雷电感应

雷电感应（通用5篇）

雷电感应 篇1

0 引言

雷击在架空线缆上引起的浪涌电压属于高能电磁能量, 对电力和电子设备具有很大的破坏力。雷击有直接雷击和感应雷击两种, 直击雷的危害远大于感应雷, 所以长期以来对雷电的研究主要集中在直击雷上, 对感应雷的研究相对较少。

架空长导体在雷电回击附近地面时, 由于闪电放电瞬间在其通道周围激发强磁场和感应电场, 会在导体中产生电磁感应耦合和辐射耦合现象。感应雷的电磁干扰是极其复杂的, 影响过电压传输的主要因素是线路和地面的参数。本文采用了简化方法, 对感应雷击在单导体架空线上的暂态特性进行了理论分析, 建立合理的有理函数表示模型。通过仿真模拟, 确定模型的有效性, 并讨论了影响过电压水平、波形的主要因素的作用。

1 计算模型及方法

一个单导体传输线两端通过阻抗连接到半无限大理想的平面上, 传输线附近的电偶极子Idl辐射的电磁场将在传输线上产生电流波动, 同时传输线上的电流也会向周围空间辐射电磁场。

建立图1所示坐标, 根据Agrawal和Tesche研究的电报方程, 传输线的散射电压和电流满足

式中, Z和Y分别是传输线单位长度的阻抗和导纳;Vsca (x) 为散射电压, 是沿z轴负方向从配电线高度到地面对配电线散射电场z轴分量的积分;Vs2 (x) 为传输线单位长度上的电压源。I (x) 为传输线的全电流, 它是沿z轴负方向从传输线高度到地面对空间总电场z轴分量的积分。

分布源Vs2 (x) 等于电场沿导线的切向激励, 即:

式中, h为架空线高度;Ezinc (x, t) 和Ezref (x, t) 分别为入射电场和地面反射电场沿架空线的切向分量;Eex (x) 总的激励电场沿架空线的切向分量。

1.1 理想大地

在理想大地的情况下:

式中, E0为外部EMP辐射,

入射电磁场对导线的激励主要由“天线模型”和“传输线模型”两部分构成, 传输线模型仅是其中部分解。但是, 如果我们希望得到线上负载响应方面的情况, 传输线模型的解能够提供精确的结果, 因为天线模型电流在终端附近的响应是很小的。因此, 在应用传输线模型时, 大多数情况下只对传输线的终端响应进行计算。

对于Agrawal公式, 负载电流和电压能表示为导线上分布电源的积分, 终端电压的解如下:

其中, γ为传播常数;导线两端负载处的反射系数分别为。

1.2 损耗大地

在损耗大地的情况下:

Rv和Rh分别是垂直方向和水平方向的费涅尔反射系数, 这些平面波的反射系数是大地参数和入射角Ψ的复函数。

2 仿真分析

在单导体架空线系统中, 假设入射平面电磁场是双指数脉冲波形

应用标准Fourier变换得到入射场双指数脉冲波形的频域方程

以上式作为源向量中的代替式E0, 即得到该电磁场对双导线激励的负载电压和电流的频域解, 再应用Fourier逆变换得到单导体传输线的瞬态响应值。

2.1 导线特性影响分析

地面有损耗情况下, 当架空线两端所接阻抗匹配时, 导线长度分别取50m、150m、300m, 仿真得到线路末端形成的感应过电压如图2所示。可见, 随着线长的增加, 过电压振荡幅值增大。并且可以推知, 当线长达到一定值时, 过电压幅值不再增大。

其他条件不变, 导线高度分别取8m、16m、24m, 仿真得到线路末端形成的感应过电压如图3所示。可见, 导线高度增加, 过电压幅值增大。

2.2 入射波影响分析

在其余条件不变情况下, 改变电磁波的入射角Ψ, 感应过电压变化规律如图4所示。可见, 当Ψ由30°增大到90°时, 过电压幅值减小, 脉冲宽度明显增加。

2.3 地面影响分析

地面电导率对感应过电压的影响如图5所示。σg由0.001S/m增大到∞ (理想导电平面) 时, 感应过电压呈减小趋势, 并且在σg→∞时达到最小, 亦即系统受到的干扰影响最小。

由仿真计算结果可见:阻抗匹配时, 感应电压的波形表现为自然振荡的衰减过程;导线自身的特性 (如线长、架高等) 、入射电磁波的状态以及地面的导电特性参数, 都会影响感应雷击在架空线缆上形成的过电压。

3 小结

架空线缆的雷电电磁脉冲耦合与系统本身的参数密切相关。因此, 各种不同尺寸、不同屏蔽性能的架空线系统对感应雷击响应特性有较大的差异, 需要针对系统特点进行研究。通过简化模型, 可以较方便地系统性研究各种影响因素产生的作用效果。本文主要从仿真研究方面展开, 通过一些理论分析和数值计算, 对雷电电磁场的耦合过程和耦合结果进行了较深入分析和讨论。

摘要：本文从理论上分析了感应雷击在架空线缆上形成的过电压特性, 采用传输线理论模型和Agrawal方程, 推导出感应雷过电压波形的解析公式;分析了感应雷电压波形基本特征及电缆长度、波阻抗、大地电导率等参数对感应雷电压波形的影响。仿真结果验证了理论分析和解析公式的正确性, 表明该方法不仅物理意义明确, 而且便于编程实现, 计算效率高。

关键词：架空线缆,感应雷击,Agrawal模型,仿真

参考文献

[1]王希, 王顺超, 何金良, 曾嵘.10k V配电线路的雷电感应过电压特性[J].高电压技术, 2011, 37 (3) :599-605.

[2]张旭锋, 李颖, 倪谷炎, 罗建书.端接非线性负载的无畸变传输线瞬态分析半解析法[J].电路与系统学报, 2013, 18 (2) :510-513.

[3]高方平, 姚缨英.架空线路雷电感应过电压的计算与分析[C].2011年全国电工理论与新技术年会论文集, 2011, 10:61-64.

[4]文武, 阮江军, 陈允平.架空传输线在间接雷击作用下负载浪涌的分析[J].中国电机工程学报, 2003, 23 (1) :116-120.

雷电感应 篇2

在省、市、县消防部门及市、县刑警部门的共同努力下,通过现场勘查、调查询问、现场检测、物证鉴定等40 h的连续工作,共走访群众120人,制作《询问笔录》15份,《现场勘验笔录》2份,现场图6张,拍摄照片210张,提取各种证物8件,收集气象、电力部门资料4份,送检证物6件,在获取充分证据的基础上,迅速查明了原因,得出了结论,当事人未提出异议。

1 基本情况

起火建筑位于柏树乡乡场北源街91号杨某家,建筑坐北朝南,北面为陡坡、南面临北源街,共3层(三层为后搭建的彩钢板简易房屋),砖混结构,耐火等级为二级。建筑南北长12 m,东西宽10 m,一层层高5 m,二层层高3 m,建筑面积240 m2(未包括第三层)。火灾建筑概貌如图1所示。

2 起火部位、起火点的认定

起火建筑一层为销售鞋子、衣服、布匹、踏花被、PVC塑料管等物品的门面。紧贴一层北面外墙陡坡上搭建一厨房,其外墙为砖墙、屋顶为木条撑塑料布、地面为钢筋水泥板,水泥板下为堆放了大量木材的地下储藏室。二层为户主的三间卧室。3层为彩钢板顶棚的简易房屋。火灾现场一层平面复原示意图,如图2所示。

2.1 起火楼层的认定

(1)一层门市烧损程度明显重于二、三层,室内放置的大量物品几乎全部燃烧为紧贴地面的灰烬,室内仅存少许可燃物炭化层,很难想像火灾前曾摆放有大量物资商品。

(2)二层有3间卧室,楼梯口的东侧卧室全部过火,室内物品全部烧毁,中间和西侧卧室虽有很重的烟熏痕迹,但床铺、家具均基本完好。

(3)一层至二层的楼梯间墙壁受高温烟气流作用,北侧墙壁明显脱落,南侧有明显龟裂。

(4)三层的彩钢棚全部垮塌,屋面西北侧有一未过火的“锅盖式”电视信号接收器,屋面北侧有一鸡舍并发现4只活鸡。

(5)据起火建筑周围邻居和先期参加灭火的多位群众反映,发现起火时,一楼燃烧最为猛烈。

综合上述证据认定:起火楼层为一楼,并通过楼梯向二、三层蔓延燃烧。

2.2 起火部位的认定

(1)一层室外厨房被烧垮塌,烧毁十分严重,但灶台上方发现有残存的木条和塑料棚布,墙壁上挂着的一口新铁锅表面色泽正常,几乎无烟熏痕迹,如图3所示。

(2)一层以临街三个卷帘门和室内东、西两个钢筋水泥柱划分为三个门面,西侧水泥柱表面除西面外,其余3面均受高温作用发生严重脱落。东侧水泥柱表面均产生严重脱落,如图4所示。

(3)受高温作用,东侧、中间卷帘门上部均熔化,钢制卷筒发生变形,顶板上安装用于悬挂衣服的钢管明显弯曲,而西侧卷帘门相对完好。

(4)当日存放在一层中间门面的一辆摩托车被烧毁,并向东倾斜,如图5所示。

综合上述表明:火灾发生在一层,起火部位位于一层室内东侧、中间门面的范围。

3 起火原因认定

3.1 排除放火

(1)通过对死者杨某的亲属及相关人员调查,没有发现有放火动机的对象。

(2)通过现场勘查,失火建筑卷帘门、二楼窗户等,未发现异常,排除非正常入室的可能。

(3)通过对现场残留物逐一挖掘、勘查、鉴别,没有发现属于放火的残留物品。

(4)经四川省公安厅理化实验室对现场提取的6份残留物的技术鉴定,未发现汽油类助燃物。

3.2 排除用火不慎及烟头等失火原因

(1)火调人员对遇难者的邻居、亲属及其他相关人员进行摸底排查和调查询问得知,遇难者通常于下午18时许做饭,而火灾是次日1时40分许发生,中间相隔近8 h,如果做饭后未熄灭火源引燃,则在起火时间上不吻合,且起火部位不在厨房。

(2)另据调查,所有遇难者均没有抽烟的习惯,起火部位位于一层门面,当晚无人居住。火灾现场勘验也未发现蚊香残留物等可能引发阴燃的微小火源物质,同时阴燃起火与此次火灾火势迅猛、没有大量烟气的先兆明火起燃的特征不符合。

3.3 排除建筑内电气设施故障引起火灾

(1)起火部位处于使用状态的仅有两具悬吊式节能照明灯,且灯具距可燃物有一定距离。另据了解,失火家庭非常节约,当晚起火部位无人员逗留,照明灯应处于关闭状态。

(2)现场勘验电线、灯具,未发现短路等电气故障点。

(3)起火建筑有漏电保护开关,保护措施较完善。

3.4 雷电感应引发火灾的认定

雷击引起火灾,有直击雷、雷电波侵入、雷电感应等多种。

3.4.1 起火建筑遭受雷电作用的确认

(1)据众多群众反映,火灾发生前后,中江县正处在强降雨和雷击天气状况。

(2)据中江县气象局提供的气象资料表明,7月29日凌晨1∶00-1∶20,中江县境内共发生841次雷电闪击。1∶09在北纬30°52′,东经104°53′,发生了一次较强的雷电闪击,强度为-10.8 kA。而发生火灾的柏树乡乡场位于北纬30°54′,东经104°54′,与之基本吻合。

距火灾现场约50 m的高坡上,一棵大树树干从顶端到地面有明显的被直击雷击中树皮被剥落的痕迹,如图6所示。

(3)据中江县供电局提供的值班记录表明,1:09较强的雷电闪击后,向柏树乡供电的10 kV线路高压控制开关跳闸。

(4)在起火建筑和附近建筑内的铁磁质物品上检测出明显的雷电作用剩磁。

3.4.2 排除直击雷、雷电波侵入

(1)起火建筑未直接遭受雷击。

(2)起火建筑室外电源入户线、进线电表完好如初。

(3)未检测出电源进线闸刀附近铁件异常剩磁。

3.4.3 雷电感应起火的认定

3.4.3.1 雷电磁场作用后的剩磁检测

7月30日上午,公安部消防局四川火灾物证鉴定中心派出专家,采用HT20数字特斯拉计,根据剩磁特性选取了火灾现场中不同部位的钢管、钢筋等铁磁体的端头,进行了雷电磁场作用后的剩磁测试。

(1)火灾现场一层门市剩磁测试。一层门市测试点1～8的剩磁测试结果见表1所示。

(2)火灾现场二层剩磁测试。 在火灾现场二楼的3间房间选取9个部位进行剩磁测试。东侧门面正上方二楼房间内窗边屋顶钢筋处测得的最大剩磁值为1.9 mT,中间门面和西侧门面正上方房间内所测物体剩磁值均较小,最大为0.4 mT。

(3)火灾现场三层(楼顶)剩磁测试。 在火灾现场三层楼顶上选择4个不同部位进行剩磁测试。二楼至楼顶出口处横置的角钢最大剩磁值为4.6 mT,楼顶中部钢筋护栏最大剩磁值为1.5 mT,楼顶卫星天线上螺钉最大剩磁值为0.2 mT,楼顶中部竖立的钢管顶端最大剩磁值为0.5 mT。

(4)火灾现场外剩磁测试。 在离火灾现场约12 m的相似结构门面卷帘门轨道顶端测得最大剩磁值为2.8 mT,在离火灾现场约50 m的脚手架钢管端头处测得最大剩磁值为1.5 mT,在离火灾现场约80 m的相似结构门面内钢管货架上测得最大剩磁值为1.4 mT。

测试结论:根据GB/T 16840.2-1997《电气火灾原因技术鉴定方法第2部分:剩磁法》,综合测试结果和现场勘验情况表明,当晚火灾现场及邻近区域的铁磁体遭受过明显的雷电感应磁场强烈作用,最为严重的部位是火灾现场东侧门面和中间门面的范围。

3.4.3.2 雷电磁场感应起火的分析

(1)起火建筑内存在大量结构钢筋,且一、二层室内多处可见外露结构钢筋。建筑东侧门面和中间门面放置4台电机、2台缝纫机、2台打米机、2辆摩托车、一辆自行车、一副汽车弹簧钢板、20多个“踏花被”包装铁圈,若干挂售衣服的钢管以及卷帘门金属门帘、框架、卷轴等大量铁磁体物品,导致起火建筑遭受了雷电磁场的强烈作用。

(2)现场有两端搭接在外的建筑钢筋上的钢管,“踏花被”包装铁圈形成了众多的金属框,导致因雷电磁场的强烈作用产生感应电压,在金属框的开口或接触不良处产生电弧、火花引发贴邻的衣服等可燃物起火成灾。

根据中江县气象局提供的雷电闪击情况和现场勘验,距起火建筑约50 m发生的一次较强的雷电闪击,雷电流峰值强度为10.8 kA,通常雷电闪击电流波形前沿为2～5 μs,现取值2.5 μs。起火建筑结构内建筑钢筋分布(或其他金属导体)形成的开口 (接触不良)的金属框与感应电压大小的关系,如图7所示。

当开口(接触不良)金属方框边长为10 m时,则其感应电势为1 555 V;5 m时感应电势为432 V。

感应电压在(室内)潮湿的雷雨天气下,一是金属框上有微小的气隙(1 mm左右)会击穿产生火花;二是通过室内外露钢筋对地放电形成电弧或火花,二者都会引燃近旁的可燃物成灾;三是如果金属方框为闭合回路,则回路中产生的大电流引发的高温也会引燃可燃物成灾。

事实上,在调查组对起火建筑约40 m远的另一栋建筑内进行雷电剩磁对比检测时,房主反映当晚发生一次较强的雷电闪击并断电后,亲眼目睹其室内电源插座处拉出约40 cm长的电弧。

综合上述,此次火灾的原因是:室内铁磁体遭受雷电感应产生的电弧、火花、高温引燃室内可燃物成灾。

4 几点说明和体会

(1)由于火灾现场烧毁彻底,加之雷电感应的电弧、火花、高温在一层室内起火部位多处都有可能出现(实际上极有可能形成多处起火),故相对狭小的起火点没有(或不可能)确定。

(2)由于雷电感应的电弧、火花能量和持续时间有限,加之火灾现场燃烧时间长、温度高,对现场痕迹产生了很强的破坏作用,因此电弧、火花放电痕迹无法找寻。

(3)现行国家标准GB/T 16840.2-1997《电气火灾原因技术鉴定方法第2部分:剩磁法》所提供的雷电剩磁判定参考数据,是对直击雷雷电通道上(或很近的空间)的剩磁描述,而此次火灾所反映的是距雷电通道较远的电磁作用问题,火场上千度的高温还有强烈的去磁作用,建议国家有关标准尽快补充完善。

(4)普及消防常识仍然是当前的消防工作重点。据参加火灾扑救的群众反映和现场勘验证实,火灾时多名当事人还在二层窗户呼救,但未能及时采取正确的火场逃生措施而死亡,实在令人惋惜。

摘要：介绍了一起雷电感应引起的较大亡人火灾事故,分析了起火部位和起火点的认定过程,排除法初步确定起火原因,并通过对火灾现场的剩磁检测进一步证实为:室内铁磁体遭受雷击电磁感应产生的电弧、火花、高温引燃室内可燃物成灾。提出了预防雷电火灾的建议。

关键词：雷击,电磁感应,电磁场,火灾原因

参考文献

[1]苏邦礼,朱文坚.必须加强对感应雷的防范[J].建筑电气,1993,(3):33-36.

[2]黄红.剩磁法在黄岛油库火灾现场勘查中的应用[J].消防科学与技术,1993,12(4):47-49.

雷电感应 篇3

1 雷电感应过电压特性

雷电感应过电压指的是电气设备附近的地面被雷电击中之后, 导致空间内的电磁场突然发生变化, 使得未被雷击的电气设备出现感应过电压的现象。假如雷云中带有大量的负电荷, 先导通道与雷云的电场之中存在线路, 导线上形成束缚电荷, 此时, 先导通道并没有明显的电流, 但当雷云在10k V配电线路附近地面放电的时候, 雷云中聚集的负电荷会被大地迅速的中和, 此时先导通道中的电场会迅速的下降, 束缚电荷释放之后会沿着导线运动, 从而形成雷电感应过电压。一般情况下, 通过主放电雷电流模型能够将不同距离位置处的电磁场分布计算出来, 然后根据电磁场及线路的耦合关系能够将对应磁场的感应过电压计算出来。

1.1 最大感应过电压

出现雷击事故后, 10k V电力线路中的最大感应过电压的大小会受到雷电流波前时间、雷击点与电力线路的最近的距离、大地的导电率、电力线路对地面的平均高度等等因素的直接影响, 除此之外, 杆塔的接地电阻及回波的传播速率也在对其产生一定的影响, 只是与上述几个因素相比影响较小。实验研究表明, 回波速率持续增加的过程中, 与雷击点距离越近的电力线路的感应过电压值越接近峰值, 对应电压变化率越大, 但雷击点与电力线路之间的距离相同, 回波速率变化时, 电压的峰值并没有太大的变化, 因此, 计算电力线路雷击感应过电压时可以忽略回波传播速率的影响。此外, 波前时间越短, 与雷击点之间的距离越近, 电力线路的感应过电压越接近峰值, 波前时间不同的前提条件下, 过电压峰值的差异十分明显。

1.2 概率和闪络特性

一般情况下, 当大地的导电率增加的时候, 雷击线路的最大感应过电压会明显减小, 导致雷击次数变化速率减小, 除此之外, 雷击线路的感应过电压数值大于某一个特定的过电压值的时候, 电力线路遭遇雷击的次数也会减小, 也就是说线路的雷击概率及闪络率明显降低。大地的导电率降低的时候, 电力线路绝缘闪络的次数、雷电感应的闪络率以及直击雷闪络率会在一定程度上呈现出上升的趋势, 相对而言, 直击雷闪络率手大地导电率影响比较小, 发生直击雷之后, 电力线路出现雷击闪络的几率会增加, 尤其是在没有建筑物或者树木的开阔区域的线路, 发生雷击闪络的的几率较大。

1.3 大地电导率的影响

大地属于导体, 但电阻率较大, 导电效果较差。实验研究显示, 大地条件不同时, 检测同一条电力线路中点及末端的电压值及其波形可以发现, 二者没有太大的差别, 如图1所示。随着电阻率的减小, 起始阶段, 线路末端电压波形出现了一个负峰值。如果将大地看作是一个理想的导体, 线路中点位置到末端位置的电压幅值应该是不断衰减的, 但从实验结果可以明显看出, 从中点位置到末端位置电压的波形并没有太大的波动, 基本保持一致, 由此可见, 大地并不是理想的导体。研究雷击线路感应过电压影响因素时将大地导电率纳入其中, 经过分析可以发现, 当大地的电导率增加时, 电压的幅值会出现一定程度的增加, 电压波形的变化幅度会逐渐的减小, 反之, 大地电导率减小时, 线路感应电压幅值也会随之减小, 波形变化幅度增加, 甚至可能会出现电压的极性改变的情况。

2 10k V配电线路雷电感应过电压的防护

为了保证10k V配电线路的安全、稳定运行, 提高供电系统运行可靠性, 必须加强雷击电路的感应过电压防护, 下文就这一问题提出几点简单的建议, 仅为电力企业有关人员的线路防护工作提供参考。

2.1 提高配电线路的绝缘水平

10k V配电线路产生雷电感应过电压的一个重要的原因就是电网的绝缘水平比较低, 加上现阶段基本上大部分的10k V配电线路在架设过程都采用同塔多回路的技术, 这种情况下, 线路与线路之间的电气距离非常的小, 一旦某一回路的电力线路遭遇雷击, 线路的绝缘子对地击穿, 产生的电弧就会影响该回路附近的其他电路, 导致大面积的电力故障, 因此, 必须要提高配电线路的绝缘水平。一般情况下, 增加绝缘子片的数量、使用绝缘导线代替裸导线、更换绝缘子型号、在绝缘子与导线之间设置绝缘皮等等都是提高10k V配电线路绝缘水平、降低线路雷击闪络发生几率的有效措施。

2.2 安装避雷器

在架空配电线路中安装避雷器能够有效的防止线路被雷击。一般情况下, 避雷器主要安装在刀闸、配电变压器等配电设备或者电缆及架空绝缘线路转换处。在雷击过电压的影响之下, 线路中产生雷击电流, 一旦该电流超过一定数值之后, 电路的避雷器就会发生作用, 进行分流, 将感应电流导入到大地之中, 使得绝缘子两端的电压始终在安全值以下, 防止线路被损坏。为了防止避雷器被损坏, 电力企业相关负责人在雷电季节到来之前, 要加强避雷器相关装置的检查, 同时在配电线路中安装谐波监测装置, 及时消除谐波, 保护避雷器的安全。

2.3 降低配电线路的雷击建弧率

降低配电线路的雷击建弧率是保护10k V线路的有效措施。这就需要电力企业在电网建设安装的过程中选择中性点接地的方式, 确保单相接地电流能够实现自动补偿, 使接地电弧可以自动熄灭。同时在线路中安装消弧线圈, 在电容电流超过10A的电网中安装自动跟踪装置, 确保电流残留值始终小于10A, 从而实现控制配电线路弧光接地过电压的目的。

3 结束语

电力能源对于社会稳定、经济发展有重要的意义, 随着经济的进步, 百姓的生活水平明显提高, 在日常的工业生产生活过程中, 广大民众对电力能源的需求量在不断增加, 对于电力企业供电质量的要求也在不断提高。10k V配电线路是电网的关键组成部分, 但是在具体的运行过程中, 受线路本身的一些因素的限制, 10k V配电线路非常容易遭遇雷击, 影响线路的稳定性。本文主要就感应雷击过电压产生的机理及10k V配电线路雷电感应过电压特性进行了简单的分析, 从三个方面就如何加强电力线路雷击过电压防护进行讨论, 希望能够为有关单位的相关工作提供参考。

摘要：10kV配电线路是现阶段我国配电网的重要组成部分, 应用十分广泛。它的运行状态直接影响着供电系统的安全及稳定, 一般情况下, 10kV配电线路都裸露在外部空气之中, 在夏季雷雨天气很容易遭受雷击导致线路烧毁、设备损坏。研究10kV配电线路的雷电感应过电压特性, 对于降低雷击事故、保障电力系统安全稳定运行有重要的意义。

关键词：10kV配电线路,雷击感应过电压,防护措施

参考文献

[1]侯牧武, 曾嵘, 何金良.感应过电压对输电线路耐雷水平的影响[J].电网技术, 2014 (12) .

雷电感应 篇4

一、雷电的危害形式

雷电的危害形式分为三类:直击雷、雷电感应 (雷电电磁脉冲) 及雷电过电压波侵入。

1.1直击雷

雷电直接击中地面建筑物, 然后经接地装置泄放入地。如果没有适当的泄流途径, 雷电流的能量以极高的温度、极大的热量、强力冲击波、极大的电动力对建筑物或其顶部的其它设施造成严重损害。

1.2雷电感应

从雷暴云的形成到发生闪电的整个过程中, 同时会出现三种物理现象:静电感应、电磁感应以及电磁波辐射。在发生雷击过程中, 雷电通道形成强大的雷电流并在其空间产生的雷击电磁脉冲会通过传导、感应和耦合等方式在建筑物内部各电气系统和数据信息系统中产生不同强度的瞬态过电压。电网和数据线路中的瞬态过电压对建筑物内的设备放电, 损坏信息系统机房内部的UPS电池组、交换机、服务器等重要设备。电磁感应的作用范围广, 入侵途径多, 比较难以捉摸。

1.3雷电过电压波侵入

雷击于远处架空的与机房、外场设备等各种供电设备、弱电设备相连的各种通讯线、电力线、视频监控线、设备控制线, 然后沿着架空导线以过电压、过电流波的形式侵入建筑物。如果架空线上方没有避雷线, 雷电波侵入的概率是相当大的。过电压、过电流波进入建筑物后还会沿着内部通讯线或电力线袭击敏感设备。

二、通信机房雷电感应危害分析

通信机房一般由主机房、基本工作间组成, 主机房与工作间之间由玻璃门隔开。大部分机房设有静电地板, 并布置在大楼的低层房间。机房设备设施比较多, 常用的弱电电子设备包括主机、服务器、UPS供电系统、路由器或交换机、程控交换机、天馈接受机、打印机、刻录机、电话等电子设备和设施。

其中计算机的主要配件基本上是由半导体集成电路构成, 中央处理器、存储器和逻辑控制电路等芯片都是由绝缘半导体场效应管构成。半导体器件要求的工作条件极严格, 特别是对于静电干扰和电磁干扰非常敏感。

雷电感应是造成弱电设备受损的主要原因, 这种危害的覆盖范围大, 雷电感应主要有雷电的静电感应和电磁感应。雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破坏作用。雷电的间接破坏作用比直击雷危害范围大的多, 属于空间三维的破坏。

由于雷电静电感应和电磁感应引起的过电压会损害机房的线路和设备, 在防雷设计中, 要作为重点认真的进行设计防护措施。

2.1静电感应

雷电的静电感应是因为当雷云形成时, 地面上的金属结构会产生与雷云底部相反的异种电荷, 在各种架空的线路上, 同样会因雷云对地放电而产生静电感应电荷。

2.2电磁感应

雷电电磁感应是因为雷电通道和防雷保护系统的导线上的雷电流, 在接地系统的冲击接地电阻上产生的电压降, 在建筑物内部的环路导线上感应出浪涌过电压和电流。另外由于雷击电磁脉冲的电磁干扰辐射, 在周围区域的设备环路上感应出浪涌电压。

这种脉冲磁场能在闭合的回路中产生很高的电动势, 产生的过电压、过电流顺着导线传导至设备, 损坏弱电电子设备。各种电源线、信号线、天馈线、金属水管等在建筑物内形成不同的环路或者回路脉冲磁场在回路中感应出电压大小与回路尺寸、雷电流波陡度以及回路与载流导体之间的距离有关。

2.3雷击电磁脉冲

雷击电磁脉冲, 是一种电磁干扰源。闪电直接击在建筑物防雷装置上或建筑物附近所引起的效应。主要是一种辐射干扰。对于脉冲磁感应, 雷击电磁脉冲感应强度达0.03高斯, 计算机会出现误操作;磁脉冲感应强度达0.75高斯, 计算机器件会出现假性损坏;磁脉冲感应强度达2.4高斯, 计算机器件会出现真正损坏。闪电击在避雷针上, 则由其产生的在100米处无屏蔽空间的磁感应强度, 首次雷击的磁感应强度可达2.0高斯, 而后续雷击的磁感应强度可达0.5高斯。无屏蔽空间的磁感应强度将对机电设备具有足够的破坏力。

2.4高电位引入与反击

由电路原理可知, 暂态电流流过电阻与电感串联支路时, 将会在该支路上产生压降, 支路的总压降中含电阻上压降分量和电感上压降分量。所谓雷电反击, 就是指防雷装置在接闪时, 在接闪器、引下线和接地极上都会产生很高的瞬态电位, 如果建筑物内的电气设备、金属管线与防雷装置的距离达不到安全距离要求时, 高电位就会击穿向这些设备管线放电, 这种现象就是雷电的高电位与反击。

三、通信机房雷电感应的防护措施

3.1屏蔽系统

屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡或衰减进入建筑物内的电磁干扰或过电压能量。对于机房的弱电系统来说, 具体可分为机房建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆 (管道) 的屏蔽。机房屏蔽可根据机房内电子信息设备的重要性, 采取适当屏蔽措施。利用机房建筑的钢筋、金属框架、金属门窗、地板等相互焊接在一起, 形成法拉第笼, 并与地网进行可靠连接, 形成初级屏蔽网。机房装修时做防静电处理, 墙壁采用防静电铝塑板, 并与机房共地系统相连。设备应根据使用性质及雷击时最终所处电磁环境, 适当考虑单独屏蔽 (隔离) , 进行次级屏蔽。机房电子信息设备应集中摆放在机柜中, 机柜与接地系统保持良好连接。对于机房内的主机及服务器或其它电子设备, 应盖好箱盖, 确保其屏蔽效果。机房的各种金属管道、电力电缆、通信线路等最好应该埋地引入, 埋地水平距离在15m以上。并重点对入户的金属管道、通信线路、电力线缆等做好屏蔽。各种线缆均要采取屏蔽措施, 金属丝纺织网、金属软管、硬导管、栈桥均可用于屏蔽线缆。

3.2等电位连接系统

在机房的地板下设均压等电位地线带。在各室内分别形成网型 (M型) 结构的均压等电位带, 且作好此带的绝缘支撑, 最终以星形 (S型) 形式与机房的直流逻辑地线接通。另外机房UPS供电系统电源插座及信号接地, 机房内所有大尺寸的内部导电物, 如程控交换机的金属外壳, 主机外壳, UPS及电池箱金属外壳, 金属地板、金属门框架、设施管路和电缆桥架等都应以最短的线路连到最近的等电位连接带中, 避免因设备间电势差而使设备损坏。线路的屏蔽管路或屏蔽层应该与等电位系统连接在一起, 保证屏蔽体的零电位。

3.3综合布线系统

在机房内配备电子设备时, 要设法避开强磁场区域, 以防止电子设备在强磁场作用下发生工作失灵或被损坏。计算机、传感器等电子设备应尽量安置在房间的中央部位, 而不宜靠墙放置, 更不能安放在墙角处。电子设备的电源线与信号线所形成的回路面积要尽量小, 且不能与墙壁中的防雷系统引下分支平行, 避免产生大的回路感应电动势而击坏电子设备。在布置机房内线缆时, 应该注意其线缆与机房内其它金属设备、管线、电力线等的距离, 距离太近都有可能通过金属导体耦合产生过电压, 对设备系统造成危害。

3.4防雷接地系统

采用等电位理论, 达到瞬间等电位方式, 常态独立接地方式 (即机房接地系统与其它交流地、安全保护地、防雷地进行软连接) 。机房的各种地线间及地线与大楼结构的主钢筋之间, 必须进行有效的连接, 即全部采用共用接地系统, 当雷电引起地电位高压反击时, 整个大楼及机房呈现系统等电位, 防雷系统呈现工作状态, 保证网络系统的安全。

摘要：为了对通信机房的网络系统、电源系统以及控制系统等弱电电子设备采取有效实用的防雷保护措施, 保障机房系统正常安全运行, 减小雷电感应对电子设备的影响, 分析雷电感应的危害原理及危害途径。进一步对电子设备保护装置的选择、使用以及屏蔽、等电位连接、防雷接地和综合布线等方面的防雷保护技术进行分析和研究。

雷电感应 篇5

防雷系统包括外部防雷措施和内部防雷措施:外部防雷措施 (接地装置、引下线、接闪器 (避雷针、避雷带等) ) , 内部防雷措施包括屏蔽、等电位连接、合理布线、避雷器安装。

在现实生活中建筑物基本都安装有外部防雷 (防直击雷) 设施, 但是内部防雷措施 (防雷电感应措施) 却十分简陋, 严重不足, 甚至于没有。所以造成大量的电气设备经常由于雷击而烧坏, 特别是一些精密高昂的电子设备, 不断地浪费我们的人力物力。所以如下将探讨一下防雷电感应措施中的其中一项辅助措施:避雷器的选择和安装要求。

1 避雷器的选择

1.1 避雷器的种类

从避雷器的制造材料可分为:1) 电压开关型号浪涌保护器:通常采用放电间隙、充气放电管、晶体管等;2) 限压型浪涌保护器:多采用压敏电阻、抑制二极管等;3) 组合型浪涌保护器 (组合型分串联和并联两种) :开关型和限压型的组合, 先开关型起动, 再限压型起动。

避雷器的试验类型可分为:1) I级试验 (T1) 浪涌保护器:耐得起10/350μs波形 (模拟首次雷击) 的冲击试验。2) II级试验 (T2) 浪涌保护器:耐得起8/20μs典型波形 (模拟后续雷击) 的冲击试验。3) III级试验 (T3) 浪涌保护器:耐得起组合波形的冲击试验。

1.2 避雷器的选择要求

首先要确定雷电防护区, 雷电防护区分为直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区。设备处于哪个防护区对于我们采取何种防雷电感应措施至关重要。

在直击雷非防护区或直击雷防护区与第一防护区交界处应安装I级试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器, 在后续防护区交界处应安装II级试验或限压型浪涌保护器。

按照理想的状态下雷电流入侵是从高压线路流经低下线路再到设备, 所以避雷器的安装应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处, 且应安装I级试验的浪涌保护器 (能承受首次雷电流冲击) , 而从低压电源线路后引出的配电箱柜处, 应安装II级试验浪涌保护器 (能承受首次雷电流冲击后的后续电流) 。

但在现实中, 并不是所有的单体建筑物都有低压总配电箱、配电柜, 而是低压总配电箱柜设在单独的低压配电房中, 供电线路再从低压总配电箱柜引出到各各单体的建筑物中, 此种情况更为复杂一些, 因为每个单独的建筑物都有可能直接遭受直击雷 (建筑物不受其他独立的防雷设施保护的情况下) , 所以每个单体的建筑物的供电线路引入的配电箱柜都有可能受到首次雷击所产生的雷电流的入侵。在这种状况下, 若仅在低压总配电箱柜安装I级试验的浪涌保护器显然是不够的, 所以应在进入单体的建筑物的供电线路的总配电箱柜安装I级试验的浪涌保护器, 但是单单安装I级试验避雷器也是不能完全确保设备的安全, 原因是虽然I级试验电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5k V, 且冲击电流在当无法确定时, 取等于或大于12.5k A, 但是其续流电压也是很大的, 一般的小型动力设备和照明设备根本无法承受这么大的续流电压, 所以应在安装有I级试验保护器的配电箱所引出的分配电箱处安装限压型的II级试验的避雷器, 将上级避雷器所残留的电压完全泄入大地, 基本上可以保护得到设备的安全了, 如有必要, 将加装III级试验避雷器 (如:信息系统的设备:电视、电话、计算机、交换机等) 。

2 避雷器的安装方式及要求

2.1 凯文接线法

凯文接线法, 也称V形倒接线法 (图1) 。它的作用是尽量减少避雷器的连接导线长度, 如果SPD的接线距离等于零, 则雷电流通过时自身的寄生电阻电感产生的电压降则为0, 残压值则为最小, 所以对设备的保护就最好。若是导线长度为2m时, 若SPD的雷电流为40KA时, 则感抗压降达到了21KV, 已经远远超过了避雷器的电压保护水平, 对设备造成极大的危害。所以凯文接线法可以大大地减少连接导线的长度, 从而减少感抗压降, 减低残压值。但是凯文接线法在现实中比较难实现, 特别是在一些老旧的建筑物配电系统中, 无防雷接地端子, 根本无从采取凯文接线法。

2.2 普通接线法

除了凯文接线法外, 还有一种就是比较大众化的接地, 普通的接线方法, 安装方法如 (图2) 。普通的接线法就是将避雷器简单的与配电箱柜线路并联, 这种方法不受配电箱柜的空间限制, 简单明了, 方便操作, 但是对连接导线长度也有要求, 其长度不宜大于0.5m, 若环境限制时, 可适当放宽, 但是导线截面积必须相应加大。

2.3 避雷器的安装要求

在所有防雷规范中, 关于避雷器方面的知识, 都无一地提到浪涌保护器连接导线 (导线要求参照表3) 应平直, 其长度不宜大于0.5m。所以避雷器的导线长度是一个比较重要的安装要求。但是在很多现实浪涌保护器安装当中, 连接导线弯曲缠绕, 导线无必要地加长, 特别是接地线 (PE线) , 在很多的避雷器补装工程中, 接地线居然有2、3m长, 大大的超过了0.5m (所有的连接导线, 包括相线、零线和地线的长度) 的限制。这是绝对不可取的, 若出现此种情况, 我们可以采取措施, 尽量减少导线的长度, 如:用镀锌圆钢或镀锌扁铁 (因为圆钢或扁铁的热导率要比铜线的好, 感抗压降也要更低, 若发生雷击, 则可更快地将雷电流泄入大地) 从接地母线引出, 直接接到避雷器的PE端;或者若配电箱柜为金属材质, 且已经与接地母线等电位连接, 则可以将避雷器的接地端直接接到配电箱的柜体。

各级避雷器的安装就符合规范的要求, 如当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10m、限压型浪涌保护器之间的线路长度小于5m时, 在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置。当浪涌保护器具有能量自动配合功能时, 浪涌保护器之间的线路长度不受限制。各级避雷器 (SPD) 连接导线除了要符合上表外, 也要参照避雷器的安装说明, 若避雷器生产厂家对其安装要求更高时, 应按照安装说明书来进行安装。带有接线端子的电源线路避雷器应采用压接;带有接线柱的避雷器宜采用线鼻子与接线柱连接。

规范中写到浪涌保护器应有过电流保护装置, 但个人观点觉得有利也有弊。有利是因为避雷可以随时更换, 而不用造成生产停产, 也可以防止避雷器被击穿进造成短路现场, 造成成个配电系统瘫痪。弊端则是连接导线被无形加长了, 发生雷击时, 避雷器并不能第一时间将雷电流泄入大地, 大大削减了避雷器的作用, 且如果过电流保护装置通流量过小, 发生雷击时第一反应就是跳闸断路了, 避雷器根本反应不过来, 则避雷器形同虚设。所以个人认为开关型避雷器根本不需要安装过电流保护装置, 因为开关型避雷器根本不会造成短路现象;而限压型避雷器若质量过关, 经过测试, 也不会出现短路现象, 所以在选择限压型避雷器时, 应先则质量过硬的产品。

3 小结

避雷器的使用可以对生产中的一些电气设备、电子设备起到很好的保护作用, 令很多设备得到了保护, 减少了我们的损失。但是避雷器屏蔽措施的一项辅助措施, 是整个防雷系统中的一个子项目而已, 所以并不能单单做好避雷器就能起到很好的防雷效果, 不能被有意的夸大其作用。所以在防雷施工过程我们必须做好每一项工作, 严格按照国家相关规范要求设计和施工, 才能做到安全可靠, 万无一失。同时建议用户在雷雨季节, 每次打雷后, 都检查一次避雷的使用情况, 若发现损坏, 可第一时间更换, 防止造成不必要的损失。且应每年 (或每半年) 进行一次防雷设施检查, 及时发现问题, 解决问题, 确保所有防雷设施安全稳定有效。

摘要：通过探讨如何更好的选择和安装浪涌保护器, 使浪涌保护器在现实应用中能发挥最大的效用, 从而地保护我们的生命财产安全。

关键词：防雷设施,感应雷,浪涌保护器

参考文献

[1]建筑物防雷设计规范GB50057-2010.

[2]建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004.