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防雷的基本知識(shí)
2017-07-27 10:21:58 來源： 評(píng)論：0 點(diǎn)擊：
一、概述
隨著安全防范系統(tǒng)的應(yīng)用范圍日益廣泛，雷電損害造成事故有逐年上升的趨勢(shì)，系統(tǒng)設(shè)備因?yàn)槔讚羝茐牡目赡苄源蟠笤黾?，其后果有可能造成系統(tǒng)局部損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，并造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)＜安僮魇褂萌藛T的生命。為了對(duì)安全防范系統(tǒng)采取有效的防雷保護(hù)措施，保障系統(tǒng)正?？煽康倪\(yùn)行，首先應(yīng)判斷系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要原因以及雷電可能的侵入途徑，尤其是容易遭受雷擊的室外安全防范系統(tǒng)設(shè)備，在分析其損壞原因的基礎(chǔ)上，正確選擇和使用安全防范系統(tǒng)設(shè)備的防雷保護(hù)裝置，以及研究和探討信號(hào)、電源線路的敷設(shè)、屏蔽及接地方式等，對(duì)提高安全防范系統(tǒng)的抗雷擊能力，優(yōu)化系統(tǒng)的防雷水平起到很好的作用。
建筑物在遭受直接雷擊或附近遭受直接雷擊的情況下產(chǎn)生雷擊電磁脈沖，在雷擊中心1.5km～2km的范圍內(nèi)，都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，損害沿線的設(shè)備，在它的作用下，線路和設(shè)備上因過電壓和過電流會(huì)產(chǎn)生電涌，為將雷擊電磁脈沖對(duì)安全防范系統(tǒng)的侵害達(dá)到最低程度，需對(duì)安全防范系統(tǒng)的遭受雷擊的特殊性和普遍性加以探討。
對(duì)以往遭雷擊的系統(tǒng)進(jìn)行分析，遭雷擊的系統(tǒng)多數(shù)是因?yàn)闆]有按照相關(guān)的防雷規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工而造成的，因此學(xué)員應(yīng)掌握有關(guān)防雷的知識(shí)和相關(guān)的規(guī)范，在設(shè)計(jì)、施工時(shí)嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)格按照相關(guān)的防雷規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)。
二、基本知識(shí)
1、術(shù)語和定義及解釋
1）直擊雷——閃擊直接擊在建筑物、其他物體、大地或防雷裝置上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力者。
在安全防范系統(tǒng)中雷電直接侵入室外的攝像機(jī)、報(bào)警探測(cè)器上造成設(shè)備損壞；雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷等，這些現(xiàn)象都可能是因?yàn)橹睋衾姿斐傻钠茐摹?br /> 2）雷電感應(yīng)——閃電放電時(shí)，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花。
在安全防范系統(tǒng)中當(dāng)避雷針遭雷擊時(shí)，在引下線周圍會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬變電磁場(chǎng)。處在電磁場(chǎng)中的監(jiān)控設(shè)備和傳輸線路會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)，這現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。當(dāng)有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的電荷，這種感應(yīng)電荷在低壓架空線路上可達(dá)100KV，信號(hào)線路上可達(dá)40～60KV，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)稱為感應(yīng)雷，又叫二次雷。它對(duì)設(shè)備的損害沒有直擊雷嚴(yán)重，但它發(fā)生的幾率卻要比直擊雷大得多；安全防范系統(tǒng)電源線、信號(hào)線、控制線的傳輸或進(jìn)入監(jiān)控中心的金屬管線遭到雷擊或被雷電感應(yīng)時(shí)，雷電波沿著這些金屬導(dǎo)線侵入設(shè)備，形成巨大的電位差使設(shè)備損壞；
3）雷電浪涌——與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射，所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)能夠耦合到電氣(電子)系統(tǒng)中而產(chǎn)生破壞性的沖擊電流或電壓。
安全防范系統(tǒng)設(shè)備的防浪涌保護(hù)：對(duì)于安全防范系統(tǒng)，必須在各進(jìn)出線纜安裝、過壓保護(hù)器，一旦線纜上感應(yīng)過電壓。由于過壓保護(hù)器的作用，系統(tǒng)的各端口電壓大致達(dá)到相等水平（即等電位），從而保護(hù)系統(tǒng)免遭損壞。
4）雷電活動(dòng)區(qū)分類：根據(jù)年平均雷暴日的多少，雷電的活動(dòng)區(qū)宜分為：少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)。
少雷區(qū)：年平均雷暴日在20天以下的地區(qū)；
多雷區(qū)：年平均雷暴日大于20天，不超過40天的地區(qū)；
高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過60天的地區(qū)；
強(qiáng)雷區(qū)：年平均雷暴日超過60天的地區(qū)。
5）防雷區(qū)的劃分(見圖2.1.1所示)：
LPZ0A區(qū):本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導(dǎo)走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度沒有衰減。
LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對(duì)應(yīng)的雷電流直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度并沒有衰減。
LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比LPZ0n區(qū)更小；本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度可能衰減，這取決于屏蔽措施。
LPZn+1后續(xù)防雷區(qū)：當(dāng)需要進(jìn)一步減小流入的電流和電磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)增設(shè)后續(xù)防雷區(qū)，并按照需要保護(hù)的對(duì)象所要求的環(huán)境區(qū)選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。
注：n=1、2、……。
1）直擊雷——閃擊直接擊在建筑物、其他物體、大地或防雷裝置上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力者。
在安全防范系統(tǒng)中雷電直接侵入室外的攝像機(jī)、報(bào)警探測(cè)器上造成設(shè)備損壞；雷電直接擊在架空線纜上造成線纜熔斷等，這些現(xiàn)象都可能是因?yàn)橹睋衾姿斐傻钠茐摹?br /> 2）雷電感應(yīng)——閃電放電時(shí)，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花。
在安全防范系統(tǒng)中當(dāng)避雷針遭雷擊時(shí)，在引下線周圍會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬變電磁場(chǎng)。處在電磁場(chǎng)中的監(jiān)控設(shè)備和傳輸線路會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)，這現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。當(dāng)有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，在雷云下面的建筑物和傳輸線路上都會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的電荷，這種感應(yīng)電荷在低壓架空線路上可達(dá)100KV，信號(hào)線路上可達(dá)40～60KV，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)稱為感應(yīng)雷，又叫二次雷。它對(duì)設(shè)備的損害沒有直擊雷嚴(yán)重，但它發(fā)生的幾率卻要比直擊雷大得多；安全防范系統(tǒng)電源線、信號(hào)線、控制線的傳輸或進(jìn)入監(jiān)控中心的金屬管線遭到雷擊或被雷電感應(yīng)時(shí)，雷電波沿著這些金屬導(dǎo)線侵入設(shè)備，形成巨大的電位差使設(shè)備損壞；
3）雷電浪涌——與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射，所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)能夠耦合到電氣(電子)系統(tǒng)中而產(chǎn)生破壞性的沖擊電流或電壓。
安全防范系統(tǒng)設(shè)備的防浪涌保護(hù)：對(duì)于安全防范系統(tǒng)，必須在各進(jìn)出線纜安裝、過壓保護(hù)器，一旦線纜上感應(yīng)過電壓。由于過壓保護(hù)器的作用，系統(tǒng)的各端口電壓大致達(dá)到相等水平（即等電位），從而保護(hù)系統(tǒng)免遭損壞。
4）雷電活動(dòng)區(qū)分類：根據(jù)年平均雷暴日的多少，雷電的活動(dòng)區(qū)宜分為：少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)。
少雷區(qū)：年平均雷暴日在20天以下的地區(qū)；
多雷區(qū)：年平均雷暴日大于20天，不超過40天的地區(qū)；
高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過60天的地區(qū)；
強(qiáng)雷區(qū)：年平均雷暴日超過60天的地區(qū)。
5）防雷區(qū)的劃分(見圖2.1.1所示)：
LPZ0A區(qū):本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導(dǎo)走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度沒有衰減。
LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對(duì)應(yīng)的雷電流直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度并沒有衰減。
LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比LPZ0n區(qū)更小；本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度可能衰減，這取決于屏蔽措施。
LPZn+1后續(xù)防雷區(qū)：當(dāng)需要進(jìn)一步減小流入的電流和電磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)增設(shè)后續(xù)防雷區(qū)，并按照需要保護(hù)的對(duì)象所要求的環(huán)境區(qū)選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。
注：n=1、2、……。
圖2.1.1建筑物雷電防護(hù)區(qū)（LPZ）的劃分
6）建筑物的防雷分類：GB 50057《建筑物防雷規(guī)范》根據(jù)建筑的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性后果將建筑物分為三類，詳見GB 50057第二章。
GB 50057第五章對(duì)接閃器的選擇和布置中采用滾球法來確定接閃器的保護(hù)范圍，滾球法是以hr為半徑的一個(gè)球體，沿著需要防直擊雷的部位滾動(dòng)，當(dāng)球體只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)，則該部分得到接閃器的保護(hù)。
規(guī)范設(shè)定：第一類建筑物的滾雷半徑hr為30m；第二類建筑物的滾雷半徑hr為45m；第三類建筑物的滾雷半徑hr為60m。
7）建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)的選擇
根據(jù)GB 50343規(guī)范的雷電防護(hù)等級(jí)進(jìn)行分類，分為A、B、C、D四級(jí)：
Ø A級(jí)：大型計(jì)算中心、大型通訊樞紐、國(guó)家金融中心、銀行、機(jī)場(chǎng)、大型港口、火車樞紐站；國(guó)家級(jí)文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。
Ø B級(jí)：中型計(jì)算中心、中型通訊樞紐、移動(dòng)通訊基站、大型體育場(chǎng)（館）監(jiān)控系統(tǒng)、證券中心；省級(jí)文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)、雷達(dá)站、微波站、高速公路監(jiān)控收費(fèi)系統(tǒng)；中型電子醫(yī)療設(shè)備；四星級(jí)賓館。
Ø C級(jí)：小型通訊樞紐、大中型有線電視系統(tǒng)、三星級(jí)以下賓館。
Ø D級(jí)：除上述A、B、C級(jí)以外一般用途的電子信息系統(tǒng)設(shè)備。
8）外部防雷裝置：由接閃器、引下線和接地裝置組成，主要用以防直擊雷的防護(hù)裝置。
安裝接閃器主要的目的是為了保護(hù)建筑物免遭雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故，還能避免建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備免遭損壞。
必須安裝在直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）的前端設(shè)備，應(yīng)采取防直擊雷的防護(hù)措施。在攝像機(jī)桿上設(shè)置避雷針。
9）內(nèi)部防雷裝置：由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、浪涌保護(hù)器等組成，主要用于減小和防止雷電流在需防護(hù)的空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。
內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其形式的過電壓侵入設(shè)備中造成毀壞，是外部防雷系統(tǒng)無法保障的，為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部防雷，需要在進(jìn)出各保護(hù)區(qū)的電纜，金屬管道等連接避雷裝置及過電壓保護(hù)器，并實(shí)行等電位接地。
10）等電位連接：設(shè)備和裝置外露可導(dǎo)電部分的電位基本相等的電氣連接。
為了消除雷電引起的毀壞性電位差，需要實(shí)行等電位接地，電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要進(jìn)行等電位連接，各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處，同樣要依此進(jìn)行局部等電位連接，各個(gè)局部等電位連接體互相連接，最后與主等電位連接體連接。
11）等電位連接帶：將金屬裝置、外來導(dǎo)電物、電力線路、通信線路及其他電纜連于其上以能與防雷裝置做等電位連接的金屬帶。
12）等電位連接網(wǎng)絡(luò)：由一個(gè)系統(tǒng)的諸外露導(dǎo)電部分做等電位連接的導(dǎo)體所組成的網(wǎng)絡(luò)。
13）共用接地系統(tǒng)：將各部分防雷裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護(hù)線(PE)、等電位連接帶、設(shè)備保護(hù)地、屏蔽體接地、防靜電接地及接地裝置等連接在一起的接地系統(tǒng)。
14）自然接地體：具有兼作接地功能的但不是為此目的而專門設(shè)置的與大地有良好接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土中的鋼筋、埋地金屬管道和設(shè)施的統(tǒng)稱。
GB 50057第五章對(duì)接閃器的選擇和布置中采用滾球法來確定接閃器的保護(hù)范圍，滾球法是以hr為半徑的一個(gè)球體，沿著需要防直擊雷的部位滾動(dòng)，當(dāng)球體只觸及接閃器（包括被利用作為接閃器的金屬物），或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)，則該部分得到接閃器的保護(hù)。
規(guī)范設(shè)定：第一類建筑物的滾雷半徑hr為30m；第二類建筑物的滾雷半徑hr為45m；第三類建筑物的滾雷半徑hr為60m。
7）建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)的選擇
根據(jù)GB 50343規(guī)范的雷電防護(hù)等級(jí)進(jìn)行分類，分為A、B、C、D四級(jí)：
Ø A級(jí)：大型計(jì)算中心、大型通訊樞紐、國(guó)家金融中心、銀行、機(jī)場(chǎng)、大型港口、火車樞紐站；國(guó)家級(jí)文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。
Ø B級(jí)：中型計(jì)算中心、中型通訊樞紐、移動(dòng)通訊基站、大型體育場(chǎng)（館）監(jiān)控系統(tǒng)、證券中心；省級(jí)文物、檔案庫的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)、雷達(dá)站、微波站、高速公路監(jiān)控收費(fèi)系統(tǒng)；中型電子醫(yī)療設(shè)備；四星級(jí)賓館。
Ø C級(jí)：小型通訊樞紐、大中型有線電視系統(tǒng)、三星級(jí)以下賓館。
Ø D級(jí)：除上述A、B、C級(jí)以外一般用途的電子信息系統(tǒng)設(shè)備。
8）外部防雷裝置：由接閃器、引下線和接地裝置組成，主要用以防直擊雷的防護(hù)裝置。
安裝接閃器主要的目的是為了保護(hù)建筑物免遭雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故，還能避免建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備免遭損壞。
必須安裝在直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）的前端設(shè)備，應(yīng)采取防直擊雷的防護(hù)措施。在攝像機(jī)桿上設(shè)置避雷針。
9）內(nèi)部防雷裝置：由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、浪涌保護(hù)器等組成，主要用于減小和防止雷電流在需防護(hù)的空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。
內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其形式的過電壓侵入設(shè)備中造成毀壞，是外部防雷系統(tǒng)無法保障的，為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部防雷，需要在進(jìn)出各保護(hù)區(qū)的電纜，金屬管道等連接避雷裝置及過電壓保護(hù)器，并實(shí)行等電位接地。
10）等電位連接：設(shè)備和裝置外露可導(dǎo)電部分的電位基本相等的電氣連接。
為了消除雷電引起的毀壞性電位差，需要實(shí)行等電位接地，電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要進(jìn)行等電位連接，各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處，同樣要依此進(jìn)行局部等電位連接，各個(gè)局部等電位連接體互相連接，最后與主等電位連接體連接。
11）等電位連接帶：將金屬裝置、外來導(dǎo)電物、電力線路、通信線路及其他電纜連于其上以能與防雷裝置做等電位連接的金屬帶。
12）等電位連接網(wǎng)絡(luò)：由一個(gè)系統(tǒng)的諸外露導(dǎo)電部分做等電位連接的導(dǎo)體所組成的網(wǎng)絡(luò)。
13）共用接地系統(tǒng)：將各部分防雷裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護(hù)線(PE)、等電位連接帶、設(shè)備保護(hù)地、屏蔽體接地、防靜電接地及接地裝置等連接在一起的接地系統(tǒng)。
14）自然接地體：具有兼作接地功能的但不是為此目的而專門設(shè)置的與大地有良好接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土中的鋼筋、埋地金屬管道和設(shè)施的統(tǒng)稱。
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