雷电系统（精选12篇）
雷电系统 篇1
1 前言
雷电定位系统是采用雷电电磁场遥测技术, 实现对雷击故障点的定位和雷电流计算, 记录并实时显示探测区域发生的地闪雷电的时间、位置、强度等参数, 是一个全自动、全天候、实时动态的监测系统, 获取的数据具有重要的工程与研究应用价值, 是研究雷电参数的基础。本研究对于雷电定位系统获取的基础数据, 通过采用最新定位模型 (PAM05) 及雷电流100km归一化修正模型进行数据重算, 在解决历年雷电定位系统测量数据的一致性问题基础上, 重新建立了统一的基础分析数据库, 并利用新开发的“雷电参数统计分析系统”进行基础数据的统计分析。
2 雷电参数的选择
根据雷电遥测原理及雷电定位系统测量数据, 选择地面落雷密度、雷电日、雷电流幅值概率分布三个参数作为研究对象。根据传统意义上的雷电日判定标准, 对被统计区域按适当的等面积划分, 即采用网格法来统一所研究的雷电参数。 研究工作的空间分布即按照行政区域、线路走向沿线区域、线路杆塔中心外延区域等不同研究对象而分别划分。采用年地闪密度来描述雷电活动的分布情况, 并将雷电等级按地闪密度从低到高的五个雷区依次记为一级、二级、三级、四级、五级雷区, 等级的划分根据自然分割法原则进行。
3 雷电参数分析在线路中的应用
3.1 云南省各行政区地闪密度分析
地闪密度反映了雷云对地放电的频繁程度和激烈程度, 2005年～2007年中, 各年的地闪密度分布具有一定的相似性, 滇东的地闪活动强于滇西。2006年与其他两年的雷电活动规律相差略大, 中部和东部广大地区地闪密度都较大, 相对来说是一个雷电活动大年。从三年平均年的地闪密度空间分布来看, 地闪密度最大的值主要集中在滇东的昭通地区北部, 曲靖地区, 昆明南部, 楚雄南部、西北部, 丽江地区东部, 红河的北部、西南部, 思茅地区中东部, 版纳地区中部。滇西地区地闪密度多小于2.0次/ (km2·a) , 西北端地闪密度极弱, 部分原因是由于此处探测效率相对较低引起。
从全省来看, 云南省2005年～2007年各年的地闪密度分别为1.4次/ (km2·a) 、2.4次/ (km2·a) 、1.9次/ (km2·a) , 三年平均地闪密度值为1.9次/ (km2·a) 。处于滇西的迪庆藏族自治州地闪密度最小, 仅为次0.24/ (km2·年) , 雷电活动最弱, 处于滇东的曲靖地区地闪密度最强, 达到3.42次/ (km2·年) 。从西到东的各行政区地闪密度大致上逐渐增大。
3.2 雷电流幅值累积概率曲线分析
云南省2005年～2007年全部地闪数据得到的雷电流幅值累积概率曲线拟合表达式为:
undefined
式 (1) 中:参数“30.7”反映了曲线的中值电流, 即幅值大于30.7kA的概率为50%;参数“2.5”反映了曲线的“陡度”, 此值越大, 表明曲线越“陡”。
上述拟合曲线表达式采用的是与IEEE工作组推荐的累积概率表达式一致的形式, 与国内电力行业规程推荐的一次线性回归方程的形式不同。
图1示出了各类型曲线的差异, 并指出对理论计算的线路雷击跳闸率影响情况。
注:曲线4—统计累积概率与规程推荐累积概率之差
从图1可见, 在曲线特征上, 实际统计的累积概率曲线与IEEE工作组推荐的累积概率曲线几乎相同, 与规程推荐曲线差别较大, 特别是小电流区域, 规程推荐的曲线下降迅速些。
规程法推荐的雷电流幅值累积概率曲线与实际统计的曲线存在交叉情况, 交点处所对应的电流幅值约为36kA。大于36kA时规程推荐累积概率大于统计累积概率;小于36kA时, 与之相反。两条曲线的最大差别达到20% (见图1中的曲线4) 。在现今的超高压线路中, 雷击事故主要是绕击, 用规程法计算出来的绕击跳闸率明显偏小, 部分原因就是由于规程法推荐的幅值概率曲线中小电流的概率偏低所致, 这里统计出来的幅值概率曲线也确实反映出了规程法存在的这个问题。
各行政区2005年～2007年雷电流幅值累积概率曲线拟合表达式为undefined, 可以看到东部各行政区由于探测站布置问题, 探测到的小电流稍少, 小电流所占的概率偏小, 曲线更平缓。
3.3 各行政区雷电日统计分析
雷电日是防雷工程设计和验算中使用频率最高的一个雷电参数。雷电日的统计采用网格法, 即将选定区域进行等面积划分, 形成一系列连续的面积近似相等的虚拟网格, 以各个网格为统计单元, 统计方法与气象观测站统计雷暴日的方法一致:每个网格中每天只要出现一次雷电, 记为一个网格雷电日;网格按小时划分时, 记为网格雷电时。统计每个网格的单位年度内的网格雷电日、网格雷电时, 即为通常意义上所说的网格雷电日、网格雷电时。将选定区域各网格的年网格雷电日、年网格雷电时取平均值, 记出该区域整体的年平均雷电日、年平均雷电时。研究表明, 当网格大小取为0.2°×0.2°时, 统计得到的雷电日与气象部门得到雷电日有着较好的可比性和一致性, 因此, 本文采用0.2°×0.2°网格研究云南雷电日。
0.2°×0.2°网格描述了云南省2005～2007年三年平均年网格雷电日分布情况, 云南省雷电天数最多的地方主要出现在云南南部西双版纳, 曲靖、丽江地区东部, 多超过70天, 西部和东北昭通地区、东南文山地区雷电天数相对较低, 主要在40～60天范围内, 西北部有雷天数最少, 在40天以下。云南省2005～2007年三年平均年有雷天数平均值为57天, 有雷天数≥60天的面积占到47.6%。
3.4 在输电线路中的应用
1) 雷电参数在输电线路雷击故障相关性分析中的应用:
雷区密度图的预期作用就是指导线路防雷和规划新建线路走向, 据此可以反向考虑, 研究已经发生的雷击事故位置与各级雷区的相关性, 用以验证雷击密度区域划分的合理性。
云南电网雷击故障频繁, 以云南电网110kV及以上线路2005年～2007年同一时刻多级杆塔出现雷击故障情况下的故障塔为对象进行统计, 共有83次雷击故障。将这些点标注在云南省2005年～2007年三年平均地闪密度空间分布图中, 见图2, 其中黑点部位为故障塔位置。可直观看出地闪密度与雷击故障存在正相关性。
以云南省2005～2007年的线路故障情况数据和雷电定位系统得到的雷电参数为基础, 可以看到110kV鲁兴线线路故障情况和雷电参数的相关性。
采用“线路走廊网格分析法”, 将鲁兴线1km半径线路走廊沿径向等距离划分, 划分距离取2km, 分析各线路走廊分段内的地闪密度及雷电日分布情况, 见图3、图4。通过比较雷电参数分布图与线路故障情况, 可以清晰说明二者的相关性如何。
2) 线路走廊及杆塔雷电参数统计分析:
对输电线路易受雷击段、易受雷击杆塔、易闪段的掌握, 可直接指导输电线路的雷电防护工程, 使雷电防护措施配置更有针对性, 从而提高其技术经济水平。
分析线路走廊的易受雷击段, 采用“线路走廊网格分析法”:将线路走廊沿径向划分成多个小段, 以各个小段为对象统计其雷电参数, 分析比较各个小段间的雷电活动情况、雷电参数特征。易受雷击段的分析主要通过线路走廊沿线地闪密度的分布确定, 地闪密度相对较大的杆塔段即为易受雷击段。
实际上为了更细致的分析沿线某些易受雷击的杆塔, 可以每个或部分杆塔为中心, 分析距其一定距离范围内的雷电活动情况, 比较多个杆塔附近的雷电参数特征, 通过分析比较得到相对容易遭受雷击的杆塔。
4 结束语
基于云南省雷电定位系统2005～2007年三年探测数据的重新计算、统计及分析, 有关云南省雷电活动大致上有以下特征:
1) 滇东地闪密度大于滇西, 地闪密度最大的值主要集中在滇东的昭通地区北部, 曲靖地区, 昆明南部, 楚雄南部、西北部, 丽江地区东部, 红河的北部、西南部, 思茅地区中东部, 版纳地区中部。云南省2005年～2007年各年的地闪密度分别为1.4次/ (km2·a) 、2.4次/ (km2·a) 、1.9次/ (km2·a) , 三年平均地闪密度值为1.9次/ (km2·a) ;
2) 统计雷电流幅值累积概率分布曲线比规程推荐曲线“陡”, 小电流出现概率比规程推荐的大, 两条曲线的最大差别达到20%, 通过雷电基础数据分析给出了云南省17个行政区2005年～2007年三年平均的雷电流幅值累积概率曲线拟合表达式;
3) 在0.2°×0.2°网格下, 云南省2005～2007年三年平均年有雷天数平均值为57天, 有雷天数≥60天的面积占到47.6%;
另外对于雷电基础数据的统计、分析方法可以更细致的应用到雷电参数在输电线路雷击故障相关性分析以及线路走廊及杆塔雷电参数统计分析中, 从而给输电线路防雷规划、雷击故障分析提供更为准确的指导。
参考文献
[1]国网武汉高压研究院.采用网格法确定雷电参数的统计方法:中国专利CN1936880[P].2007-03-28.
[2]云南电网公司, 云南省雷电定位系统中心站[R].
雷电系统 篇2
雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象，对于雷电的形成有多种解释理论，通常认为是由于热空气上升，冷空气下降过程中的热交换，产生带有正负电荷的小水滴积聚形成积雨云，在积雨云(雷云)形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的“闪电”。
雷电灾害是客观存在的自然灾害，有史以来雷电给人类的生活、工作带来很大的影响。雷击释放的强大的瞬间脉冲电流产生巨大的热能、机械能并诱发脉冲过电压、过电流。造成建筑物倒塌、起火，人员伤亡，通信中断，系统瘫痪等严重后果。
证券计算机网络系统集中了大量微电子网络设备，其高度集成化，低工作电平和小工作电流的特点，又带来绝缘强度低，耐过电压、过电流的能力差等致命弱点。美国研究报告[AD-722675]指出：当雷电活动时，磁感应强度达到0.07GS时，计算机发生误动作，当磁感应强度超过2.4GS 时，计算机发生永久性损坏。根据统计，因雷电对微电子设备的破坏而造成的损失，已远远超过了雷击火灾的损失，成为当今电子时代的一大公害。
证券计算机网络需要交易系统高可靠运行，一旦遭受雷击造成设备损坏，将可能引起数据丢失、交易中断，造成设备损失和无法估量的间接交易损失，甚至引起社会不安定因素。
因此，《上海市雷电防护管理办法》第四条规定，建筑物防雷设计规范规定的一、二、三类防雷建筑物，石油、化工生产或者储存场所，电力生产设施和输配电系统以及邮电通信、交通运输、广播电视、医药卫生、金融证券、计算机信息等社会公共服务系统的主要设施应当安装防雷装置。
雷电侵袭的主要途径
一、直接雷击的侵袭
雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备（如卫星天线等）、各种架空金属线缆（如电力电缆、通信线路、网络布线等）。它可能在数微秒之内产生数万伏乃至数拾万伏的高压，产生火花放电，形成巨大的热能和机械能量，摧毁建筑物、设备，危及人身安全。
二、雷电波侵入
雷电虽然未直接击中建筑物或设备，但击中与本建筑物或设备相连的金属管、线，通过传导的方式经电阻性耦合将雷电波引入建筑物内，损害与之相连接的用电设备、通信设备、计算机网络等设备乃至危害人身安全。
三、雷击电磁脉冲干扰
雷击发生时，由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势，诱发强大的雷击电磁脉冲，经感性耦合、容性耦合或电磁辐射产生脉冲过电压和过电流损坏有关设备。
四、地电位反击
雷击发生时，由于接地系统客观存在的冲击接地电阻，在泄放雷击电流时，导致地电位升高和不平衡，若不采取等电位连接措施，将引起反击，当电位差超过设备的抗电强度时，可能造成设备损坏。雷电防护措施现代防雷是一个系统工程。包括建筑物防雷和电器设备安全防护两大部分，即外部防雷和内部防雷，防雷工程设计强调全方位防护，综合治理，层层设防。
B50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第1.0.5条要求：“电子信息系统应采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护。”
对于证券营业部宜采取如下主要措施实施雷电防护：
一、建筑物及屋面设备的直击雷防护
建筑物应按GB50057-94《建筑防雷设计规范》（2000年版）一、二、三类防雷建筑物的要求安装完善的直击雷防护措施，防止雷击直接危及建筑物。对于设有信息系统的建筑物，GB50057-94第6.1.3条规定，“在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下，当建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷的防雷措施”。即按GB50057-94的要求安装接闪装置（如避雷针、避雷带、避雷网等）和接地装置。使建筑物及屋面设备（卫星天线、通信天线、空调机组等）在接闪器的保护范围内。
二、雷电波侵入和雷击电磁脉冲干扰防护
（一）供电系统防护措施
1.GB50343-2004规定，电子信息系统设备的“配电线路必需采用TN-S系统的接地方式”，“进出电子信息系统机房的电源线路不宜采用架空线路”。因此，证券营业部的供电线路应尽可能埋地接入，配电系统的接地需采用TN-S方式。
2.GA267-2000第8.1条要求，“凡设在年平均雷电日大于5的地区的计算机信息系统，原则上均应装设防雷保安器（电涌保护器，即SPD），以防止雷电电磁脉冲过电压和过电流侵入计算机信息系统设备。”因此证券营业部的供电系统应根据进线方式、布局和设备分布情况在总配电柜、分配电箱、UPS出、入端及主要设备端安装适配的电源电涌保护器，采用多级防护的方式，逐级分流，降低残留电压，保护系统用电设备。
（二）信号系统防护措施
GB50343-2004第5.4.2条要求，“进出建筑物的信号电缆，宜选用有屏蔽层的电缆，并埋地敷设”。因此引入或引出建筑物及机房的全部信号电缆，包括通信线路（DDN、ISDN、委托电话线路、可视委托线路、拨号线路等）、网络布线、卫星馈线及其他信号线路在室外布线时，应采用埋地敷设的方法。当由于条件限制，不能实现埋地敷设时，应穿金属钢管，金属钢管必需作良好接地，起到对信号线路的屏蔽作用，防止或减少直接雷击和雷击电磁脉冲经信号线路引入机房设备。
YD/T5098-2001第3.3.2条要求，“进局电缆的信号线均应加装信号SPD后，再接入通信设备。” 第3.2.3条要求，“地处多雷区、强雷区的通信局（站）各类网管系统的金属数据线，若长度大于30m且小于50m，其数据线一侧终端设备输入口应具有SPD；若长度大于50m，其数据线两侧的终端设备输入口均应具有SPD。”即各类信号线、网络数据线进出机房时，应在设备端安装SPD（电涌保护器），建筑物内的信号、数据线应根据布线长度在其一端或两端安装电涌保护器，重要设备如服务器、交换机的重要端口应安装电涌保护器。
屏蔽与接地系统
信息系统所在建筑物应采取屏蔽措施，可利用建筑物的钢筋混凝土的钢筋、金属支撑物、金属框架等自然构件构成格栅型大空间屏蔽，并实施等电位连接，使建筑物内部处于LPZ1防雷区。
证券营业部的电脑机房可利用装修吊顶、间隔和防静电地板的金属龙骨组成六面屏蔽网格，形成LPZ2防雷区。
重要信息系统机房（如总部机房、灾备机房）和有条件的营业部机房应增设电磁屏蔽设施，进一步降低机房内雷击电磁脉冲干扰。
室外卫星馈线和其它各种通信电缆应采用具有双层金属防护层的电缆，其外层金属防护层在顶部及进入机房入口处的外侧就近接地。当采用单层屏蔽电缆或无屏蔽线缆时，应穿金属管或金属线槽引入建筑物内，金属管（或线槽）的两端就近接地，金属管（或线槽）的连接处应有效跨接。
证券信息系统设备机房的接地系统应采用共用接地系统。宜利用建筑物基础钢筋地网或桩基网作为共用接地系统的基础接地装置。
无条件采用共用接地系统的机房，可设独立接地装置引入机房。独立接地装置不能与避雷带、避雷针及其引下线连接。
机房内防静电地板下应设置环型接地体或接地母排，环型接地体（或接地母排）与建筑物基础接地系统（或独立接地体）连接。电涌保护器接地线、电源保护地（PE）、机房防静电地板、金属走线架（线槽）、属穿线管道、金属机柜机架、重要设备不带电金属机壳、以及大面积金属门窗、吊顶和间隔用金属龙骨以及进出机房的其它金属管线，均应与环型接地体连接，采用M型或S型接地方式，形成等电位网。
布线布局
机房尽可能设置在建筑物低层中心部位，其设备应远离外墙结构柱，设置在雷电防护区高级别区域。
机房供电线路与信号线路应分开布线，并采用屏蔽电缆。非屏蔽电缆应穿钢管或走金属布线槽。钢管、金属布线槽与环型接地体连接，钢管、线槽连接处应有效跨接。
机房内信号传输线路和低压电力线的排列应远离建筑物有引下线、格栅或接地主筋的墙体。
通过因地制宜地采取以上综合雷电防护措施，将可大大提高证券信息系统的防雷安全度，防止或减少雷电对信息系统造成的危害，保障证券网络稳定可靠运行。
主要参考标准
1.GB50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000年版）；
2.GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》；
3.GA267-2000 《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》；
雷电系统 篇3
摘要：随着计算机及通信技术的日益提高，我国的电力系统自动化已经深入到配电、用电领域，如何实现电力用户及居民用户的电表远程抄表系统雷电防护问题已引起业内人士的日益关注。针对实践和应用中遇到的若干问题，提出了采用无线、有线、电力线载波等信道或IC卡等介质将多个电能表电能量的记录值（窗口值）的信息集中抄读的系统，远程抄表系统上有电源线路SPD和信号线路SPD两种，电源线路SPD接在开关电源交流侧或开关电源直流侧，信号线路SPD接在流量计RS485信号线上。从而解决了抄表系统雷电防护在通信及数据处理方面的难题。
关键词：电力；远程抄表系统；雷电防护；实践和应用
引言
随着电力系统改革的深入和计算机技术的不断发展，我国电力系统的建设已取得了巨大的进步，供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用，带来日益严重的内部浪涌问题。我们将其归结为瞬态过电压（TVS）的影响。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。瞬态过电压（TVS）破坏作用就是这样。特别是对一些敏感的微电子设备，有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。
一、电力远程抄表系统概述
1、系统概述
集中抄表系统是指由主站通过传输媒体（无线、有线、电力线载波等信道或IC卡等介质）将多个电能表电能量的记录值（窗口值）的信息集中抄读的系统。该系统主要由采集用户电能表电能量信息的采集终端（或采集模块）、集中器、信道和主站等设备组成。集中器数据可通过信道远距离传送到主站或经IC卡等介质集中抄收后输入到主站计算机。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485、RS232传到电表集中器，电表集中器通过RS232、RS485、以太网、电话线等透明数据传输终端连接，电表数据经过协议封装后发送到数据网络，数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
2、远程抄表系统防雷保护
标准包括浪涌保护、跨接和接地3部分。浪涌保护器（SPD）也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中GPRS设备和流量计的损害。远程抄表系统上有电源线路SPD和信号线路SPD两种，电源线路SPD接在开关电源交流侧或开关电源直流侧，信号线路SPD接在流量计RS485信号线上。
二、远程抄表系统防雷措施和实践
目前市场上电涌保护器都需要在有接地条件的前提下，进行保护后端的设备。根据众多的现场情况做接地很困难，有的地方并不能做接地，所以对于这样的电涌保护器，很难运用现有电涌保护器而导致设备经常遭受雷击损坏。通过近一年多在国网华东片区部分电表采集器进行线间防雷的试点。针对无法做接地的情况下，开发等无需接地的电涌保护器：线间放电二合一电涌保护器（220V电源和485信号），极间放电安装调试；通过近一年多的观察，测试效果良好，被做试点的电表采集器均无遭受雷击，这证明线间保护防雷器应用针对于很小浪涌冲击造成的雷击损坏效果比较好。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。可在用电设备内部电源部分使用一个电源电涌保器，以达到消除瞬态过电压的目的。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大通流量为10KA，要求的限制电压应小于1500V。如果有信号入口的，那也应该在信号线入口处安装相应的信号防雷器。
通过研究，在接地不好的情况下，必须做好屏蔽，同时在设备入口处的线路间安装线间保护防雷器，使得设备线间达到等电位，消除线路间雷击或操作感应产生瞬态过电压，这样可以很好的起到一定的防雷效果。
通过近一年多的观察，测试效果良好，被做试点的电表采集器均无遭受雷击，线间浪涌防雷器应用针对于很小浪涌冲击造成的雷击损坏效果比较好。证明线间保护防雷器应用是可行的。
三、项目技术具体方案及应用效果
1、分析所在地雷电情况：
根据全国雷暴日数，归属于强雷区域范围
参考《建筑物电子信息系统防雷技术规范》：
1.1地区雷暴日等级应根据年平均雷暴日数划分。
1.2地区雷暴日等级宜划分为少雷区、多雷区、高雷区、强雷区，应符合下列规定：
1 少雷区：年平均雷暴日在20天及以下的地区；
2 多雷区：年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区；
3 高雷区：年平均雷暴日大于 40天，不超过60天的地区；
4 强雷区：年平均雷暴日超过 60天以上的地区。
2、综合分析：
a）分析对应地方雷爆日情区，并电能表装至户外，所以单相电能表极易遭雷击损坏。
b）雷击入侵路径分析，根据电表损坏的数量以及次数，我们得出雷击流是通过电源线入侵到单相电能表上；同时根据雷电特性（当电源线有雷击流通过时，就会产生很强磁场，感应到附近电线或信号线，并在附近电线或信号线产品二次感应雷电流）
c）通信信号易遭雷击损坏原因，根据RS485通信标准定义，RS485信号线最大电压不会正负12V，通信时实测<1.0V，属于低压范围，通信芯片的电压是直流5V直流电压，这些特性决定通信方面更容易遭雷击损坏。
3、对应的解决方案：
a）在电能表电源线进线端安装电源防雷器
主要防止从电源线进来雷电流直接进入单相电能表，装上防雷器以后，会将大部分雷电流通过防雷器流到地线上，降低雷电流的电压与电流，从而保护了电能表。
b）在RS485通信线处安装信号防雷器
信号线与电源的距离受到产品及安装的条件限制，当雷电从电源线进来时，肯定会感应到信号线上，所以我们要安装专门用于485信号的防雷器对电能表进行保护
c）电源线与485通信线尽量分开走线，并保持一定距离，距离越大，感应的雷电流越小。
d）为了更有效的保护设备，在发射机总机处做好接地，并将485通信线上的屏蔽线与地线牢固连接。
4、防雷措施应用效果：
1、防止由于雷击或操作引起过电压对电能表和采集器的损害。
2、主要达到的技术指标和功能
序号指标名称数值（量）备注
1
2电源：Uc
In
Imax
Up
Ures（2.5kA）
数据：Un
Uc
In
Up
Vs320
5kA
10kA
<1.2kV
<1.0kV
12V
18V
2.5kA
<80V
2M电源和数据信号合
为一体方便安装和检查。
四、结语
雷电定位系统基础分析 篇4
随着人类社会经济的发展, 因雷电而引发的灾害也越来越严重。雷电放电涉及气象、地形、地貌、地质等许多自然因素, 具有很强的随机性。同时, 雷电的出现与其他天气现象有着密切的关系, 特别是经常伴随着严重的灾害天气发生, 造成极大的灾害事故, 威胁到人类生命财产安全。以前的天气预报对雷电造成的气象灾害缺少相对准确的雷电定位数据分析, 对其造成的灾害经常处于被动状况。最近几年四川省对雷电灾害气象轨道, 特别是雷电定位系统的建立, 并通过对系统的运行进行长期观察和数据统计分析, 对雷电定位精度和探测效率都有明显提高。
探测雷电的关键是雷电定位, 雷电监测定位仪 (闪电定位仪) 是指利用闪电回击辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电回击放电参数的一种自动化探测设备。在探测技术上, 雷电监测定位方法有声学法、光学法和电磁场法。现代雷电监测定位系统始于1976年, 美国K rider E.P.等人采用单片机技术成功地将原双阴极示波器闪电探测仪改造为智能化的磁方向雷电定位系统, 有效地提高了雷电的测角精度。80年代初, 云地闪波形鉴别技术的出现和应用, 使云地闪探测效率达90%以上。从这以后, 世界上各发达国家和地区都开始布设雷电监测定位网。进入90年代, 由于G PS技术的使用, 雷电监测在测向系统的基础上增加G PS时钟, 形成时差测向混合系统, 同时采用数字波形处理技术 (DSP) , 对波形采取相关性分析、定位处理等综合技术, 大大优化了预报性能。
1 雷电定位系统定位原理及系统构成
1.1 雷电定位原理
目前, 地基雷电定位系统都是测定雷电的电磁辐射脉冲。国际上应用的雷电定位系统主要有两种, 一种是磁方向探测系统, 另一种是时差法系统, 后者的定位精度远远高于前者, 而且目前时差法所依赖的精密时钟技术因为G PS的使用而得到了解决, 目前时差法系统将成为主流的雷电定位探测设备。近几年发展了综合利用定向定位 (DF) 和时差定位 (T O A) 的复合定位方法。
1.2 雷电定位系统的构成
雷电监测定位系统由雷电探测仪+中心数据处理站+用户数据服务网络+图形显示终端构成。
由布置在不同地理位置上的两台以上的雷电探测仪 (以下简称探头) 可以构成一个雷电探测定位系统网, 如图1所示。
一般而言, 多站交汇误差要比两站交汇误差小, 因此多站布置可以提高雷电定位精度, 同时可以扩大探测范围。从交汇原理的合理性通常希望把探头布置成三角形, 正四边形等更为有利, 然而站的数量, 站址的布置, 站间的距离等的选取要从系统雷电的定位精度要求, 覆盖面积, 场站的通讯条件以及场址背景条件等诸多因素综合分析决定。场地环境也是非常重要的, 经过测试如果背景噪声很大也不宜用作站点, 否则探头将不能正常运行, 对于雷电定位将带来较大误差。站与站间的站距通常选为150公里至180公里为宜, 平原地区可以适当拉开一些, 山区可以适当缩短一些。
2 雷电定位系统的建设
2.1 四川省雷电定位系统探测子站的布局
四川省雷电定位系统由一个中心数据处理站和20个探测子站构成, 2004年完成监测中心站和6个探测子站 (温江、遂宁、雅安、绵阳、小金、自贡) 的建设, 2005年7月完成了12个探测子站 (甘孜、康定、九龙、理塘、红原、越西、盐源、会理、西昌、广元、达县、南部) 的建设, 2007年11月完成与成都信息工程学院联合在巴塘县和壤塘县两台闪电定位仪的建设。
目前我省的雷电定位系统可以监测整个四川地区乃至云南、贵州、重庆、陕西等周边省市的闪电信息, 这和其探头的合理布局是分不开的。
按照雷电定位系统的要求, 为使所测闪电数据的准确, 要有3个以上不同地理位置上的探测子站, 每个子站的探测范围应达到150公里, 子站的布设空间距离可在100~200公里。所以我省的雷电定位系统分布在各个市州局, 以使子站达到建站要求, 其分布如图2所示。
2.2 雷电定位系统数据的传输
探测仪通电后或当探头内的时钟运行到整点, 即进行一次自检, 此过程大约需要5秒钟, 待自检通过后, 探头开始有数据向外发送。在无闪电情况下探头每三十秒钟发出一个长度为35字节的状态数据;如果时钟运行到整点有闪电时, 闪电数据将被实时发出后才开始运行自检程序, 闪电数据长度同样为35字节。目前使用较多的、较为成熟的通信传输方式有微波、光纤、卫星通信、广域网、G PR S和CDM A等技术, 考虑到探头安装地点通信的方便性以及数据传输的稳定性, 我省雷电定位系统采用的通信传输方式有两种:一是通过ADSL接入互联网的方式将数据传输至中心站, 二是通过我省气象专网的方式将数据传输至中心站。
2.3 中心数据处理
中心数据处理站是接收和处理各探测子站送来的探测数据, 将收到的闪电回击数据实时进行交汇处理, 给出每个闪电回击的准确位置、强度等参数, 再将此参数导人数据库, 供图形显示终端调用, 控制和管理各探测仪的工作状况, 也是雷电监测定位系统的神经中枢。
2.4 图形显示终端
由中心数据定位处理站传来的雷电定位结果和其它探测数据, 形成数据库;以数据和基于图形方式, 将数据库数据开放, 供各类网络用户访问和调用, 在图形平台上进行雷电数据分析、统计。图形显示终端实时接收雷电信息, 在电子地图上显示雷击位置、统计雷电参数等雷电信息。网络用户可以通过IE浏览器访问专用的雷电W eb服务器, 浏览雷电信息, 2007年6月我省雷电信息如图3所示。
2.5 系统的运行管理
全省雷电监测定位网建成后, 主要为全省气象预报、专业服务、人工影响天气和防雷工程设计规划等服务, 并可为其它行业和用户服务, 进行全天候雷电监测, 纳入气象基本业务管理, 设备运行管理由省局业务处和设站市 (县) 局负责, 省防雷中心负责雷电活动的监测预警, 省大气探测技术中心负责系统的技术保障工作。
3 系统应用
3.1 雷电的预警、预报服务
可利用雷电定位系统获取的实时探测资料, 结合自动气象站、探空雷达、新一代天气雷达、卫星云图、地面大气电场仪和地面加密观测资料, 获取全面的雷电监测资料, 与气象预报相结合, 实时监测雷电活动的路径、方向和演变趋势, 观测资料表明, 云地闪的总数、闪电总数以及这些因数的综合指数与灾害性天气有最直接的关系。天气预报人员可以使用云地闪电数据进行大范围天气监测和对流天气短时预报。因为闪电演变特征能较好地指示对流的存在、产生、移动、消散、结构、范围、强度和在发展等重要信息。为人们和专业用户提供临近雷电监测资料, 运用天气学和统计学方法, 开展全国性或地区性雷电的预报。比如利用远程雷电资料可以确定台风螺旋独特波形, 可利用正交环天线接收辐射磁场分量和云系的位置和移动方向。雷电数据有助于及时发现可能导致森林火灾的雷暴。
3.2 雷电活动的灾害性评估
应用雷电活动背景资料, 建立若干指标体系, 根据不同行业雷电防护等级, 为防雷工程的设计提供客观的评价指标。可为雷电灾害事故调查鉴定提供科学的实施程序和方法。充分利用获取的雷电资料并结合其它探测资料, 对灾害性天气与闪电演变的关系进行深入研究。
3.3 在防雷安全管理中的应用
通过雷击信息可探索其活动规律, 有助于加强雷灾安全管理和重点工程、重要设施和居住区选址等, 可分析落雷区的密集程度, 以提供报警服务, 还可以为雷灾的勘查、分析提供依据。
3.4 在人工影响天气中的应用
在飞机增雨作业时, 可根据闪电定位实时探测资料, 结合实时气象雷达探测资料可使飞机避开闪电地区, 保证飞机安全。应用雷电定位资料区分强雷雨和冰雹天气, 因为高炮防雹作业后云内闪电频数降低, 所以应用雷电定位资料可以检验高炮防雹效果。
4 结束语
雷电定位探测信息, 比天气雷达探测回波信息可提前半小时, 对各种强天气过程有很好的指示作用。随着人们对防雷意识的不断提高, 对雷电预报的要求越来越迫切, 对防雷技术的要求也越来越高。气象部门具备对雷电的监测、防护和研究的优势, 雷电监测资料的开发应用, 会在很大程度上减少雷电灾害给人们生活生产造成的损失, 也会对我国雷电探测和防护的规范化管理及其健康发展起到积极的作用。
我省建设的雷电定位系统是拓展气象服务领域、开展雷电监测预警预报的一种重要方式手段。该系统具有高集成、实时性、高精度、多用途和网络化的特点, 能较准确地对闪电雷击进行监测定位, 在雷灾预警、雷电防御和防雷管理等多方面都发挥了积极的作用, 显示出了广泛的应用前景。
摘要：本文对四川省目前已投入使用的雷电定位系统的原理、构成机制及应用情况作简要介绍, 在实际运行中, 雷电定位精确预报显著提高, 为今后该领域业务发展提供一定的参考价值。
关键词：雷电定位,系统建设,应用
参考文献
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雷电系统 篇5
雷电是大气层中的一种自然放电现象，具有冲击电流大、电压高等特点。雷电具有很大的破坏性，其中包括电效应破坏和机械效应破坏，尤其是雷电所具有的电磁辐射，对弱电设备的影响十分严重。煤矿矿区多处于山区之中，很容易出现雷击现象，而目前煤矿雷电防护装置的安装情况并不乐观。因此，为了避免煤矿正常生产受到影响，需要对自动化控制系统雷电安全防护进行深入研究。
1雷电危害的主要形式
雷电系统 篇6
关键词:安全监控系统雷电防护浪涌保护器接地
中图分类号:TU895文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0052-01
1 前言
从化中学,地处从化市风云岭旁,年雷暴日达83.5天,是雷击高发地区;同时由于从化中学毗邻流溪河,属于山区,空气对流旺盛,易遭受雷击。该校始建于1926年,一直是从化基础教育的“窗口”学校,广东省国家级示范性普通高中。从化中学是从化地区的高考主考场,近年来在学校园区及高考教室都安装了监控系统,但由于当时防范意识不够,没有安装防雷装置进行保护,导致每年都会出现因雷击而使监控系统不同程度的损坏。在造成损失的同时也严重的影响了学校的正常工作的开展,特别是高考時期,决不容许有任何的差错出现。因此对该校的安全监控系统的雷电防护刻不容缓。
2 从化中学安全监控系统的组成及存在的问题
从化中学安全监控系统中心位于学校综合大楼三楼,该综合楼共七层,呈口字型布置,是该校集办公、教学为一体的综合性大楼。综合楼附近为图书楼、体育馆,宿舍区离教学区约100m远。
2.1 从化中学安全监控系统的组成
安全监控系统由前端部分、传输部分、终端部分及电源部分组成。
2.1.1 前端部分
主要由彩色摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等组成。摄像头大部分设在教学楼的走廊、教室内部,采用固定像头,工作电压为12V;有一部分分布在图书馆、体育馆、宿舍区及校园各个主要道路出入口位置,采用旋转像头,工作电压为220V。
2.1.2 传输部分
室外传输线路使用的同轴电缆、电线、多芯线采取架空方式传输视频、音频或控制信号等。室外传输线路使用的同轴电缆、电线、多芯线采取沿墙敷设的方式传输视频、音频或控制信号等。
2.1.3 终端部分
主要由画面分割器、监视器、控制设备等组成。设备间位于综合楼三楼,该校直击雷防护每年都经过当地防雷检测部门的定期检测,且直击雷防护符合相关规范要求。
2.1.4 电源部分
学校设有独立电房,电源部分采用市电10kV高压经变压器输出三相380V,在办公楼配电箱处分成单相220V供电,监控系统采用单相220V供电。
2.2 从化中学安全监控系统存在的问题
经现场勘查,监控系统及低压配电系统没有安装任何电源避雷器及信号避雷器;信号线及电源线均采用架空或沿墙敷设,均无设屏蔽层保护;终端设备间非常简陋,基本没有采用什么防护措施;在校园露天独立的摄像机等前端设备无安装直击雷防护措施。另外,根据校方描述,以前发生过摄像头、交换机、计算机被雷击损坏事件。
3 安全监控系统的雷电防护方案
通过对安全监控系统的雷电防护的雷害成因的分析,主要从下面几个方面进行防护。
3.1 直击雷的防护
直击雷的防护主要是对监控系统的前端设备、传输线路和终端设备间的防护。
3.1.1 前端设备的直击雷防护
摄像机置于接闪器(避雷针或其它接闪导体)有效保护范围之内。独立架设的摄像机,避雷针架设在摄像机的支撑杆上,避雷针架设在摄像机的上方。引下线利用金属杆本身,接地体使用镀锌角钢垂直打入地下2米并用镀锌扁铁与摄像机的金属立杆做可靠的电气连接,采用的搭接长度为扁钢宽的2倍,三面焊接,其接地电阻为3.2Ω。
3.1.2 传输线路的直击雷防护
监控系统中的线路主要是传输信号线和电源线,室外摄像机的电源从监视点附近的电源引入。从现场看,一部分线路采用架空方式敷设,一部分经建筑物墙壁固定敷设。因为架空线容易遭受雷击,并且破坏性大,波及范围广,为避免首尾端设备损坏,架空线改为穿金属管埋地并做接地处理;经建筑物墙壁敷设的部分由于比较容易固定,这部分线路采用金属线槽进行屏蔽保护,金属线槽避免沿大楼结构柱或紧贴外墙敷设,金属线槽的接口部分用多股铜线进行跨接,金属线槽在首尾两端及进出建筑物的交界部位进行接地处理[3]。
3.1.3 终端设备间的直击雷防护
监控室设在办公楼三楼,由于办公楼本身已经安装了防雷装置,经测量,其防雷接地电阻值为2.8Ω。因此应充分利用建筑物本身的防雷装置即可满足设备间的直击雷防护要求。
3.2 等电位连接
监控机房其设备远离外墙结构柱,设置在雷电防护区的高级别区域内。监控机房采用共用接地系统,在机房做一个紫铜汇流排,规格:40mm×4mm×300mm,监控室内的各种箱体、壳体、机架等金属组件与建筑物的接地系统的等电位连接采用M型网型结构的等电位连接网络如图(2)所示:各种电涌保护器(避雷器)的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。
3.3 浪涌保护器(SPD)
由于有80％雷击高电位是从电源线侵入的,为保证设备安全,在电源上设置三级防雷保护。第一级设在主配电房的低压部分,安装20kA(10/350us)的电源避雷箱;第二级设在办公楼的电源箱处,安装40kA(8/25us)的电源避雷箱;第三级设在机房的电源开关处,安装20kA(8/25us)的电源避雷箱。使用直流电源的信息设备,视其工作电压要求,安装适配的直流电源SPD。
在视频传输线、信号控制线、入侵报警信号线在交换机输出端加装24口网络信号避雷器,其技术参数:最高防雷击电流Iimp=2.5kA(8/20)、响应时间tA≤1ns。在室外终端设备处安装三合一防雷器,其工作防护水平为:视频10kA(8/25us)、控制10kA(8/25us)、电源(220V)20kA(8/25us)。
3.4 接地系统及综合布线
3.4.1 接地系统
接地系统采用公共接地系统,在机房内部设规格为:40mm×4mm×300mm的紫铜等电位连接带,将交流工作接地、安全保护接地、防雷保护接地、防静电接地、屏蔽接地等共用地网,其接地电阻为2.8Ω,满足系统要求。
3.4.2 综合布线
泰安地区雷电监测预警系统探析 篇7
目前泰安市气象部门已建立在雷暴到来前发布报警信息的业务机制，山东省也于2009年建设完成了国家级的闪电定位网(图1)，但由于该系统在站点布局上没有完全覆盖泰安市，雷电数据完整性和准确性存在着严重不足，经过近几年的观测发现，雷电的密度与实际观测结果存在较大的差异。
1 预警系统初步设想
建立一个布局合理、覆盖全市的雷电监测网，选取高效可靠的实时通信网，根据泰安市的实际和现有的闪电定位监测设备的有效探测范围等有关技术指标，可在东平县局建设1个闪电定位仪站点，合理地优化布局，建设大气电场仪5部，一起组成能满足监测全市云地闪电现象和灾害的雷电监测网。在泰安市及下属4个县和泰山建设5部大气电场仪，以达到对市区周边更精准的雷电监测与预报机制。
从图1可以看出，该系统在站点布局上没有完全覆盖泰安市。当增建东平站以后，泰安市大部分可处于4站定位范围以内，可有效保证探测数据的准确性和探测数据的完整性。
在泰安市4个县和泰山建设5部大气电场仪，电场仪有效预警覆盖范围为半径10 km, 5部大气电场仪可实现对核心区域雷暴的发展、发生、消散全程监控，达到对雷电更精确监控的目的(图2)。
2 预警系统硬件
2.1 天线
雷击探测仪的天线系统共有4副天线[4,5,6]：GPS天线，用来接收GPS卫星的导航信号，作探测仪时间同步用;平板电场天线，平行地面水平放置，用于接收闪电回击信号的垂直于地面的电场分量(Z方向);南北方向磁场环状天线，南北向放置，用于接收闪电回击信号东西方向的磁场分量;东西方向磁场环状天线，东西向放置，用于接收闪电回击信号南北方向的磁场分量。
2.2 信道处理模块
在天线上感应出的回击的电场信号、南北向磁场信号、东西向磁场信号直接送到信道处理模块，信道模块对3路信号分别进行前级放大、滤波、增益调整、积分还原和低频抑制等技术处理，输出干净的磁场波形和电场波形。
2.3 波形分析与鉴别模块
对电场、东西向、南北向磁场分量分别取峰保持，并对南北、东西向磁场分量中信号较大的波形分量进行波形分析，鉴别其是否为云地闪回击信号，如果是，则继续进行后续测量;如果否，则进入云闪鉴别与记数状态，处理完成后使探测仪处于等待工作状态。
2.4 GPS时间同步与时间基准及波形特征点测量模块
从GPS天线下来的GPS卫星导航信号直接进入美国原装的授时型GPS接收机，经过授时型GPS接收机处理与分析，给出标准的1PPS同步信号和日历，时钟同步精度为10-7s。另一方面，探测仪当地以10 MHz高稳定恒温晶振为频源，建有精度达10-7s的精密时钟，在1PPS同步信号的同步下，探测仪以同步精度为10-7s北京标准时间，按10-7 s精度计时。在高精度时钟下，和CPU板配合对回击磁场信号进行波形采样、分析，测量其波形特征点。
2.5 CPU模块
CPU模块管理整个探测仪自检、测量、数据处理及控制等部分。完全按预编程方式运行。并将测量的回击数据送往通讯接口。探测仪阈值、通讯波特率等参数可以用软件命令和DIP开关设置。
2.6 探测仪自检自校
仪器通电后，探测仪在CPU的控制下，通过自检天线发出标准测试信号，对探测仪各功能模块进行测量，测量内容为：仪器温度、GPS定位精度、恒温晶振稳定度和准确度、南北及东西向磁场通道增益、电场通道增益、A/D变换精度。测量的结果自动保存，有错误，自动报警。由于探测仪环境的变化，1 h仪器自检1次，并将测量参数自动带入系统中。设备的重要部位设有自保装置，出现工作不正常时，自保装置自动启动，以保护设备和定位数据的安全。
2.7 电源和通讯接口
电源负责将220 V市电转换成探测仪工作用的各种直流电源，同时，采用标准EIA-RS-232-C通讯接口/RJ45网络接口，以便和其他设备通讯。整个探测仪的功耗约为40 W。
2.8 ADTD雷电探测仪结构
雷击探测仪的结构如图3所示，由支柱和仪器舱2个部分组成。支柱的一端是经过精密机加工的顶端表面，顶端安装仪器舱，另一端是焊接的底部安装盘。用3根螺栓，通过支柱安装盘上的3个安装孔，将雷电探测仪安装在水泥墩上或用槽钢制成的支架上。
3 预警系统软件
3.1 中心站定位软件主要模块及功能
3.1.1 实时数据接收及和探测仪的通讯控制模块。
该模块负责中心定位处理主机通过网络接口和探测仪的数据通讯。比如：设置通讯参数、接口开关状态、接口属性、接口对应探测仪的名称、经纬坐标等;从探测仪送来的实时数据的接收、分类、显示及送入数据缓存区;中心站对各探测仪的实时检测、控制、探测仪返回信息的显示与处理。
3.1.2 实时数据处理模块。
该模块负责将送入数据缓存区的探测数据进行分类，分别建立数据备份，对其中的探测数据按时间顺序排序，挑选同一事件的闪电回击数据，调用算法库进行定位计算和数据处理，一方面将定位数据、回击波形参数在屏幕上显示，另一方面将定位结果存入数据归档文件和送入发送队列，依次发给图形显示终端、服务器等。
3.1.3 回放数据模块。
回放数据模块负责存档数据的回放与查询，只要输入要求回放数据的时间范围、数据类型，即可快速将对应数据输出。
3.1.4 重新定位处理模块。
随着布网时间的增长，探测数据的增多，以及理论研究水平的提高，需要对历史数据进行重新定位处理。设置本模块以便对存档数据进行重新计算处理。部分软件界面及主菜单如图4～6所示。
3.2 数据库服务器、GIS服务器、WEB服务器的功能及技术标准
Internet/Intranet网络已经遍布世界各地，将高精度雷电定位数据存储到标准的关系型数据库中，通过WebGIS服务器，和Internet网络连接起来。用户即可通过浏览器以快捷、简单的方式访问雷电信息，并对数据进行统计分析[7,8,9,10]。
4 结语
利用雷电定位监测系统实时监测泰安市区域内雷暴的发生、发展、成灾情况和移动方向及其他活动特性，对泰安市内的一些重点目标进行监测预报，可以最大程度地降低雷电造成的损失。组建大气电场仪雷电预警实验网，对当地云层带电状况进行实时监控，结合卫星、雷达等其他气象观测资料，在雷电发生前更精准地预报雷电过程的到达时间和强度级别，及时发布更加准确的预警预报信息，通知相关部门和单位及时采取防御措施，降低雷击造成的损失。雷电探测数据与电力、电信、林业等部门的有关设施相结合，可以快速查找雷击破坏的方位，迅速采取抢修措施，以减轻雷电灾害造成的损失[11,12]。
摘要：山东省于2009年建设完成了国家级的闪电定位监测网, 该系统在站点布局上没有完全覆盖泰安市。通过新建东平站后, 泰安市大部分处于4站定位范围以内, 可有效保证探测数据的准确性和探测数据的完整性。对泰安地区雷电监测预警系统进行介绍, 雷电监测预警系统的硬件包括天线、信道处理模块、波形分析与鉴别模块、GPS时间同步与时间基准及波形特征点测量模块、CPU模块、探测仪自检自校、电源和通讯接口、ADTD雷电探测仪;预警系统的软件包括中心站定位软件、数据库服务器、GIS服务器、WEB服务器。
关键词：雷电监测,预警系统,硬件,软件,山东泰安
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电视发射机房信号系统的雷电防护 篇8
1 雷电对电视发射机房信号系统的危害阐述
1.1 对电视发射机房信号系统的故障分析
从上面的分析可知, 我国现阶段使用范围最为广泛的电视发射机是采用全固态发射机。全固态发射机具有功率器件的寿命可达数十万小时, 故障率相对要低很多、整机工作电压低、设备运行安全、维护工作量少等多种优点。但是其局限性也是比较突出的, 如果不提前对缺点采取措施, 就会造成严重的后果, 更有可能造成发射机的永久损坏。通常情况下全固态发射机的故障有两大因素造成, 一是机器本身的内部因素造成, 全固态发射机由于组成的材料原因, 在运行过程中有可能出现工作温度过高或者运作过程过于激烈的情况。二是外界的环境因素造成, 其最为突出的自然因素就是雷击, 在雷雨天气时, 防护措施不够妥当就有可能造成雷击电视发射机的事情发生。一旦发生设备的雷击事件将会造成发射设备的永久性故障, 更有甚者也会对正在操作的工作人员造成无法挽回的人身伤害。所以要做好电视发射机房的雷电防护是相当重要的。
1.2 雷电对电视发射机房信号系统的破坏途径
为了能对雷电破坏采取有效的措施, 就有必要了解雷电对电视发射机房信号系统的破坏途径都有哪些。放雷电保护对于电视发射台而言是十分重要的问题, 在做防护措施时不仅要对发射设备进行保护, 也要对天线和电源系统做出相应的防护措施。就现在电视发射机房信号系统所使用的全固态发射机, 就要采取更高的防雷电措施, 通常要尽量改善发射机所处的外部环境, 进而减少因雷电而引起机器的损坏。另外, 在电视发射机的设计过程中, 要考虑到有可能造成的雷击破坏, 所以在制造过程中要增加防雷电的保护措施, 并对生产出的发射机进行全面的严密防护, 以上防护将会很大程度上使发射设备不受雷电的破坏而正常运行。雷击电流的时间是很短的, 但是其造成的破坏是巨大的。雷电对电视发射机房信号系统的破坏途径主要分为3种类型, 分别为感应雷、直击雷和雷电波。其中感应雷破坏的途径主要是通过发射机房的传输电线, 对电线两端相连接的电气设备造成破坏。直击雷破坏途径更加的直接, 主要是通过接收和发射天线侵入破坏相应的设备。最后是雷电波, 雷电波是指输电架空线遭雷击时所产生的电波, 雷电波传播迅速并且传播无规律, 它可以向各个方向传播, 所以对电视发射机房信号系统的信号传播将会造成很大的干扰。因此, 为了更好的进行防护雷电工作, 应该根据雷电不同的破坏途径以及雷电不同的特点进行防护。
2 电视发射机房信号系统的雷电防护措施
根据雷击的不同形式应采取不同的防雷击措施, 下面主要谈论四方面的防雷措施:天线防雷、电源防雷、传输电缆防雷和设备接地保护。
2.1 天线防雷
在对电视发射机房的天线采取防雷措施时, 首先要对发射机房的信号发射塔最顶端安装可以防护巨大雷击电流的避雷针以及对云层中的静电荷进行放电保护, 其次要对发射机房的发射和输出天线安装避雷针, 通过它含有的放射线化解云层中含有的电荷。此外, 在对天线防雷保护中也要注意天线防雷接地系统。在做天线防雷接地系统保护措施时要尽量做到最小电阻的理想接地。最后, 也是天线系统防雷的最重要设备, 那就是天线基面绝缘体上的放电球, 它主要是一对放电器组成的, 此放电器很坚固, 中间含有空气绝缘隙, 它是天线防雷中非常有效的第一级防雷保护器。
2.2 电源防雷
若雷击对电视发射机房的电气设备造成损坏时, 电源是电视发射机房的共同载体, 它也将会造成损坏, 而电源的成本比较高, 如果遭到雷电的破坏, 就会破坏整个电视发射机房的运行, 造成的经济损失可想而知, 所以对电源进行防雷保护也是相当的重要。同样要在电视发射机房的电源上安装避雷针, 并且要注意在关键的电源设备终端安装隔离变压器, 这样可以防止雷电通过电源对发射机系统造成破坏。
2.3 传输电缆防雷
电缆是电视发射机房中各个设备的连接和传输的重要原件, 如果传输电缆遭到雷击也将会对整个系统造成很大的影响, 所以对电缆的防雷电保护也非常重要。由于电视发射机房要进行信号安全发射所使用的设备较多, 所以连接设备的传输电缆比较复杂, 因此, 传输电缆线路的防雷保护主要是通过将所有架空电缆紧紧依附在钢绞线上, 每隔一定的距离打一条接地线, 并将电缆的外导电屏蔽层和大地连接。此方法可以减少电缆感应雷电的进入。此外, 还需要对发射机房传输电缆的线路接入口增加设置避雷器装置, 来保护传输电缆线路以及电视发射机房里的各个设备的安全。
2.4 设备接地保护
在电视发射机房信号系统中设备接地是必须采取的防护措施。既然设备必须要接地, 那么设备接地也就有必要采用相应的防雷措施, 一般RE、IF在电视发射机房的发射机中的公用参考点被称为地线。空间传播的雷电电磁对电视发射机发出的信号具有很大的干扰作用, 可以影响到用户的正常使用, 但是接地对空间传播的雷电电磁干扰有很好的防护作用, 可以很大程度上消除雷电电磁对电视发射机发出的信号干扰。
3 结语
通过以上分析, 可以知道对电视发射机房信号系统进行雷电防护具有重大的意义。若电视发射机房在运行时不采取相应的雷电防护措施将很容易发生雷击事故, 造成设备和人员的伤亡。根据雷电对电视发射机房信号系统途径的分析, 采取了相对应的防雷电保护措施, 这样就大大提高了雷电防护的安全系数, 从而保证了电视发射机房信号系统的正常。
摘要：电视发射机房是电视信号发射的重要基地, 只有电视发射机房信号系统的电视信号安全成功的发射, 才能保证广大用户正常的使用。而雷电是影响电视发射机房信号传输的首要威胁, 所以对电视发射机房信号系统进行雷电防护具有重要的意义。文章通过雷电对电视发射机房信号系统破坏途径以及雷电的类型和特点的分析, 探索了关于雷电防护有效措施。
浅谈电子信息系统的雷电防护 篇9
我国是雷暴活动十分频繁的国家, 雷电灾害是最严重的自然灾害之一。科技越发达, 雷击对人类的危害就越大。随着社会经济发展和现代化水平的提高, 特别是信息技术的快速发展, 城市建设高层建筑物日益增多, 雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。
电气和电子技术是现代物质文明的基础, 其迅猛发展促进了生产力的发展, 加速了社会繁荣与进步的进程, 但也带来了麻烦问题, 那就是各类电磁干扰越来越严重。电磁干扰, 特别是雷电电磁脉冲干扰对这些设备和系统的影响越来越突出, 对这些设备系统造成的失效与损坏事故的发生率逐年增高。信息时代的到来, 已使雷电电磁脉冲的防护成为当务之急。
2 电子信息系统综合防雷技术
信息防雷包括对直击雷的防护和对雷电电磁脉冲的防护。对雷电电磁脉冲的防护应综合考虑雷电成灾的多种因素, 针对雷电的各种途径和通道及其危害机理, 采用相应的综合防雷技术和措施。
2.1 现代综合防雷的两个部分
外部防雷 (直击雷防护) 。系统组成:由接闪器 (避雷针、避雷带) 、引下线、接地体组成, 可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放;作用:拦截、泄放雷电流内部防雷 (雷电电磁脉冲防护)
系统组成:由均压等电位连接、各种过电压保护器 (避雷器) 等组成;作用:均衡系统电位, 限制过电压幅值;技术措施:截流、屏蔽、均压, 分流、接地。
2.2 防雷保护区
根据国际电工委员会的《防雷击电磁脉冲 (LEMP) 》, 信息防雷应根据雷电电磁脉冲的严重程度, 将需要保护的空间划分为不同等级的雷电保护区 (LPZ) 。防雷保护区称电磁兼容分区。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, 把建筑物内、外电磁环境分成几个区域。
LPZ0A区。本区内的各物体地都可能遭到直接雷击, 因此各物体都可能导走全部雷电流, 且本区内雷电电磁脉冲没有衰减。
LPZ0B区。本区内的各物体不可能遭到直接雷击, 但本区内雷电电磁脉冲也没有衰减。
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LPZ0B区进一步减少。本区内雷电电磁脉冲经建筑物外墙的屏蔽而衰减。在防雷保护区的0区与1区的界面上, 对建筑物来说就是屋顶与四周墙壁及地面, 尽管采用笼式避雷网结构, 但由于受大网孔、门、窗口等开洞的影响, 雷电电磁脉冲仍将通过多种耦合途径侵入保护区内, 其感应电压也会破坏建筑物内部的电气和电子设备。
LPZ2区。本区内的各物体不可能遭到直接雷击。雷电电磁脉冲经建筑物内墙的再次屏蔽而衰减, 又称后续防雷区。如果需要进一步减小所导引的雷电流和电磁场, 就应引入后续防雷区。
LPZ3区。机壳内部。保护区序号越高, 预期的干扰能量和干扰电压越低。
2.3 现代综合防雷的主要技术措施
拦截。信息防雷的第一道防线是拦截直击雷。最经济、最有效的方法仍然是避雷针 (避雷带、避雷网) 法。
屏蔽。屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的, 一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播, 二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。按屏蔽的要求不同可分别采用屏蔽室的完整屏蔽体, 或非完整屏蔽体。屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种;电场屏蔽:是为了消除和抑制静电电场的干扰。磁场屏蔽:是为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。
均压。均压简称等电位连接。就是把所有导体相互作良好的导电性连接, 并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接, 带电导体通过避雷器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器 (即避雷器、地线隔离器) 和所有导体组成一个电位补偿系统。该电位补偿系统的作用, 一是为雷电流提供低阻抗的连续通道, 使其迅速导入大地泄放。二是使系统不产生电位差。即在极短时间里, 通过这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起等电位区域。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能存在显著的电位差, 从而达到保护设备和人身安全的目的;等电位连接。不带电金属物体。如各种金属管道, 线缆屏蔽层等。带电金属物体。如电源线、各种信号传输线等。
分流:是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能将多余能量在引入信息系统之前泄放入地;雷电能量分配模型 (设有避雷针的建筑物) 前级评估模式。用于评估LPZ0B区与LPZ1区交界处的雷电流分配情况。进入各系统的能量又将在各自的内部进行分配。后续评估模式。用于评估LPZ1区以后各级保护区交界处的雷电流分配情况。许多行业的标准、规范中都规定在低压电源系统应安装多级避雷器, 使雷电流分级泻放入地。接地。接地是分流和泻放直击雷和雷电电磁干扰能量最有效的手段之一, 也是电位均衡补偿系统基础。目的是使雷电流通过低阻接地系统向大地泄放, 从而保护建筑物、人员和设备的安全。
3 电子信息系统雷电防护工程
3.1 整体设计、综合治理、系统实施
信息防雷是一个系统工程。应首先对需要防雷保护的系统进行详细勘察, 制订技术方案, 并依据技术标准、规范, 进行工程设计。对避雷针、地线、屏蔽、均压接地网络, 以及雷电过电压容易侵入的通道, 有针对性地采取相应的技术措施, 进行综合治理。施工过程中也应严格按照标准、规范和设计图纸实施。
3.2 有效拦截、良好屏蔽
有效拦截。其思路是:根据技术规范完善避雷针、避雷带等设施。采用新型避雷针和优化避雷针, 以降低雷电流陡度, 从而减小二次雷击的感应电压。尽量降低接地电阻等。
良好屏蔽。信号电缆的屏蔽, 要点是:过早地敷设、排流防雷、穿管 (槽) 走线、可靠接地。电缆的屏蔽性能与电缆外导体或屏蔽体是否接地以及它的敷设形式有关。架空电缆比埋地电缆更易受雷电损坏;设备的屏蔽, 主要依赖其外壳。对于屏蔽要求很高的设备, 应设置专用的屏蔽室。设备外壳和屏蔽室的屏蔽体都应良好接地。
3.3 均衡连接、合理接地
均衡连接。对保护范围内的所有不带电金属导体应进行严密的等电位连接, 并与符合要求的地线可靠连接。工程实践中应注意处理好如下几个方面的等电位连接问题:建筑物内不带电金属物的等电位连接;建筑物顶不带电金属物的等电位连接:如电梯、空调、广告牌、铁栏杆等;建筑物外带电金属物的等电位连接:如电源线、信号线、控制线等。
合理接地。改造地线, 依据不同的信息系统对接地的要求, 对不符合要求的地线进行适当改造。尽可能地减小地线电阻;合理接地, 最好将信息系统的接地和防雷接地实行共地。工程实践中应注意处理好以下几个方面的接地问题:电子信息设备的单点接地;电子信息设备接地与建筑物防雷接地;信号传输电缆的全屏蔽与电子设备的单点接地。
以上是信息防雷工程的基本环节和主要工程措施。信息防雷工程是现代防雷多项技术措施综合运用的系统工程。信息系统防雷工程必须从整体设计、系统考虑、综合防护角度出发, 做到层层设防, 不留一丝隐患。
参考文献
[1]张小青, 建筑物内电子设备的防雷保护, 电子工业出版社, 2000.
电子企业供电系统雷电防护探讨 篇10
1 周宁目前防雷工作的现状
近几年来, 在周宁县防雷中心的努力下, 防雷减灾工作逐年加强, 防雷设施的防灾减灾作用明显增强。但是, 仍有一部分部门和单位对此项工作认识不足, 尤其是一些应安装防雷设施的地方没有安装必要的设施, 对弱电设备的雷电防护不到位。还有不少单位的防雷设施年久失修, 不仅起不到防雷作用, 甚至成为引雷的祸端, 因防雷设施不完善而造成损失的事例仍为数甚多。跟据县防雷中心近几年的检测结果看, 防直击雷设施不合格率仅50%, 防感应雷设施不合格率竞达90%以上, 多数设施都未采取防感应雷措施, 而雷击事故的90%都是因感应雷引起的, 如从电力线路和信号线路侵入的雷电波, 真正因直击雷受损的事例不多。这也是这些年雷击事故频繁的重要原因之一。宁德市气象局于2002年7月联合下发了《关于加强全区防雷设施安全管理工作的通知》, 周宁县人民政府也制定了《周宁县建筑物防雷设施管理若干规定》、《周宁县人民政府关于加强我先防雷设施管理的通知》, 对各种建 (构) 物防雷设施的设计、施工、验收、检测提出了具体要求。
2 电源线路布置
1) 为了防止雷电过电压波沿输电线路入侵, 供电线路一般都采用埋地电缆引入, 金属管道埋地长度为L≥2ρ1/2 (ρ为埋地电缆处的电阻率) , 但不应小于15m, 起分流、降压作用。
2) 电源线路系统应置于金属屏蔽线槽内, 屏蔽层至少应两端接地, 布线过程中尽可能并避免大感应回路的出现, 尤其是在垂直平面内不应存在大的感应回路, 且线路应位于建筑物电磁干扰最低的部分, 其线路的布置应满足雷电风险评估后得出的安全距离。所有电器设备、电源插座、线路在距离外墙2.19m范围内安装或布置。当线路不得穿越格栅防雷区界面时, 应在界面处设等电位连接端子, 把电源线路的金属屏蔽层在界面处做等电位连接。
3) 根据GB50057—1994 (2000) 版第6.4.3条可知, 当流入线路的雷电大于以下数值时, 绝缘可能产生不可接受的温升, 屏蔽电缆和绝缘可能产生不可接受的温升, 因此, 敷设线路的长度应大于Lc≤Ub/8ρc106时, 电源的屏蔽电缆才是安全可靠的。
4) 电源线路的布线和网络线路综合布线应分开布设, 平行大于0.6m, 交叉净距不小0.3m, 以防互相干扰。
3 选择电源配电系统
正确选择各种配电系统, 是电气装置保护设计中十分重要的, 如果选择不当, 会造成投资浪费, 所引起的雷击问题是很难用保护措施来补救的。
当电源采用TN系统时, 从建筑物内总配电盘 (箱) 开始引出的配电线路和分支线路必须采用TN—S系统。
1) TN—C系统中, PEN线通过正常负荷电流, 当发生雷击时, PEN线通过雷电流I, 有时还通过三次谐波电流, 这样在PEN线上产生的压降 (U=I*ZPEN) 将呈现在用电设备外壳和线路金属管上。当由于雷电流机械力作用使PEN断线或相线对大地短路等时, 将呈现更高的对地故障电压, 故障电压超过安全值, 不仅能损坏设备和电击伤人, 也能对地放电, 引起爆炸和火灾。因此拥有数据处理设备和精密电子仪器设备的电子企业不宜采用TN—C配电系统。
2) TT配电系统中, 设备金属外壳用单独的接地极接地, 与电源的接地在电气上无联系, 各建筑物均有自己的接地系统, PE线互不相连, 这就杜绝危险故障电压或雷电过电压沿PE线自户外窜入建筑物的危险, 它适用于对地要求较高的数据处理设备和电子设备的供电系统。
4 电源线路保护接地
1) 电源线路在入户端应做重复接地或做总等电位连接, 并在各层放雷区界面处做局部等电位连接。重复接地和总等电位连接作用是在发生故障时减少接触电压, 并在发生PEN线断线时减少中性点漂移引起的三相电压不平衡度, 从而在一定程度上减少电子系统的损害。
2) 在TN接地系统中, 当电气设备接地线地下部分与避雷接地装置联通, 地上分开时, 电气设备及配电线路只要保证与避雷装置间隔满足SK≥0.5hx的要求, 则接地装置不会因散流电位引起电气设备内外间的反击, 在TN—C—S系统中, 电气设备的工作零线 (N) 与保护线PE在电源进户端及各防雷区界面 (建筑物各层等电位接地铜排) 做等电位连接, 电子设备的浪涌保护装置就近与PE连接, 雷击时显然设备内外之间电位近于相等, 即UAB=0, 故不会发生反击。
5 电源线路安装SPD以防LEMP
1) 电子信息系统的风险评估, 根据以上风险评估, 一般电子企业在高压侧已按要求安装相应浪涌保护器, 低压采用三级以下SPD防护就足够了。
2) 在低压配电系统进行大楼总配电箱处、每层分配电箱处、计算机数据处理系统机精密仪器电源三处安装相应通流量的SPD。根据建筑物防雷等级和各种设施 (如该建筑物的接地系统、水管、电力等外来导体) 之间的雷电流分配按欧姆定律作用计算确定。
6 结语
雷电对电子企业电源系统的破坏, 主要是雷击建筑物或邻近雷击放电产生的LEMP, 由辐射、感应、耦合等造成雷电高压通过供电线路传导到设备终端、击坏设备。解决好布线、屏蔽、等电位、分流、安装SPD保护问题, 就能减少LEM P的干扰, 很大程度上减少雷电通过电源线路对电子企业的人员和设备的损害。
摘要：本文就电子企业供电系统的内部雷电防护措施进行探讨。通过电源线路布置、选择电源配电系统、电源线路保护接地、电子信息系统的风险评估等, 很大程度上减少雷电通过电源线路对电子企业的人员和设备的损害。
关键词：电子企业,供电系统,雷电防护
参考文献
[1]建筑物防雷设计规范G B50057-1994 (2000) 版.
[2]建筑物电子信息系统防雷设计规范G B50343-20043.
手机会“亲吻”雷电？ 篇11
在世界各地，每到雨天，雷声隆隆，天空中划过一道道美丽的闪电，伴随着的还有少数不幸者的噩梦。数据显示，仅美国每年平均就有66人死于雷击，而中国的这个数字则达到了三位数。
面对雷公的咆哮，媒体常常会给出雷雨天防范雷电的“指南”、“贴士”、“备忘”，其中常见的一条就是：下雨打雷的时候一定不要用手机接听电话，最好关闭手机。为了证明这一点，媒体同时还列出一连串使用手机时被雷电击中的案例。那么，真的是这样吗？
雷电到底是什么
雷电到底是什么？简单的说，打雷时，天空中的云层相当于一条河流的上游，地面相当于河流的下游，而云层上聚集的电荷相当于滔滔洪水，在上游和下游之间有一条几十公里厚的的大坝——空气。
打雷时，云层上的电荷被厚厚的不导电空气阻挡，无法释放到地面，可是随着“大坝”一端的水位越来越高，云层上聚集的电荷就会越来越多，到某一时刻，大坝会“决口”，空气会被击穿，从而产生一条导电通道。短时间内，大量电荷在这条通道中流过，释放巨大的能量，便形成了雷电。
雷电这个杀手的可怕之处，在于它的行踪不定，它总是会选择空气中对它阻碍最小的一条“捷径”，导电通道的路径常常令人捉摸不定，人们很难知道天空中这棵耀眼“大树”的树杈伸向了何方。不过大多数时候，它还是会优先光顾地面上高处的尖端物体，这些“出头鸟”会首当其冲，避雷针正是利用了雷电的这个脾气。
“手机引雷”有依据吗
那么手机这个“小萝莉”真的会吸引雷电杀手这个“怪叔叔”在释放电荷时路过自己吗？
手机又称无线电话，与雷电都有一个电字，人们不由地担心他们两个会“有一腿子”，手机内有各种电子元件，包括可以接受无线电波的天线，它们都是金属导体，“雷电叔叔”会放过它们吗？
实际上，这些电子元件都非常微小，手机内的电路依靠着一块电池来驱动，接收的是微弱的无线电波，然后电路中产生比较小的电流来工作。手机使用的无线电波的强度只有雷电电场强度的几十万分之一，在雷电面前，手机至多相当于大象面前的一只蚂蚁，不会改变雷电的主意。此外，手中握着几厘米长的手机，也不会让使用者的高度增高，从而像避雷针吸引雷那样增加雷击的风险。
有的说法认为手机会去主动“勾引”雷电，因为手机使用的电磁波会让空气发生电离，增加空气的导电性，吸引雷电路过手机周围的空气。其实，这也不会发生，理由除了刚才提到的手机的无线电波能量太低外，手机本身使用的电磁波波段，也不具备影响空气导电性的能力。
一般来说，电磁波的频率越高，电离作用就越强。频率很高的宇宙射线对空气有很强的电离作用，太阳紫外线也可以使空气电离产生臭氧。而比紫外线频率略低的可见光就做不到这一点了，否则，就会有“手电筒引雷”的新闻了。手机无线电波的频率更低，在电离空气方面，它只是个“打酱油的”。
祸首并非手机
要证明使用手机与被雷电击中两者之间有没有关系，除了探寻背后的物理原理外，还可以让数字来说话，充足的统计数据也能令人信服。如果希望全面地来看待这个问题，应该考虑一下四个绕口令一样的数字：
1.有多少人打雷时使用手机，被雷电击中？
2.有多少人打雷时没有使用手机，却被雷电击中？
3.有多少人打雷时使用手机，却没有被雷电击中？
4.有多少人打雷时没有使用手机，也没被雷电击中？
很多相信“手机引雷”的人往往只会注意第一个数字，而忽视了后三个数字。单纯的几个受害者在使用手机时被雷电击中的例子，无论描述的多么绘声绘色、多么精彩，都不能充分证明使用手机和被雷电击中两者之间是有一条绳子连接着的。与其说这些少数的事例能说明手机可以引雷，不如说这些事例更加印证现代手机使用的普及。
有些读者往往更喜欢、更关注“有料”的新闻，对于使用手机被雷劈死的“奇闻巧事”兴趣盎然，对于专业人士枯燥的科学道理提不起兴致。几年前，英国的一家医学杂志上3位医生报道了3例在使用手机时被雷击的病人的案例，并猜测手机会引雷，各报刊对此广为转载。可是之后在同一份医学杂志上，一位物理学博士和一位通讯工程师分别来信对3位医生的看法做出了更科学的解释，但是这两份解释却没有赢得多少关注。
在美国，面对媒体关于“手机与雷电亲密接触”的不断报道，美国国家海洋和大气管理局的专家2006年曾公开表示：手机和小金属物体都不会吸引雷电，人们在打手机时被雷电击中，只是因为他们在错误的时间站在了错误的地点。
换句话说，祸首并非手机，它其实比窦娥还冤。
有线电话更容易引来雷击
虽然室外使用手机并不会增加雷击几率，但值得注意的是，一旦被击中，电流有两种去向，一是从皮肤表面走，二是从人身体内部走。而手机、mp3等金属制品贴在皮肤上时，的确可能增加电流从身体内部流过的几率，进而导致受到更重的电击伤害。因此，雷雨天在室外时，还是建议少用手机、不听mp3。
不过，对于手机的兄弟——有线电话，在打雷时接听相比于正常状况下而言，的确会增加被雷击的风险。关于有线电话造成的雷击事故，在各个国家都是有案可查的。原因是电话线将室外与室内连接到一起，室外的物体更容易被雷电击中，如果电信设备或者周围的物体被雷电击中，会由电话线引火烧身到电话通话者。
2005年，北京延庆的一位村民在屋里通电话时，突然发生一声巨响，这位村民惨叫一声后就倒在了地上，家中的电灯同时熄灭，后来亲友们把他送到医院，不治身亡，事后经鉴定为雷击死亡。
雷电系统 篇12
到目前为止还没有任何一种装置或方法能阻止雷电的产生, 也没有能阻止雷击到建筑物上的器具和方法。因此在电力信息系统设计之初就应该充分估计到防雷的必要性。
2、现代雷灾新特点
我国大部分地区于2、3月份就进入了雷电期。城市高楼的增加使雷电击穿空气的距离缩短, 因为雷击概率与建筑高度成正比, 所以雷击概率加大。同时, 由于全球气候变暖, 城市热岛现象增多, 使城市的大气环流出现了新特点, 夏季雷暴期延长。而更重要的是, 随着科技的进步, 微电设备被广泛应用, 城市通信电源大幅增多, 电磁场发生变化, 特别是微电子产品普遍绝缘强度低, 过电压耐受力差, 容易遭受雷电侵袭, 其中电脑网络、通讯指挥系统和公用天线都是重灾区。据统计, 在各种灾害造成的损害中, 感应雷击造成的损害高居榜首, 占全部灾害损失的33.8%。当人类社会进入电子信息时代后, 雷电灾害出现的特点与以往将有极大的不同, 可以概括为: (1) 受灾面扩大。从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业, 尤其是与高新技术关系最密切的领域, 如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等。 (2) 从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场, 从三维空间入侵到任何角落, 无孔不入地造成灾害。防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲 (Lightning Electro-magnetic Pulse Protection, LEMP) , 即雷电灾害的空间范围扩大了。 (3) 雷电灾害的经济损失和危害程度显著增加。被袭击对象本身的直接经济损失有时并不太大, 而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如1999年8月27日00:02左右, 某寻呼台遭受雷击, 导致该台中断寻呼数小时, 其直接损失是有限的, 但间接损失远远超过直接损失。 (4) 雷电灾害的主要对象已集中在微电子器件设备上。这是产生上述特点的根本原因, 也是关键特点。雷电本身并没有变, 而是科学技术的发展, 使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域, 微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用, 造成微电子设备的失控或者损坏。 当今时代防雷工作的重要性、迫切性、复杂性增加了, 雷电的防御已从直击雷防护到系统防护, 所以必须站到历史时代的新高度来认识和研究电力信息系统的现代防雷技术, 提高防御雷电灾害的综合能力。
3、雷电冲击波的入侵途径
雷击可分为直击雷和感应雷。随着经济的发展, 感应雷和雷电波侵入造成的危害越来越大。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷, 而强大电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及各种弱电设备。对于电力信息系统来说, 通常情况下, 重点考虑感应雷的防护。常见雷电冲击波的入侵途径有:①雷电击在外部建筑物的防雷系统上;②浪涌在接地电阻上引起电压降;③环路感应过电压;④雷电击在远处架空电力线上;⑤雷云之间放电在电力线上引起感应雷电波及过电压;⑥雷击通信线、电力线附近地面或地面上其他设施在线路上引起感应雷电波及过电压;⑦电磁脉冲场穿透建筑物, 直接作用于电力信息系统。
4、电力信息系统对雷电电磁脉冲的防护措施
电力信息系统是指电力系统内各种形式的电子系统, 包括计算机、通信设备、控制系统等。因为从EMC观点看, 电子设备、信息设备和信息系统是同一类型的设备和系统, 故本文中未严格区别。雷电电磁脉冲防护LEMP将直击雷之外的雷击灾害的防护也包括在内。电力信息系统雷电电磁脉冲的防护所涉及的防雷范围、技术措施等要比直击雷的防护更复杂, 两者具有不可分割的内在联系, 但又有分工, 只是考虑的角度和方法不同。 电力系统建筑物本身的防雷装置是建筑物内信息设备及系统防雷的第一道屏障, 建筑物本身的防雷性能直接影响其内在信息系统的防雷, 因此要搞好信息系统防雷, 首先应重视建筑物本身的防雷。因此在建筑物设计和施工时就要考虑到作为网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络之间的电器联结, 使之成为较理想的“法拉第笼”式避雷体。建筑物防雷设计、施工和管理必须严格执行国家标准《建筑物防雷设计规范 (GB 50057-94) 》。电力信息系统微电子设备对雷电电磁脉冲的防护是一项较复杂的系统工程, 它与建筑物结构、屏蔽、接地、等电位联结 (或通过浪涌保护器做等电位联结) 、供电、设备与线路布置及外部电磁环境都有密切关系。我国还未出台完整的电子设备防雷国家标准, 故可参照IEC-1312一1 (雷电电磁脉冲的防护) 和有关行业标准进行工作。根据IEC-1312-1雷电电磁脉冲防护 (LEMP) 的防雷保护区LPZ (Lightning Protection Zones) 原则 (即根据不同信息系统对电磁场环境的不同要求, 设置分层次、分级保护区或保护空间的措施) , 对电力信息系统的防雷保护必须实行可靠的多层分级 (类) 保护的避雷装置。所谓多层分级 (类) 保护原则就是根据电气、微电子设备的不同功能及不同受保护程序和所属保护层确定防护要点作分类保护;电器设备对外联系的所有通道 (从电源线到数据通信线路) 都应做多级 (层) 保护。
(1) 外部无源保护——在0级保护区即外部作无源保护, 主要有避雷针 (网、线、带) 和接地装置 (接地线、地极) 。 建筑物内金属门窗、玻璃幕墙、吊顶龙骨架、灯线、管线等, 通常予以忽视, 未作接地。
二次回路使用的直流蓄电池作浮点运行 (特别是旧式电池体积庞大) , 这些都是雷电二次效应的推波助澜者, 是电子设备潜在杀手。建筑物的所有外露金属构件 (管道) 都应与防雷网 (带、线) 有良好的连接。
(2) 内部防护——电源部分防护雷电侵害主要是防护通过供电线路侵入。高压部分电力局有专用高压避雷装置, 而低压线路部分则无法控制。所以对380V低压线路应进行过电压保护, 按国家规范应分三部分: ①建议在高压变压器后端到楼宇总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加避雷器, 作一级保护;②在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯线两端应对地加装避雷器, 作二级保护;③在所有重要、精密设备以及UPS的前端应对地加装避雷器, 作为三级保护。其目的是用分流 (限幅) 技术即采用高吸收能量的分流设备 (避雷器) 将雷电过电压 (脉冲) 能量分流泄入大地, 达到保护目的, 所以分流 (限幅) 技术中采用的防护器的品质、性能好坏是直接关系网络防护的关键, 因此选择优良的避雷器至关重要。 信号部分保护对于信息系统, 应分为粗保护和精保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定, 精保护要根据电子设备的敏感度进行确定, 主要考虑卫星接收系统、电话系统、网络专线系统、监控系统等。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端, 对地加装避雷器, 电缆中的空线对应接地, 并做好屏蔽接地, 其中应注意系统设备的在线电压、传输速率、接口类型等, 以确保系统正常工作。
多重屏蔽、多重防护。微电子设备工作电压低, 击穿功率小, 靠单一屏蔽难以达到预期效果, 必须采取多重屏蔽。利用建筑物钢筋网组成的法拉第笼及设备屏柜金属外壳、装置金属外壳等逐级屏蔽, 有条件的话, 在重要进出设备的同一条信号线上应安装多个防雷保安单元。等电位连接为彻底消除雷电引起损坏的电位差, 需实行等电位连接。电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行连接, 各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接, 各个局部等电位互相连接, 最后与主等电位连接棒相连。
做好等电位联结比追求小接地电阻更实用, 如果真正做到处处电位相等或电位差很小, 就不会损坏任何微电子设备。
(3) 接地处理——在电力信息系统的建设中, 一定要有一个良好的接地系统, 因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电导入大地, 从而保护设备和人身安全。如果接地系统做得不好, 不但会引起设备故障, 烧坏元器件, 严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰的屏蔽问题和防静电问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。 一般整个建筑物的接地系统有建筑物地网 (与法拉第网相接) 、电源地 (要求地阻小于10Ω) 、逻辑地 (也称信号地) 、防雷地等, 有的公司 (如IBM) 要求另设专用独立地, 要求地阻小于4Ω (根据实际情况可能也会要求小于1Ω) 。然而, 当各地必须独立时, 如果相互之间距离达不到规范的要求, 则容易出现地电位反击事故。因此当各接地系统之间的距离达不到规范的要求时, 应尽可能连接在一起, 如实际情况不允许直接连接, 可通过地电位均衡器实现等电位连接。为增加接地装置的可靠性, 建议使用专业公司生产的专用接地棒, 并使用无公害降阻剂。接地装置的选材和施工应由专业人员执行。
5、结束语