力的保护原理以及常见的保护方案。

3.3 画电路图。

将自己的设计方案, 借助电路设计软件Protel, 将解决方案设计出来, 并在电脑上进行简单的模拟, 以保证电路设计正常

3.4 购买元件。

根据设计的电路方案, 选择电路元件并购买。主要包括, 红外线感应器, 5v变压器, 晶闸, 二极管, 插座, 电线, 继电器等。

3.5 制作。

按照设计的电路, 将各个元件进行焊接, 为了保证产品的质量, 在焊接时, 对焊接不可施加压力, 在元件的安装时, 要首先应该观察元件是否具有极性, 若有极性, 那么应该区分元件极性, 对焊接点要避免重复焊接造成连接接触不良。

3.6 调试。

将电路进行完全安装后, 需要将将系统接入电脑, 并通过红外线、声音传感器来接受声音, 通过增加电脑的声音, 改变人与电脑屏幕之间的距离来测试系统装置中的继电器能否正常工作, 在合理的范围内, 对电脑电源进行关闭, 以保证安全。

4. 实用性

(1) 当人离计算机显示器屏幕太近时, 计算机显示器会自动关机。 (2) 当计算机声音开得太大时, 计算机音响自动关机。 (3) 当打雷时, 计算机总电源会自动关机。 (4) 有防盗的功能。

5.原理图

6. 工作原理

(1) 当人看计算机显示器屏幕太近时, 红外传感器感应到人体的信号, 传感器的光电开关接通, 继电器线圈两端加上24V电压, 与继电器的常闭开关串联的计算机显示器电源被切断。计算机显示器自动关机。保护人的视力。只有当人远离计算机显示器屏幕后, 计算机显示器屏幕才能自动开机。红外热释传感器能感知一定范围能发出红外线的物体 (如:恒温动物) 当人到达指定的距离红外热释传感器就发出信号, 经过放大电路到达CPU, 经过运算向继电器发出一个指令原来继电器控制部分是处于常闭状态, 当接到指令就马上断开开关, 做到断电的目的。 (2) 当计算机音响开得太大时, 声音传感器受触发, 继电器线圈两端加上24V电压, 与继电器的常闭开关串联的音响电源被切断, 声音自动关掉, 保护人的听力, 同时也使声音不干扰别人。只有当计算机音量关小后, 1分钟音响才能自动开机。 (3) 当雷声太大时, 声音传感器受触发, 继电器线圈两端加上24V电压, 与继电器的常闭开关串联的计算机总电源被切断, 计算机自动关机。使计算机不受雷击。

7. 应用范围

任何有影响视力、听力和怕雷击、怕被盗的设备都可应用该保护器。

8. 发明点:

(1) 利用红外线光电开关保护视力。 (2) 利用声控电路保护听力。 (3) 利用声控电路和继电器防雷。

经过多次对装置进行测试表明, 系统可以及时保护视力、听力, 对电脑电源进行及时的控制关闭。系统最终的装置图如下所示:

摘要：用计算机时间太长又没有及时采取保护视力措施, 离计算机屏幕太近, 导致视力疲劳, 久而久之导致视力下降;计算机音响声音开得太大, 久而久之导致听力下降, 同时也严重影响他人;打雷时, 计算机经常受雷击而损坏;计算机时有被盗。本文就上述问题进行分析和研究, 利用声光控技术制作了该保护器。

关键词：保护视力听力,防雷击,防盗,声光控技术

参考文献

[1]姜楠.“信息论”课程本科教学探索与实践[J].计算机教育, 2007 (24) .

[2]李心广.MATLAB在通信原理教学中的应用[J].中国现代教育技术装备, 2007 (02) .

[3]曾巧明, 何红波.计算机图形学的教学改革与创新[J].长沙铁道学院学报, 2003 (9) :111-113.

[4]黄晓萍, 肖虓, 李迅.《计算机图形学》网络课件的设计制作与体会[J].中国电化教育, 2003 (12) :63-65.

[5]费广正, 乔林.Visual C++6.0高级编程技术OpenGL篇[M].北京:中国铁道出版社, 2000:30-57.

[6]和平鸽工作室.OpenGL三维图形系统开发与实用技术[M].北京:清华大学出版社, 2003.

[7]Dave Shreniner著.徐波译.OpenGL编程指南[M].北京:机械工业出版社, 2008.

计算机网络的雷击保护篇3

目前, 我国航空业处于蓬勃发展的阶段, 各类型飞机数量逐年增长, 其中以民航领域更为突出, 为了提升飞机性能, 现在的民航客机多应用复合材料, 这些材料很容易受到雷击因素的影响, 加强飞机复合材料的防雷击保护是一个研究重点。

1 飞机雷击损伤的类型

1.1 直接损伤

飞机一般遭到雷击所造成的直接损伤有金属表面变色、熔化和灼烧、复合材料表面会出现脱层、灼烧, 导致飞机的外观受到一定的影响。

1.2 间接损伤

间接损伤是指对电网终端、电网和电子电器设备造成的损伤, 出现这些损伤的原因是电流过大影响到磁场, 磁场发生变化就导致电气系统瞬间电压发生变化, 从而损害了飞机上的电子显示系统, 但是新型飞机的防护措施都比较完善, 尤其是针对飞机油箱系统, 目的是为了防止雷击产生的火花将油箱引爆。此外, 在飞机起飞之前, 所有的乘客都需要将电子设备关闭, 防止雷击误伤到机体内的乘客。

在以往, 由于科技水平落后, 飞机遭到雷击事件并不少见, 例如1976年伊朗空军B747在马德里遭到雷击发生油箱爆炸;1963年泛美航空公司B707在Elkon由于雷击事件引起爆炸;1958年洛克希德喷气星型飞机在飞往巴黎的途中遭遇雷击发生油箱爆炸。由于雷击事件频繁的发生, 科研人员在设计飞机的过程中会重点考虑飞机的防雷措施, 有效减少雷击事故的发生率。但是在经济的快速发展下, 制造飞机的材料开始朝着轻量化的趋势发展, 目前大部分飞机材料, 都是复合材料, 复合材料导电性较差, 会将留在材料上的电荷直接冲向导体, 在接触的过程中产生火花, 可能会引起油箱爆炸, 所以对飞机复合材料构件采取防雷措施很有必要。

2 复合材料构件防雷击采取的措施

对于较大型的飞机而言, 在结构上可以采取以下几种防雷措施。

2.1 表面层保护法

表面层保护法就是在飞机涂层表面加入导电材料, 保护机身不被雷击破坏, 可采取的措施有:在飞机涂层表面安装上既起装饰作用又有导电作用的金属条、在喷涂飞机表面的材料中加入金属粒子、直接在飞机表面上喷涂金属材料。除了可以采取这些措施以往, 随着科技水平的发展, 还可以将装饰条直接发展为装饰层, 这种装饰层既能满足美观需求, 又可以导电, 还可以像贴纸一样撕下、贴上, 方便经济。纽约的Integument Technologie公司就研发出一款装饰层质量比传统的网状材料轻, 可撕可贴, 而且其原料是环氧基胶料, 即使在飞行过程中遭到雷击, 其装饰层被氧化, 电能被消耗掉, 也能够保护飞机内部结构不受损害, 这种装饰层的规格宽度大约在152~914 mm之间, 厚度在0.076 mm左右。加利福尼亚的1家公司研究开发出发一款质量轻薄的护罩产品, 叫作“Conformal Shield”, 作用是保护机身免于雷击损害, 这种材料有良好的柔韧性和光滑的金属膜, 使用时直接铺在构件表面上即可, 虽然该产品价格偏高, 但是延展性非常理想, 可以应用在飞机的双曲面部位, 不会被电极腐蚀, 所以在现在的大型飞机上有较多的应用。

2.2 网箔保护法

网箔保护法的原理是把铜或者铝格网贴在结构外层下面或者结构表面, 以防遭到雷击产生电火花。Microgrid格网是现在制造飞机最常使用的材料, 是由Dexmet公司开发研究出来的, 很多大型的飞机制造公司都使用这款格网, 如安博威、波音。铜与铝格网将以前的金属丝编织的格网替换掉, 其优点是丝束不会轻易的被解开, 也可以在格网上进行电镀、喷涂。将铜铝格网贴在复合材料上后, 飞机的表面即可承受200 000 A的电流, 而且即使飞机遭到雷击, 只要将飞机表面被破坏的格网清理掉重新粘贴上新的格网就可以, 节省了高昂的维修费用。

3 常见的飞机防雷击保护措施

3.1 A320飞机

这一型号的飞机主要采用几个保护措施: (1) 加强对飞机油箱的密度。 (2) 在飞机的复合材料构件中添加避雷条。 (3) 在飞机上的一些重要设备的电线上接地金属罩, 如果发生雷击的情况, 可以将产生的电流经金属网传送到飞机的电线上, 防止各路电压出现过高的现象。

3.2 波音787

这一型号飞机机体的内部会安装氮气发生器, 当油箱装满时, 可以有效控制油蒸汽溢出。此外, 还使用玻璃纤维或者没有导电性能的黏性物质将机体的内部和机翼蒙皮处联结起来, 避免中间出现缝隙, 避免雷击破坏, 起到保护作用。

4 结语

本文详细介绍了关于飞机复合材料构件采取一系列具体的防雷击保护措施, 在实际应用中, 也得到很好的验证, 虽然雷击属于不定性因素, 但是可以采取预防措施, 保护飞机飞行的安全性。

参考文献

[1]黄军玲, 周利军, 谢家雨, 等.飞机雷电间接效应仿真与研究[J].科学技术与工程, 2015 (7) .

[2]李梦, 朱健健, 李家艮.纳米钛粉改性环氧底漆对GFEP飞机电磁屏蔽性能的影响[J].电子元件与材料, 2015 (2) .

计算机网络的雷击保护篇4

1 故障查找

根据保护动作类型, 从线路末端开始查找故障点, 因为过流跳闸发生在雷雨期间, 故障排查将巡视重点放在绝缘子和避雷器上。

首先, 将末端部分避雷器、绝缘子运行时间长的专用变压器用户和公用变压器从主线路中切除 (拉开跌落式熔断器) , 对巡视无故障的主线路进行送电, 运行正常;然后, 对这些末端部分的专用变压器用户和公用变压器进行排查。通过排查, 最终发现末端某养鸡场专用变压器两相避雷器有放电痕迹, 笔者立即办理好事故应急抢修单, 做好安全措施后, 将避雷器拆除, 在地面使用2 500 V绝缘电阻表对其绝缘电阻进行测量, 表计显示电阻为零, 避雷器被击穿。

2 处理措施

(1) 避雷器故障, 两相避雷器同时遭受雷击, 因是氧化锌避雷器, 雷击后避雷器并未断裂, 故障点不明显。重新更换了新型带脱离装置避雷器 (HY5WS-17/50-TB) 。

(2) 更换避雷器后, 用接地电阻测试仪测试该避雷器的接地电阻大于20Ω, 不符合要求, 采取降阻措施, 将变压器接地电阻值控制在4Ω以内。

(3) 针式绝缘子有雷击后对地放电痕迹, 用20 k V电压等级的绝缘子更换受损PS-15绝缘子。

采取以上措施后, 故障消除, 用户恢复送电后, 线路运行正常。

3 预防整改措施

(1) 在雷雨较多地区, 适宜安装新型带脱离装置避雷器, 以利于发现故障点, 并且其在遭遇雷击后会自动脱落, 避免线路出现故障跳闸。

(2) 在雷雨季节来临之前, 要认真检查台区的避雷装置, 及时试验和更换不符合运行要求的避雷器, 在柱上断路器、电缆头等处安装避雷器。

(3) 检查、整改接地装置, 严格定期测试接地电阻, 保证100 k VA以下的变压器接地电阻值不大于10Ω, 100 k VA及以上的变压器接地电阻值不大于4Ω。

计算机网络的雷击保护篇5

1.1 雷电造成危害的机理

雷电是自然现象的一种, 在我国雷电分布较为广泛。雷电在产生的时候会导致瞬时高压, 甚至高达1 MV, 瞬间的电流也十分强, 可以高达100 kA。所以雷电发生时, 虽然时间短但是其释放的能量是十分惊人的。雷电如果与人体、动物定相接处会直接因为电流强大而导致人、动物的直接伤亡。且雷电在释放的过程中会产生较高的热量, 从而对击中物体产生热破坏, 如遇到易燃的物品就会导致火灾。雷电还会对物体产生机械性破坏, 各种建筑或者设备等遇到雷电直接击中, 就会导致损坏或者倒塌等。而雷电这些破坏效果在电力网络中都会因为电网的特殊性而被扩大, 并导致严重后果。

1.2 雷电热效应危害

雷电的过程虽然短暂, 仅为0.01 s, 但其是一组放电过程。在闪光出现的瞬间, 雷电电流在极短的时间内达到最大峰值, 且连续出现脉冲式的峰值, 并产生强大的电流。尤其是直接雷, 其释放的电流强度可以达到20~50 kA, 大型雷暴的放电电流峰值可以达到几十万安培。被雷电击中的物体会在瞬时产生巨大的热量, 因为电流很大作用时间短, 热能击中不可能发散, 因此与雷电直接接触的导线、光缆等都会因为高温产生熔化, 其通道的瞬间温度可以高达上万度, 其对电力系统的各种设备都存在着此类威胁。

1.3 过电压

过电压的危害可以分为2种, 一种是直击雷过电压, 一种是感应雷过电压。这是因为雷电会产生较强的电磁辐射, 进而形成感应过电压。雷电直接击输电线路附近的地面或者建筑的时候, 就会因为电磁感应和静电感应的作用在导线上形成高压, 当高压超过绝缘装置的极限时就会导致闪络。直接雷按照雷击的不同位置会出现不同的后果, 直接雷的过电压可以分为2种, 一是雷击线路上的杆塔或者架空线路的时候, 雷电电流通过直击点的阻抗使得该点的电位出现急剧上升, 当此点的电位与导线电位的差值到达绝缘极限的时候, 就会在线路上出现闪络, 这种情况也可以称之为反击;一种情况是雷电直击导线, 而导线上出现很高的电压, 当电压超过绝缘子的冲击放电电压的时候也会形成闪络。

2 电力线路防雷的计算方法

2.1 线路雷电耐受水平计算

输电线路防雷性能的分析是衡量其安全性的重要指标, 主要用耐雷水平进行衡量。平行的导线之间存在互感的情况, 如果避雷线上出现电压异常则导线上就会出现耦合电压。作用在绝缘子上的电压是二者的差, 其耦合的系数通常为0.2。耦合作用导致绝缘承受的电压低于线路电压, 此时可以根据导线的情况计算耦合系数。在实际上, 耦合电压高于绝缘子的闪络电压50%的时候就会造成闪络, 雷电对线路放电引起的闪络电流的临界值就是线路的耐雷水平, 其水平高则闪络机会低。

当电流超过线路耐雷水平时, 并不会每次都导致闪络, 因此不会每次都形成故障。这个时候雷电将穿过通道进入地下, 但是实际极短, 线路开关还不能做出动作。当雷电过程消失后, 在闪络点不会形成工频电弧, 这样就可保证供电, 设备也是安全的。只有当沿着击穿通道流过的工频短路电流形成的电弧持续时才会导致线路跳闸。雷电闪络后是否会导致工频电流出现, 这是一个几率问题, 通常利用建弧率来表示。这是一个随机的变量, 与单位长度的绝缘上实际工作的电压相关, 也与绝缘工作电位的梯度直接关联, 电位的梯度越大其建弧率也就越大, 所以当绝缘子串出现闪络后应尽量控制其出现工频电弧的可能性, 这样就不会导致跳闸。按照运行的经验, 冲击闪络转化为稳定工频电流的概率如公式:

式中, η为建弧率;E为绝缘子的电压梯度平均值 (kV/m) 。

对地中性带有效接地网计算公式如下:

中性点非有效接地的电网中其公式为:

式中, Ue为额定的输电电压 (kV) ;Lj为绝缘串子的长度 (m) ;Lm为线路中线路间距 (m) , 对于特殊情况如横担或者钢筋横担的线路其值为0。

综合来看, 降低建弧率可以采用的措施是:增加绝缘子串的片数, 减少其工频电场的场强, 电网中尽量不采用不接地或者消弧线圈等接地, 控制稳定工频电弧。

2.2 直击雷电压的计算分析

在没有避雷线的情况下, 线路产生的过电压与有避雷线的情况是不同的, 下面就此进行分析。

2.2.1 没有避雷线

此时雷击会产生直击导线或者杆塔顶部2个结果。直击导线时, 雷电流会向两侧流动, 假设Z为通道的波阻抗, Z/2就是两边的并联波阻抗。则雷击的过电压U0= (I/2) × (Z/2) 。雷击导线的过电压与雷电电流是一种正比关系。若此时电压超过线路上绝缘层的耐受力, 则会出现闪络、此时线路的耐雷水平为:

当雷击在杆塔顶部的时候, 雷电电流I则流经杆塔和接地电阻进入到地下。假设gnat的电感为Lgi, 杆塔的冲击电阻是Rch, 导线高度为Hd, 雷电流是一种斜角平顶波, 且工程计算取其波头为2.6μs, 此时在绝缘串子上的电压为:

从上面的公式可以看出, 作用在绝缘子上的雷电过电压与电流的数值、角度、导线与杆塔高度、接地电阻都有着密切关系。如果这个值等于或者大于绝缘子串的50%雷电冲击放电压的时候, 杆塔顶部对导线会产生反击。在中性点接地的网络中, 有可能使得线路跳闸。此时雷电的耐雷水平为:

在60 kV和以下的电网采用的是中性点不接地方式, 直击雷超过杆塔顶部耐雷水平的时候, 会出现一相导线放电的情况。工频电流不大, 就不会形成稳定的工频电弧, 即不会跳闸, 线路电力输送稳定。只有当一次闪络后, 出现向二相反击的时候, 才会导致两相绝缘子闪络, 从而导致相间短路, 出现较大的短路电流而引起跳闸。此时耐雷的水平为:

I=U50%/[ (1-kc) (Rch+Lgi/2.6+Hd/2.6) ] (kA)

式中, kc为耦合系数 (两相导线) 。

2.2.2 有避雷线的过电压计算

线路中设计有避雷线, 则直击雷的作用会有3种:雷电绕过避雷线直击导线, 直击杆塔顶部, 直击档距中间的避雷线。

绕过避雷线直击导线的过电压和耐雷的水平必须利用绕击率进行参考。所谓的绕击率就是指雷电避过避雷线击中导线的几率, 这个参数与保护角度的减小而出现下降。根据模拟实验和经验数据表明, 绕击率和避雷线对外侧导线的保护角相关, 杆塔高度、地形条件等也有有影响。公式为:

发生绕击后线路上的电压和耐雷水平都会按照没有避雷线的情况进行计算。雷电直击杆塔顶部的时候, 雷电电流大部分会通过杆塔进入大地, 小部分电流会经过避雷线进入相邻杆塔而进入大地。流经杆塔顶部的接地电流为Igi和总电流I直接相关, 公式为:Igi=βI。其中β为杆塔分流系数, 小于1;对于通常长度的档距, β的数值可以利用表1获得。

所以在计算中, 有避雷线的杆塔耐雷水平I为:

在雷电直接击中避雷线的情况下, 因为雷电击中位置与杆塔存在距离, 则两侧接地杆塔会出现负反射, 需要一段时间才能回到雷击点且降低其电位。在此过程中, 雷电直击点的地线会出现较高的电位。可以利用近似的集中参数的等电位电路完成分析过程, 并计算求解雷击点出现的电压值。设档距避雷线的电感为2L, 雷电流取斜角波I=at, 则:Ua=1/2×L×a。A点与导线空气间隙上的绝缘设施所承载的电压U为:U=Ua (1-kc) =1/2×L×a× (1-kc) (kV) , 其中Kc是导线与避雷线间的耦合系数。

3 结语

本文通过对雷电危害的分析, 可以得出雷电产生的热量与电压是造成供电设备故障的重要因素。通过分析与计算可知, 防雷工作不仅需要提高整个系统设备的可靠性, 还应当利用合理的参数设置来弥补设备的缺陷, 利用合理的综合防控措施增加系统的安全性, 从根本上降低极限数值的出现, 保证设备的载荷在正常的范围内, 这样才能降低雷击事故的出现。

摘要：介绍了雷电对电网线路的危害形式, 从实践角度分析了产生危害的基本原因;同时对影响电网耐雷性能的参数进行了分析与计算, 以此指导实际防雷措施的选择。

关键词：雷电危害,耐受计算,直击雷,避雷线

参考文献

[1]王英杰, 张葆靑, 田江波, 等.基于科学诊断雷电活动概率、提高输电线路耐雷治理成效[J].科技传播, 2011 (2)

计算机网络的雷击保护篇6

关键词：雷击,电源,网络,通讯,防雷

1 概述

随着信息化时代的到来, 计算机网络的飞速蔓延, 各种高级、精密、尖端的设备陆续来到我们的身边。与此同时, 雷电这一久违的烦恼开始“眷顾”这些“娇嫩”的设备。因雷电导致的系统瘫痪以及设备损坏比比皆是, 防雷电灾害又成为社会各界关注的焦点。

雷击和线路过电压会出现多种有害的效应, 其表现形式有:直击雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压侵入和反击。雷击及过电压的保护是一项系统的工作, 需要根据不同的特性给予相应而全面的防护。

2 雷电防护基本原理

雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式, 一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备;一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言, 危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量, 通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌:金属管线通道, 如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌;地线通道, 地电位反击;空间通道, 电磁脉冲的辐射能量。雷电防护的中心内容是泄放和均衡。

2.1 泄放

泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放, 并且应符合层次性原则, 即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地。层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。防雷保护区又称电磁兼容分区, 是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域:LP-ZOA区, 本区内的各物体都可能遭到直接雷击, 因此各物体都可能导走全部雷电流, 本区内电磁场没有衰减;LPZOB区, 本区内的各物体不可能遭到直接雷击, 但本区电磁场没有衰减;LPZ1区, 本区内的各物体不可能遭到直接雷击, 流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少, 电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施;后续的防雷区 (LPZ2区等) , 如果需要进一步减小所导引的电流和电磁场, 就应引入后续防雷区, 应按照需要保护的系统所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。保护区序号越高, 预期的干扰能量和干扰电压越低。

2.2 均衡

均衡就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差, 即系统所在环境及系统本身所有金属导电体的电位在瞬态现象时保持基本相等, 这实质是基于均压等电位连接的。由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接器 (防雷器) 组成一个电位补偿系统, 在瞬态现象存在的极短时间里, 这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内所有导电部件之间建立起一个等电位, 这些导电部件也包括有源导线。通过这个完备的电位补偿系统, 可以在极短时间内形成一个等电位区域, 这个区域相对于远处可能存在数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部, 所有导电部件之间不存在显著的电位差。

3 防雷设计思路

完备的系统防雷方法包括外部防雷和内部防雷两个方面:

外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等, 其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭, 将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等, 泄放入大地。

内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。在需要保护的设备前端安装合适的避雷器, 使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外, 将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地, 确保后接设备的安全。

当雷电发生在距离建筑物较近的地方, 通过避雷针将可能击中于建筑物本体的雷电吸引并通过避雷针泄放入大地时, 所产生的感应电动势会对内部所有的金属线路均产生破坏作用的感应电流。正是由于电源、网络、通讯等线路出现感应雷电流, 增加了建筑物内部较为敏感的计算机等设备破坏的可能性, 安装避雷针时没有做好完备的内部防护感应雷的措施, 将会大大增加雷击损坏事故的机率, 此时的避雷针就真正成为了引雷针。

当所在的建筑物附近出现雷雨云时, 雷电不通过建筑物顶部的避雷带等泄放雷电流时, 也会在建筑物内部设备的电源和网络系统中产生感应雷电流, 导致设备的损坏。因此建筑物内部通过电源、网络和通讯线路相连接的计算机系统, 期望通过较为传统的方法, 即安装避雷针以避免感应雷击的事故是不可能的。作为内部计算机系统的防雷, 只做避雷针等外部防雷, 其作用是不充分的。只有针对感应雷击损坏设备的特性, 采用防范感应雷击的解决方法, 才能避免雷电对设备的侵袭。

4 防雷设计方法

4.1 外部防雷

根据电子计算机机房设计规范GB 50174-93, 针对接地可以采用独立接地或者采取联合接地。在进行外部防雷设备安装之前需要对内部的交换机等设备的接地极进行检测。

4.2 电源系统防雷

根据IEC1312防雷及过电压规范中有关防雷分区的划分, 针对重要系统的防雷应分为三个区, 分别加以考虑。只做单级防雷, 可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大破坏设备或者保护能力不足引起的设备损坏。电源系统多级保护, 可防范从直击雷到工业浪涌的各级过电压的侵袭。

4.2.1 第一级电源防雷。

根据国家有关低压防雷的规定, 外接金属线路进入建筑物之前, 必须先埋入地下金属管槽并超过15m以上的距离方可进入建筑物, 且要在建筑物的线路进入端加装低压避雷器。必须做到在电源的进入端安装低压端的总电源防雷器, 将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄放, 以确保后接设备的安全。

对于三相电源主级防雷器, 三相进线的每条线路应有40~60KA的通流容量, 可将数万甚至数十万伏的过电压限制到几千伏以内, 防雷器并联安装在建筑内部的总配电室进线端处, 做直击雷和传导雷的保护。

4.2.2 第二级电源防雷。

虽然已经在总电源进线端安装了第一级的防雷器, 但是当较大雷电流进入时, 第一级防雷器可将绝大部分雷电流由地线泄放, 而剩余的雷电残压还是相当高, 因此第一级防雷器的安装, 可以减少大面积的雷击破坏事故, 但是并不能确保后接设备的万无一失;假设由配电室总电源拉至内部其它建筑物的电源线路全部为三相走线, 也存在感应雷电流和雷电波的二次入侵的可能, 因此需要安装电源第二级防雷器。

4.2.3 第三级电源防雷。

这也是系统防雷中最容易被忽视的地方, 现代的电子设备都使用很多的集成电路和精密的元件, 这些器件的击穿电压往往只是几十伏, 最大允许工作电流也只是m A级的, 若不做第三级的防雷, 由经过一、二级防雷而进入设备的雷击残压仍将有千伏之上, 这将对后接设备造成很大的冲击, 并导致设备的损坏。作为第三级的防雷器, 要求有10KA以上的通流容量。

4.3 网络系统保护

尽管在网络的集线器及工作站等设备的电源外接引入线路已安装了电源防雷保护装置, 但是作为网络单机工作站和网络集线器, 其自身的引雷途径就有电源和网络二种, 只是进行电源线路的防雷保护是不充分的, 必须考虑网络线路的防雷保护。由于雷击发生时, 产生巨大的瞬变电磁场, 在1公里范围内的金属环路, 如网络金属连线等都会感应到雷击。这方面可以采用网络专用防雷器加以防护。

结束语

目前, 四通八达的通讯系统及网络的触角已经深入到社会的每一个角落, 必须认真对待雷电给我们制造的麻烦。随着防雷技术的不断进步, 我们完全有能力保护好所属的电源、网络及通讯系统等设备的安全。

参考文献

[1]张小青.建筑物内电子设备的防雷保护[Z].2000.

异型建筑物年预计雷击次数计算篇7

在GB 50057-2010建筑物防雷设计规范中，作为强制性条文，从3.0.2条到3.0.4条规定了建筑物防雷要求分类方法。作为其中重要的分类依据，必须准确计算建筑物的年预计雷击次数。特别是当建筑物的预计雷击次数计算值临近0.05次/年和0.25次/年等分界值时，精确的计算对防雷分类的准确性尤为重要。

实际工程中建筑物的形状大多比较复杂，如图1所示的建筑物，严格按实际形状计算比较复杂，需要简化计算，但多大的凸、凹部分可以忽略，多大的应该计算，在规范和各种资料中都没有量化的规定，实际工程中一般由工程设计人员凭经验确定。

经过对各种体型的建筑，不同大小的凸、凹部分进行计算分析，本文分析了凸、凹部分可以忽略不计的具体条件，以及需要计算时的计算方法。

2 建筑物年预计雷击次数计算方法

在《建筑物防雷设计规范》附录A建筑物年预计雷击次数一节中，仅给出了标准矩形建筑物的年预计雷击次数的计算公式:

其中，K为校正系数;Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度;Ae为建筑物接收相同雷击次数的等效面积。Ae=[LW+2D(L+W)+πD2]×10-6;其中，L,W,D分别为矩形建筑物的长、宽、每边的扩大宽度，当建筑物的高H<100 m时，其每边的扩大宽度D2=H(200-H)，当建筑物的高H≥100 m时，其每边的扩大宽度D=H。

当建筑物形状复杂时，需根据GB 50057-2010建筑物防雷设计规范第A.0.3条第7款，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积计算。如图2所示，有凹槽时，实际面积为按标准矩形计算的面积减去图中阴影部分的误差面积。

我们根据以下几种情况，分别分析不同形状的建筑物Ae的简化计算方法。

3 矩形建筑物中间有凹槽时年预计雷击次数计算

某建筑物长L=100 m;宽W=40 m;校正系数K=1;年平均雷暴日数按太原市资料取34.5(雷击大地的年平均密度Ng=0.1×34.5=3.45);建筑中间有一凹槽长La=1/2L=50 m;宽Wa=1/2W=20 m;在不同建筑物高度时计算出等效面积Ae和年预计雷击次数N分别见表1。

由表1的结果可知，建筑物中间有凹槽时，凹槽长宽均为建筑长宽的1/2，且预计雷击次数计算值临近0.05次/年分界值时，实际计算结果和不计凹槽影响时的简化计算值都可以约等于0.050次/年，对防雷分类没有影响。通过计算机程序建立模型，对建筑长度在5 m～1 000 m，宽度在5 m～1 000 m，高度在3 m～100 m，数千个不同大小的建筑物模型进行数据分析，得出矩形建筑物中间有凹槽时简化处理方法:

简化方法1:

矩形建筑物中间有凹槽时，当凹槽的长度La小于扩大宽度D时，不管凹槽的深度是大是小，凹槽对矩形建筑物的年预计雷击次数计算结果的影响都很小，误差均小于1%，可以忽略不计;D<La<2D时，当对计算结果精度要求不高时，也可以忽略不计;当凹槽的长度La大于2倍扩大宽度D时，凹槽对矩形建筑物的年预计雷击次数计算结果的影响已经比较大，须计算其影响。

如图3所示，D和La,Wa相对大小不同时，误差面积的形状也各不相同，计算应分为两种情况(其中Ae为计算等效面积;Aeo为标准矩形建筑物的等效面积;建筑物长L、宽W、凹槽长La、宽Wa):

当La2+4Wa2-8D×Wa>0时:Ae=Aeo+α×D2+(D×WaD2)×sinα-La×Wa。

公式中α=arccos(1-Wa/D)。

当La2+4Wa2-8D×Wa≤0时:Ae=Aeo+α×D2+0.5La×D×cosα-La×D。

公式中α=arcsin(0.5×La/D)。

计算公式虽然比较复杂，但利用Excel等计算机软件，可以很容易得到精确的结果。

4 矩形建筑物四角有凹槽时年预计雷击次数计算

某建筑物长L=100 m;宽W=40 m;校正系数K=1;雷击大地的年平均密度Ng=3.45;建筑左上角有一凹槽长La=1/4L=25 m;宽Wa=1/4W=10 m;在不同建筑物高度时计算出等效面积Ae和年预计雷击次数N分别见表2。

由表2的结果可知，建筑物四角有凹槽时，凹槽长宽均为建筑长宽的1/4，且预计雷击次数计算值临近0.05次/年分界值时，实际计算结果约等于0.049次/年，不计凹槽影响时的简化计算值约等于0.050次/年，对防雷分类己经有影响。

通过计算机程序建立数据库，对建筑长度在5 m～1 000 m，宽度在5 m～1 000 m，高度在3 m～100 m的数千个不同大小的建筑物进行数据分析，得出矩形建筑物四角有凹槽时的简化处理方法。

简化方法2:

矩形建筑物四角有凹槽时，在凹槽的长宽分别小于矩形建筑物的1/8，并且长宽均小于0.5D时，凹槽对矩形建筑物的年预计雷击次数计算结果的影响小于1%，可以忽略不计。当须计算四角凹槽对矩形建筑物的年预计雷击次数计算结果的影响时，可以按以下公式计算(计算时应取La>Wa):