論文關鍵詞:直擊雷;感應雷;弱電系統(tǒng);防雷措施;球形雷

　　論文摘要：雷電可分為直擊雷、感應雷(包括靜電感應和電磁感應)和球形雷,文章對雷電的三種表現形式進行了分析,重點探討了直擊雷和感應雷對弱電系統(tǒng)的危害以及預防措施。 

　　一、雷電的分類 

　　雷電是雷云層接近大地時,地面感應出相反電荷,當電荷積聚到一定程度,產生云和云之間以及云和大地之間放電,迸發(fā)出光和聲的現象。雷電可分為直擊雷、感應雷(包括靜電感應和電磁感應)和球形雷。 

　　(一)直擊雷 
　　大氣中帶有電荷的雷云對地電壓可高達幾億伏。雷云同地面凸出物之間的電場強度達到空氣的擊穿強度時,產生的放電現象稱為直擊雷。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產生的高電位。大氣放電直接通過地面建構筑物和地面設備,強大的雷電流經過這些物體入地,在瞬間產生很大的機械振動力和高溫高熱使物體遭到破壞。當雷電流通過具有電阻或電感的物體時將產生很大的電壓降和感應電壓,能破壞絕緣,產生火花,引起燃燒、爆炸,使設備部件熔化,在雷電流流過的通道上物體水分受熱汽化而劇烈膨脹,產生強大的沖擊性機械力。該機械力可以達到5000~6000N,因而可使人體組織,建筑物結構、設備部件等斷裂破碎,從而導致人員傷亡、建筑物破壞,以及設備毀壞等。 

　　(二)感應雷 
　　感應雷是指當雷云來臨時地面上的一切物體,尤其是導體,由于靜電感應,都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷,在雷云對地或對另一雷云閃擊放電后,云中的電荷就變成了自由電荷,從而產生出很高的靜電電壓(感應電壓),其過電壓幅值可達到幾萬到幾十萬伏,這種過電壓往往會造成建筑物內的導線,接地不良的金屬物導體和大型的金屬設備放電而引起電火花,從而引起火災、爆炸、危及人身安全或對供電系統(tǒng)造成的危害。另一種情況是,在雷電閃擊時,由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成了一個很強的感應電磁場,對建筑物內的電子設備造成干擾、破壞,又可能使周圍的金屬構件產生感應電流,從而產生大量的熱而引起火災。另外,當架空線遭受直擊雷或產生感應雷,高電位便會沿著導線電源線以及信號侵入變電站或建筑物內,這種雷電波侵入也會對電氣設備造成危害或使建筑物內的金屬設備放電,引起破壞作用。它分為靜電感應雷和電磁感應雷。 

　　1.靜電感應雷:是由于帶電積云接近地面,在架空線路導線或其他導電凸出物頂部感應出大量電荷引起的。它將產生很高的電位。 

　　2.電磁感應雷:是由于雷電放電時,巨大的沖擊雷電流在周圍空間產生迅速變化的強磁場引起的。這種迅速變化的磁場能在鄰近的導體上感應出很高的電動勢。雷電感應引起的電磁能量若不及時泄入地下,可能產生放電火花,引起火災、爆炸或造成觸電事故。 

　　(三)球形雷 
　　球形雷通常認為是一個熾熱的等離子體,溫度極高,并發(fā)生紅色、橙色的球形發(fā)光體,直徑在10～20cm以上。球雷常沿著地面滾動或在空氣中飄動,可從煙囪、門窗或其他縫隙進入建筑物內部,有時也自行消失,或傷害人身和破壞物體。 

　　現在智能建筑主要由建筑自動化系統(tǒng)(BAS)、辦公自動化系統(tǒng)(OAS)、信息通信系統(tǒng)(CAS)三個系統(tǒng)組成,并利用計算機網絡技術、通信技術將此三個系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成。即將智能建筑管理系統(tǒng),以語言、數據、視頻、監(jiān)控等不同信號的配線系統(tǒng)經過統(tǒng)一的規(guī)劃設計,綜合成一套標準的布線系統(tǒng),作為建筑物內部之間的傳輸網絡的綜合布線系統(tǒng)(GCS),又名弱電系統(tǒng),可分為建筑物內綜合布線、建筑物群內部之間的綜合布線。

　　從以上關于智能建筑的有關構成中可以看出,智能建筑線纜密布、系統(tǒng)設備繁多、微電子裝備復雜,且過電壓防護能力薄弱,為保證系統(tǒng)、設備安全正常運行,必須采取專門、特殊的措施加以保護,而防雷、接地則是重要必備和有效的保護措施之一。 

　　直擊雷的防護系統(tǒng)主要是為了保護建筑物免受直接雷擊引起火災事故及人身安全事故,須從接閃裝置、引下線、接地裝置等三個方面綜合考慮。 

　　接閃裝置就是我們常說的避雷針、避雷帶、避雷線或避雷網,接閃就是讓在一定程度范圍內出現的閃電放電不能任意地選擇放電通道,而只能按照人們事先設計的防雷系統(tǒng)的規(guī)定通道,將雷電能量泄放到大地中去。 

　　接地裝置就是讓已經引入防雷系統(tǒng)的閃電電流順利地流入大地,而不能讓雷電能量集中在防雷系統(tǒng)的某處對被保護物體產生破壞作用,良好的接地才能有效地泄放雷電能量,降低引下線上的電壓,避免發(fā)生反擊。 

　　引下線就是把接閃裝置和接地裝置連接起來。 

　　對于直擊雷重要的一點就是做到均壓,接閃裝置在接閃雷電時,引下線立即產生高電位,會對防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導體產生旁側閃絡,并使其電位升高,進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險,最簡單的辦法是采用均壓環(huán),將處于地電位的導體等電位連接起來,一直到接地裝置。室內的金屬設施、電氣裝置和電子設備,如果其與防雷系統(tǒng)的導體,特別是接閃裝置的距離達不到規(guī)定的安全要求時,則應該用較粗的導線把它們與防雷系統(tǒng)進行等電位連接。這樣在閃電電流通過時,室內的所有設施立即形成一個“等電位島”,保證導電部件之間不產生有害的電位差,不發(fā)生旁側閃絡放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產生的反擊。 

　　以弱電系統(tǒng)的防雷而言,除雷電直擊外,最具有破壞作用的是二次效應,也就是靜電感應雷和電磁感應雷,由于雷電具有高電位、大沖擊電流、瞬時性的特點,強大的閃電產生靜電場、交變電磁場和電磁輻射,以雷電波侵入、地電位反擊等形成雷電電磁脈沖LEMP,產生強大的變電磁場、使周圍的金屬產生感應電勢和感應電流。 

　　隨著微電子設備的廣泛應用,雷電浪涌是引起人們極大重視的一種雷電危害,同時其防護方式也不斷完善。最常見的電子設備危害不是由于直接雷擊引起的,而是由于雷擊發(fā)生時在電源和通訊線路中感應的電流浪涌引起的。一方面由于電子設備內部結構高度集成化,從而造成設備耐壓、耐過電流的水平下降,對雷電(包括感應雷及操作過電壓浪涌)的承受能力下降,另一方面由于信號來源路徑增多,系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。雷電浪涌對弱電設備的危害主要分為電源浪涌和信號系統(tǒng)浪涌兩方面。電源浪涌屬于強電的范疇,不在本文討論之中。 

　　信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應雷擊、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾。金屬物體(如傳輸線)受到這些干擾信號的影響,會使傳輸中的數據產生誤碼,影響傳輸的準確性和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網絡的傳輸狀況。 

　　屏蔽防雷措施的目的是阻擋空間電磁波感應、過電壓以及磁場能量侵入被保護的通信設備,起到抑制、消除電磁場的干擾和危害。建筑通信機房時,房屋的六面應敷設金屬屏蔽網;進出機房的電力線、信號線如無屏蔽層,從室外引入前必須穿管埋地;架空音頻電纜的牽引鋼絲兩端應進行接地,最大限度衰減從各種導線上引入雷電高電壓,以減少雷電電磁干擾。 

　　隔離措施:由弱電自動化裝置構成的控制系統(tǒng)中必須解決好接口信號的隔離,抑制傳輸過程中產生的各種干擾,才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。電源部分可以安裝交流電源隔離變壓器;對于數字輸入信號,大部分都利用光電隔離器或者串接各種信號防雷設備,也有一些使用脈沖變壓器隔離和運算放大器隔離;對于數字輸出信號也是主要采用光電隔離器或者串接各種信號防雷設備。對于模擬量輸入信號,可采用安裝音視頻隔離變壓器、光隔離器等進行隔離。對于計算機網絡接口,可以采用專用的網絡防雷器,距離較遠時可采用光纖進行傳輸。 

　　二、結語 

　　弱電設備的防雷問題是一個綜合性的工作,隨著對雷電認識的深入,越來越多的人利用科學知識來減少雷電對弱電設備的損壞,防患勝于救災,多一道防護就多一層安全。 

　　參考文獻 

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　　建筑物防雷設計規(guī)范(GB50057-94)[S].2000.