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作者：伏名 文章來源： 網站 |
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一、引言 雷電是一門古老而有神秘色彩的科學，自從有人類歷史以來，各個時期都記錄著人們和雷電鬥爭的歷史。自從佛蘭克林（Benjamin Franklin，1706—1790）研究大氣物理建立雷電理論併發明瞭避雷針以來，人類同雷電的鬥爭進入了新的領域。佛蘭克林以後，現代工業化開始發展，尤其是在俄國工程師多勃羅奧裏斯基（1862—1919）發明了三相感應電機和變壓器實現電能遠距離傳輸；美國發明家貝爾（1847—1922）發明了電話以後，人類很快進入了電氣化時代。這個時候雷電的危害從過去的以直擊雷擊毀地上的人和物為主發展成為以通過導線傳播的雷電波為主。經過長期的研究，人們建立起了感應雷和高電壓反擊的理論，弄清了高電壓雷電波在金屬導線上的傳播規律，並于1890年發明了帶串聯間隙和熔斷器的避雷器。 1922年美國西屋電氣公司研製成功了炭化矽避雷器，1972年日本日立公司研製成功了配電用無間隙避雷器，防雷科學得到了大的發展，高電壓雷電保護技術基本成熟。事物總是這樣：一種矛盾得到解決，另一種隱含在原來矛盾內部的不被重視的矛盾回躍升成為主要矛盾。20世紀70年代以後，隨著世界半導體集成技術的不斷發展和完善，新的矛盾產生了。由於半導體積體電路十分脆弱無法耐受過電壓和過電流的衝擊，使得智慧化弱電設備的雷擊災害顯著增加。 電子電腦網路系統、有線傳輸通信系統、微波傳輸通信系統、工業自動化控制系統等等與人類生活關系密切的行業受到了嚴重的雷害威脅。弱電的雷電保護成為雷電防護行業新的研究領域。工業化和科技的進步使得各種高層建築和特殊用途建築如雨後春筍般的拔地而起，這也為雷電防護提出了大量新的問題。“靜電抵抗”、“電磁干擾”、“熱島效應”等等的問題都有待進一步區研究和解決。 近十多年來圍繞這些問題人們進行了不懈的努力，提出了許多新的防雷理論，研製出一大批新的防雷器件、設備和材料，開發出許多全新的雷電防護技術，但這些理論、技術和設備並為得到很好的推廣。因此，增強防雷意識成為全社會關注的問題。 二、雷電的基本理論 雷電是一種極具破壞力的自然現象，其電壓可高達數百萬伏，瞬間電流更可高達數十萬安培。千百年來，雷電所造成的破壞可謂不計其數。落雷後在雷擊中心1.5-2Km範圍內都可能產生危險過電壓損害線路上的設備。雷電災害如同暴雨、颶風一樣都屬於氣象（自然）災害，它與水、旱、刑事犯罪、交通事故統稱為影響社會安全和經濟發展的六大災害。雷電產生於雷暴，而雷暴往往伴隨強對流天氣而形成，是由大氣環流和當地氣象因素決定的。雷暴是積雨雲中雲與雲之間或雲與地之間產生的放電現象，並伴有火花放電，強大電流通過時，又使空氣迅速膨脹產生巨大的響聲，即雷電。閃電有枝狀、片狀、帶狀、球狀，其中枝狀最為常見。雷暴的能量是由太陽輻射能轉化的大氣不穩定能所供給的。 每年進入春季，太陽輻射增強，大氣中的不穩定能增加，因雷暴始發於春季，盛夏，太陽輻射強烈，大氣不穩定能儲存多，雷暴頻繁。秋冬以後，太陽輻射減弱，因而雷暴逐漸減少。但由於全球氣候變化和大氣污染等原因，現在冬季也經常出現雷擊現象。據悉，每個閃電的強度可以高達10億伏，一個中等強度雷暴的功率約有10萬千伏，相當於一座小型核電站的輸出功率。一般而言，雷電災害具有突發性、多樣性、複雜性、破壞性和選擇性等特點。隨著現代化高新技術產業基礎——電子技術的迅速發展和廣泛運用，雷電災害跟蹤而至，還呈現出新的特點：受災面大大擴展，特別容易侵入與高新技術最密切的領域，損失和危害程度大大增加。 近年來，隨著大量的資料設備和精密儀器應用的範圍日益廣泛，雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。由於通訊電腦網路精密設備內部結構的高度集中化，使設備耐受過電壓、過電流的能力下降，更易遭受雷電破壞。輕者可造成電腦終端和通信設備的介面損壞，使通信中斷，大量資訊丟失或無法傳輸；重者使網路主機損壞，導致網路癱瘓，工作無法進行。電腦網路系統易遭受雷擊損壞的設備有：MODEM（數據機）、ROUTER（路由器）SWITCH（交換機）、HUB、網卡、通信卡、UPS、電腦電源及主板。在雷電災害防禦方面，縱觀人類防雷歷史，已有兩個多世紀，從建築物防雷發展到供電防雷、電氣和電子設備防雷，現在已進入第四個階段即現代微電子設備防雷。防雷技術和產品，也隨著現代高新技術發展得到顯著發展，除傳統的避雷針引雷攔截技術外，已擁有消散削減、遮罩隔離、抑制分流、疏導均衡等電位、優化接地泄放和雷電控測定位預警等技術，並相應研製出多種高科技的隔離裝置、電子避雷器、高效防腐降阻劑等設備、器件和產品，出現了火箭與鐳射等人工影響雷電的裝置和雷電探測預警系統設備，這都為有效防禦治理雷電災害奠定了技術和物質基礎。 1、雷擊侵入設備的途徑雷擊的途徑主要有兩種形式： A. 直接雷擊：雷雲之間或雷雲對地面某一點的迅猛放電現象稱之為直接雷擊。直接雷擊的主要破壞對象是：建築物、野外工作台、森林、架空配電線路、人畜等。 B. 感應雷擊：雷雲放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應等現象稱之為感應雷擊。裝有避雷針的建築物，可以避免雷擊損壞建築物，但是雷擊通過避雷針的地線從建築物頂端瀉放入大地或者附近發生雷擊的時候，會產生很強的電場，建築物內的所有金屬物品均會產生感應電壓，這些感應電壓的高低隨著金屬形狀、距地線的距離和雷擊大小而變（根據IEC1312標準，當雷擊擊中建築物時，即使裝有避雷針，大約50%的雷擊能量仍會分配到電源系統）一旦您的電源輸入線、電話線、網路線或其他電子設備的金屬引出、引入線感應到瞬間高壓，避雷針就無能為力了。感應雷擊破壞的主要物件是電子電氣設備。 C．地電位反擊：建築物的外部防雷系統（如避雷針、避雷網等）遭受直接雷擊，在接地電阻的兩端就會產生危險的過電壓，由設備的接地線引入設備，造成設備的損壞。 D．外部避雷和內部避雷：避雷針（或避雷針、避雷網）、引下線和接地系統構成外部防雷系統，主要是為了保護建築物免受雷擊引起火災事故及人身安全事故；而內部防雷系統則是防止雷電和其他形式的過電壓侵入設備中造成損壞，這是外部防雷系統無法保證的，為了實現內部避雷，需要進出各保護區的電纜、金屬管道等都要連接避雷及過電壓保護器。 2、雷擊防護的基本原理所謂雷擊防護就是通過合理、有效的手段將雷電流的能量盡可能的引入到大地，是疏導，而不是堵雷或消雷。一個完整的防雷系統包括兩個方面：直接雷擊的防護和感應雷擊的防護。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潛在危險的。直接雷擊的防護原理：用導體將雷雲中的電荷導入大地。簡單地說是人為地給雷雲創造一條放電通路，不讓雷雲中的電荷流過需要保護的物體。直接雷擊的防護系統包括接閃器、引下線、地網三大部分。 三、建築物防雷 獨立避雷針和架空避雷線（網）的支柱及其接地裝置至被保護建築物及與其有聯繫的管道等金屬物之間的距離不得小於3M。 架空避雷線至屋面和各種突出屋面的風帽、放散管等物體之間的距離不應小於3M。 獨立避雷針，架空避雷線或架空避雷網應有獨立的接地裝置，每一引下線的衝擊接地電阻不宜大於10Ω。 防感應雷的措施： 1、建築物內的設備、管道、構架、電纜金屬外皮等較大的金屬物和突出屋面的金屬物，均應接到防雷電感的接地裝置上。金屬屋面周邊每隔18—24M採用引下線接地一次。現場澆制的或由預製構件組成的鋼筋混凝土屋面，其鋼筋宜綁紮或焊接成閉合回路，並應每隔18—24M採用引下線接地一次。 2、平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其淨距小於100mm時應採用金屬跨接，跨接點的間距不應大於30M，交叉淨距小於100M時，其交叉處變應跨接。當長金屬的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大於0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接。對有不少於5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環境下，可不跨接。 3、防雷電感應的接地裝置應和電氣設備接地裝置共用，其工頻接地電阻不宜大於10Ω。屋內接地幹線與防雷電感應接地裝置的連接，不應少於兩處。 C、防雷電波侵入的措施： 1、低壓線路宜全線採用金屬鎧裝電纜或一般塑膠外皮電纜穿金屬管直接埋地敷設，在入戶端應將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應的接地裝置上。當全線採用電纜有困難時，可採用鋼筋混凝土杆和鐵橫擔的架空線，並應使用一段金屬鎧裝腔作勢電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入，其埋地長度不應小於15M。在電纜與架空線連接處，尚應裝設避雷器。避雷器、電纜金屬外皮，鋼管和絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其衝擊接地電阻不應大於10Ω。 2、架空金屬管道，在進出建築物外，應與防雷電感應的接地裝置相連。距離建築物100M 內的管道，應每隔25M左右接地一次，其衝擊接地電阻不應大於20Ω，並宜利用金屬支架或鋼筋混凝土支架的焊接、綁紮鋼筋作為引下線，其鋼筋混凝土基礎宜作為接地裝置。埋地或地溝內的金屬管道，在進出建築物處亦應與防雷電感應的接地裝置相連。 D、特殊情況下的處理：當建築物太高或其他原因難以裝設獨立避雷針、架空避雷線、避雷網時，可將避雷針或網格不大於5m×5m或6m×4m的避雷網或由其混合組成的接閃器直接裝在建築物上，避雷網應沿屋角、屋簷等易受雷擊的部位敷設。要求： 1、所有避雷針應採用避雷帶互相連接。 2、引下線不應小於兩根，並應沿建築物四周均勻或對稱佈置，其間距不應大於12米。 3、築物應裝設均壓環，環間垂直距離不應大於12M，所有引下線、建築物的金屬結構和金屬設備均應連到環上。均壓環或利用電氣設備的接地幹線環路。 4、防直擊雷的接地裝置應圍繞建築物敷設成環形接地體，每根引下線的衝擊接地電阻不應大於10Ω，並應和電氣設備接地裝置及所有進入建築物的金屬管道相連，此接地裝置或兼作防雷電感應之用。 5、建築物高於30M時，尚應採取以下防側擊的措施：（1）從30M起每隔不大於6M沿建築物四周設水準避雷帶並與引下線相連，以防側擊雷。（2）30M及以上外牆的欄杆、門窗等較大的金屬物與避雷裝置連接，以防側擊雷襲擊。 6、在電源引入的總配電箱處宜裝設避雷器。
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