弱电工程防雷知识

一、常规防雷电

  常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成,即接闪器、引下线和接地体;接闪器又分为避雷针、避@ 4 { Z I ]雷线、避, 8 | n E K雷带、避雷网。防感应雷电的避雷装置主要是避雷器。对同一保护对象同时采用多种避雷装置,称为综合性防雷电。避雷装置要定期进行检测,防止因导线的导电性差或接地不良起不到保护作用。 

1、避4 f } ~ - 8 f J雷针防雷电 

  以避雷针作为接闪器的M 2 Q -防雷电。避雷针通过导线接入地下,与地面形成等# U a电位差,利用自身的高度,使电场强度a I \ a m -增加到极限值的雷电云电场发生畸变,开始电离并下行先导放电;避雷针在强电场作用下产生尖端放电;形成向上先导放电;两者会合形成雷电通路,随之泻入大地,达到避雷效果。 

  实际上,r j o避雷装置是引雷针,可将周围的雷电引来并提前放电,将雷电电流通过自身的接地导体传向地面,避免保护对象直接遭雷击。 

  安装的避雷针和导线通体要有良好的导电性,接地网一定要保证尽量小的阻抗值。 

2、避雷线防e p H雷电 

  是通过防护对p p x象的制高点向另外制高点或地面接引金属线的防雷电。根据防护对象的不同避雷线分为单根避雷线、双根避雷线或多根避雷线。可根据防护对象的形状和体积具体确定采用不同截面积的避雷线。避雷线一般采用截面积不b e _ 5 C 5 :小于35平方毫米的镀锌钢绞线。它的防护作用等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针。&n* ? y ~ c =bsp;

3、避雷带防雷电 c 7 P X;

  是指在屋顶四周的女儿墙或屋脊、屋檐上安装金属带做接闪器的防雷电y ~ ` 9 h I B 3。避雷O 3 C p l 6 F ,带的防护原理与避雷线一样,由于它的接闪面积大,接闪设备附近空间电场强度相对比较强,更容易吸引雷电先导,使附近尤其比它低的物体受雷p P 5 t` 1 L s & !的几率大大减少。避雷带的材料一般选用直径不小于8毫米的圆钢,或截面积不小于48平方毫米、厚度不少于4毫米的扁钢。 

4、避雷网防雷电 

  避雷网分明网和暗网。明网防雷电是将金属线制成的网,架在建(构)筑物顶部空间,用截面积足够大的金属物与大地连接的防雷电。暗网是利用建(构* t Q 2 a Q ? I)筑物钢筋混凝土_ w X & p ? d结构中的钢筋网进行雷电防护。只要每层楼的楼板内的钢筋与梁、柱、墙内的钢筋有可靠的电气连接,并与层台和地桩有良好的电气连接,形成可靠的暗网,则这种方法要比其他防护设施更为有效。无论是明网还是暗网,网4 q R \ V l d L格越密,防雷的可靠性越好。&+ ^ r O 1 Vnbsp;

5、避雷器防雷电 

  避雷器,又称做电涌保护器。避雷器防雷电是把因雷电感应而窜入电力线、信号传输线的高电压限制在一定范围内,保证用电设备不被击穿。常用的避雷器种类繁多,可分为三大类,有放电间歇型、阀型和传输线分流型。 

  设备遭雷击受损通常有四种情况,一是直接遭受雷击而损坏;二R ~ l { d X 5是雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入使设备受损;三是设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏;四是设备安装的方法或安装位置不当,受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。加装避雷器可把电器设备两端实际承受的电压限制在安全电压内,起到保护设备的作用。 

6、综合性防雷a N J @ d ( J t C电 

  是相对于局部防雷电和单一措施防3 ~ c D v雷电的一种综合性防雷电。设计时除针对被保护对象的具体情况外,还要了解其周围的天气环境条件和防护区域的雷电活动规律,确定直击雷和感应雷的% G y } F h O 1防护等级和主要技术参数x 8 8 b C [。采取综合性防雷电措施。程控交换机、计算机设备安放在窗户附近,或将其场所; = l ` F G 1安置在建筑物的顶层都不利于防雷。将计算机房放在高层建筑物顶四层,或者设备所在高度高于楼顶避雷带,这些作法都非常容易遭受雷电袭击。 

二、非常规防雷电

目前,除前面| M 3 t 5 . &介绍的常规防雷装置外,也有采用激光束引雷、火箭引雷、水柱引雷, C J d ( G 1、放射性避雷针、排雷器等防雷装置进行雷电防护,2 8 9 k 7 / @这些防雷装置` F ( N V R E A S称为非常规防雷装置。大多数非常规防雷装置还处于研究实验阶段,对新的更为有效的避雷技术的探索仍在继续。 

防雷接地问答 % l z b @

(一C q / ) y O F)问题

1.明敷防雷引下线近地端为什么要加以保护?

2.防雷引下线设置断= v p A V V接卡子的目的是什么?

3.利用建筑物钢筋混凝土中的结构钢筋作防雷网时,为什么要将电气部分的接地和防密接地连成一体,即采取共同接地方式?

4.周围无高层建筑\ z C,低压架空线引人建筑物时,为什么要将进户杆的瓷瓶铁校担按地?

5.装有避自带的屋顶上,安装风机等电气设备后,如何进行防密措施?

6.装有避自带的水塔顶上有一只航空灯,该航空灯的电源线敷设时要注意什么问题?

7.多层建筑的防雷装置如何施工?&nN U I @bsp;

(二)答案 

1.明敷防雷引下线近地端为什么要加以保护? 

明敷防\ c g 6 % j ) , A雷引下线地上 1.7m 至地下 0.3m 的一段加保护措施的目的有两个:(1)i 4 } t \ w t在易受机械损坏的地方,加保护管后可防止防雷引下线受机械外力而损坏;(2)在人们能接近的地方.加绝缘保护(套硬塑料管或包缠绝缘材料),一旦雷击时,可减小接触电压。 

在工矿企业,防雷引下线设在人们不易接近的地方。为防止防雷引下线受到机械外力,可用角钢或钢管加以保护.如图1 所示。当用钢管保护时,钢管两端,应把钢管管口和防雷引下线焊成一体,如不焊接,则雷击时,钢管# M X 9 u A X感应电抗大,不利把雷引到地下;W v u u U g N钢管的上口应封口D # F , {.防止管内积水。 

在住宅区,防雷引下线应用硬塑料管保护,塑料管的上口亦应封口。保护管或保护角钢应用铁卡子固定在墙上.铁卡子离1 v \ Q c j地面或离保护管上口的距离为300mm,铁卡子一般用 25mm×4mm 锌扁钢加工。 

2.防雷引下线设置断接卡子的目的是什么? / e q

GB5O1~ : n \ * g P J69-92# [ c , M Y c b s《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》第2.5.1条第三款明文规定:建筑物上的防雷设施采用多根引下线时.宜在各引下_ 5 p Z线距地面的 1.5~1.8m 处设置断接卡。 

设置断接卡的目的是M I V便于测量引下线的接地电阻,供检查用。规范指出:设置断V 4 ^ * - K # % -接卡是对有多根引下线的场合。当建筑物(例烟囱)只有一组接地极时,不应该设置断接卡;当建筑物(f D 0 1 c d Y [例厂房)有两组及以上的引下线,每根引下线下$ ! c有一组接地极时,设置断接卡可分别测量每组接地极的接地电阻。Z } \ @ Z U E 4 ? 

规范未强调“必须”n t m r 4,而用“宜”在各引下线距地面的 1.5~1.8m 处设置断接卡,这里&lD 9 2 e L L ;dquo;宜&w j c v @ ]rdquo;有双重含义: 

(1)并非有多根引下线时,都必须设置断接卡。例如,利用建筑物柱头内主钢筋作为防雷引下线,并利用混凝土桩内钢筋作为接地极时,不应该设置断接卡。为了测量接地极电阻,在混凝土桩打入地^ r 8 S )下后,测量每根桩的接地电阻,然后把所有桩用圆钢(直径最小为 10mm,通常用 16mm)或扁钢(最小截面为 25mm×4mm,通常用40mm×4mm)连成一体,再测量总接地电阻。为了在建筑物投入使用后,检查接地电阻,可在建筑物近N . z O # \ ` 2地端引出检测点,即从引下线主钢筋上焊出接地线至检测点,此检测点可为钢板并外露。 

(2)断接卡并非一定要设置在 1.5~1.8m 处。一般在公共场合,如住宅区,防雷引下线明敷时,应把断接卡设置在 1.5~1.8m] D N ? 处;暗敷时,为不影响建筑p \ : y物的外观,断接卡可设在近地端的墙内(一般E J T n {为距地 300~400mm)。当防雷引下线既未设置断接卡、又未设置e & { 5检测点时,若检查接地电阻,可用导线把建筑物顶上的避雷带或避雷针引至地面进行测量,测量结果需减去导线的电阻。

3.利用建筑物钢筋混凝土中的结构钢筋作防雷网时,为什么要将Z L t p 3 B h +电气部分的接地和防雷接地连成一体.即采取共同S X . C ^按地方式? 

当防雷装置受到雷击时,在接闪器、引下线和接地极上都会产生很高的电位。如果^ v H m ( x建筑0 4 X z物内的电气设备、电G 1 P h N ` N线和其它金属管线与防雷装置的距离不够时t 1 ^ ] e ( E n 2,它们之间就会产生放电。这种现象称之为反击+ = 0,其结果可能引起电气设备绝缘破坏,金属管道烧穿,从而引起火灾、爆炸及电击等事故。

为了防止发生反击,建筑物的防雷装置须与建筑物内外的电气设备及其) I k r l 3 | F它接地导体之间保持一定的距离,但在工程中往往存在许多困难而无法做到。当利用钢筋混凝土建筑物的结构钢筋作暗装防雷网和引下线时,更L 5 b t ^ b难做g ^ ] \ L : g k X到。如电气配管就无法与结构钢筋分开到足够的绝缘距离。

当把电气部分的接地和防雷接地连成一体后,就使建筑物内的钢筋间构成一个法拉第笼,在此笼内的电气设备和导体都与笼相连接I : x | T A e w,就不会受到反击。 

4.周围无高层建筑。低压架空线引入建筑物时,为什么要将进户杆的瓷瓶铁横担接地? 

发生雷击时,雷电波往往会沿架空电线进入室内。为了防止雷电波进入室内,将固定瓷瓶的铁横担接地,就使横担与导线之间形成一个放电保护间隙,其放电电压约40kV、s [ F l u J b w当雷电波沿架空电线侵入时,瓷瓶1 l N ` f上发生沿面放电,将雷电波导流入地,大大降低架空电线上的电位,r N 2 Y d N将高电位限制在安全范围以内。为此 SDJ4-79《架空配电线路设计技术规程》第58条作了如下规定;为防止雷电波沿低压配电线路侵人建筑物,接户线上的绝缘子铁脚直接接地,其接地电阻不宜大于 30Ω。公共场所(如剧院和教室& ! S q E , B Z e等)的接户线以及由木杆或` x o S U + ]木横担引下的接户线,绝缘子铁脚应接地。 

5.装有避雷带的屋顶上,安装风机等电气设备后{ { U g o g,如何进行防雷措施? 

建筑物屋顶上装有风机、热泵、航空灯等电气设备时,把设备外壳与避雷带连成一体这是通常的做法,但往往忽视了重要的一点:即这些电气设备的电源线未加防护不能直接与配电装置相连接。 

GB50169-92《电气) ` s )装置安装工程接地装置施工及验收规范》第2.5.3条作了如下规定。装有避雷针和避雷线的构架上的照明灯电源线必须采用直埋于土壤中的带X F h u u L - D金属护层的电缆或穿入金属管的导线、电缆的金属护层或金属管必须接地,埋入土壤中的长度应在 10mS Q W z ] : \ J 以上,方可与配电装置的接地网相连或与电源线、低压配电装置相连接。

 如果与避雷装置连成一体的电气设备的电源线,未加防护直接与低压配电装置相连接.当遭到雷击时,雷击引起的高电位就会通过电源线传到其它低压配电装置上。 

与屋顶避雷装置已连成一体的电气设备的外壳,@ D X * E J x R X如再与屋n g . P内的接地线相连是更严重的错误。因为屋顶遭到雷击时,雷电流就会从避雷带→屋顶电气设备外壳→屋内电气设备外壳,使屋内电气设备Z - 6 q外壳出现高电位,这是极其危险的。因此屋顶电气设备的外壳已与避雷装置连成一体后,不允许再与屋内接地线相连。 

6.装有避雷带的水P j + s 5 & H t塔顶上有一只航空灯,该航空灯的电源线敷设时要注意什么问题? 

装有避雷带的水塔,落雷时h z = d x a ; _# G B雷电流除了沿着5 A Y 2 } D * z a避雷引下线入地外T ] ,,还有可能沿着航空灯的电源线进入室q U ) a Q U s内。因此航空灯的未加防护电源线I Y - 1 = \ 1不能直接进入室内,而应采用带金属护层的电缆或穿入金属( @ 3 8 V ~管的导线,且F i s - fE c 4属护层或金属管必须接A F a C \ * $ H !地,埋入土壤中的长度应在 10m以上,方可再与电源或低压配电装置相连接。 

当航空灯采用光导纤维传送光时,则不必采取上述措施。例如上海东方明珠电视塔N c B A Z Q的航空灯,强光从下面通过不导电只导光的光导纤维传送到高空,向天空发出强光信号,对这种光导纤维就不必采取避雷措施了。 

7.多层建筑的防雷装置如何施Z \ 9 X y d v [ V工?&n) I | 5 + d x jbsp;

沿屋脊、屋檐及屋面两侧的斜边上装避雷带;若屋面为平顶,则沿屋面四周或女儿墙上架设避雷带,避雷带距外g k D墙边的距离宜小于或等于避雷带支起的高度。 

为避兔接闪部分的振动力,可将避雷带支起 10~20cm,支点间距不应大于 1.5m,一般取 1m。若屋顶有水箱,因水箱高出屋顶,因此在水箱顶部四周亦应` S L v p | j I /安装避雷带。采R ` x a j用避雷带防雷时, 8 #,屋面上任何一点距避雷带的距离不应大于 10m。如果屋面宽度超过20m 时,可增加避雷带,用避雷带组成 20m×20m 的网格。 

避雷带一般用 25mm×4mm镀锌扁钢做成,女儿墙上的避雷带也可用T % ~ , ; & R f装饰金属栏杆。避雷带至少有两根引下线和防雷接地极相连,引下线应对称设置。引下线之间距离对于一般建筑不大于 24m。引下线可明装亦可暗装,明装v 1 # L p `一般用 25mm&t0 C p % \ j _imF u e \ A ? U u Mes;4mm 镀锌扁钢,明装引下线与建筑物墙面间隙一f 6 5 D 3 A = +般不小于15mm。明装引下线是在建筑物外墙土建施工完后进行的。当引下线与支架焊接连接时,在引下线与墙之间应衬垫铁皮,避免焊接飞溅沾污墙面。焊接完后再拿走铁皮。暗装引下线则利用柱头主钢筋. w %,这在土建施工时完成。 

接地极通常] - :每组用两根,相距 5m,两者用扁钢相连。接地极可用 50mm×5mm 角钢或 &pha j U y + U v , (i;40mm 钢管(厚3.5mm)长2500mm 制成,埋深不宜小于 0.6m。有多根引下线. ] t ~ T u w时,在引下线距地面 1.5~1.8m 处,宜设置断接卡,断接卡以下的明敷引下线应用绝缘管(如 PVC 塑料管)加以保护

单位怎样进行} y ] W 3 J &雷电灾害防护

  1、 单位o F ,应定期由专业防雷公司检测防雷设施,评估防雷设施是否符合国家规范b X } L ; s 7要求,比如:学校、b y t I Y _ {公司、区级以上医院、四星级以上宾馆、城区内高度在45米以上的高层建筑需两年检测! t * 4 c , v一次。

  2、 单位应设立防范雷电灾害责任人,负责防雷安全工作,建立各项防雷安全工作,建立各项防雷设施的定期检测,雷雨后的检查和日常的维护。如雷雨过后,安装在电话程控交换机、电脑等电器设备电源上和信号线上的过压保护器应检查有无损坏,发现损, [ D n ; 3 u坏时应及时更换。

  3、 建设单位在防雷设施的设计和建设时,应根据地质、土壤、气象、环境、被保护物的特点,雷电活动规律等因素综合考虑,采用安全可靠、技术先进、经济合理) H ! 0 1 \ 7 n的设计施工。

  4、 应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材、避免使用非标准防雷产品和器件。

  5、 新增加建设和新增加安装设备应同时对防U U ,雷系统进行重新设计和建设,如:重新铺设电脑网络线、室外天线的移位和加高等等都应该重新S k # { Y / n设计和建设防雷设施。

  6、 雷灾发生时应及u k ) W m f时处理,采取措施,避免再次4 * `雷击。

雷电保护的整体概念

六点防雷计划

针对雷电的危害,我们认为防雷必须是全面的。\ z f X主要包括以下六方面:

  A 控制雷击点(采用大保护范围的避雷针)

  B 安全引导雷电流入地网

  C 完善的低阻地网

  D 消除地面回路

  E 电源的浪涌冲击防护

  F 信号及数据线的瞬变保护

在科学技术日益发展的今天,虽然人类不? d { \ Q t e . N可能完全控制暴烈的雷电,但是经过长期的摸索与4 l u ~实践,已积累起很多有关防雷的知识和经验,形成一系列对防雷行之有效的方法和技术,这些方法和技术} H I对各行各业进行行之有效地预防雷电灾害具有普遍的5 R u T ] o ! . j指导意义。

1>接闪

接闪就是让在一定范{ l w围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去。地- ! e面通信台站的安全在很大程度上取决于能不能利) 8 P k 3 @ )用有效的接闪装置,把一定保护范围的闪电放电捕获到,纳入预先设计的对地泄放的合理途径之u h J x # X f : M中。避雷针是一种主动式接闪装S } t [ n y \ #置,其英文原名是Lir J Wghtning Conductor,原意是闪电引导器,a u w e O x其功能就是把闪电电流引导入大地。避雷线和避雷带是在避雷1 v 6 } w u _ q针基础上发展起来的。采用避雷针是最首要、最基本的防雷措施。

2A j P \ J&? a K E { : Pgt;均压连接

接闪装置在捕获雷电时,引下线{ 4 , ) S立即升至高电位,会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络,并使其电位升高,进而对人员和设备构成危害。为了减少这种P } G m闪络危险,最简单的办法是采用均压环,将处于地电位的导体等电位连接起来,一直到接地装置。台站内的金属设施、电气装置和电子设备,如果其与防雷系统的导体,特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时,则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这t 6 X s 0 5样在闪电电流通过时,台站内的所有设施立即形成一个“等电位岛&rdquJ 9 Q B B 2 . .o;,保证导电部件之间不产生有害的电位差,不发生旁侧闪络放电w L $ * - ; W -。完善的等电位连接还可以防止闪电电流g \ = \ E I 5 *入地造成的地电位升高所产生的反击。

3>接地

接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地,良好的接地才能有效地降低引下线上的电压,避免发生反击。过去有些规范要求电子设备单独接地,目的是防止电网中杂散电流或暂e E J \态电流干扰设备的正常工作。90年代以前,部队的通信导航装备以电子管器件为主,采用模拟通信方式,模拟通信对干扰特别敏感,为了抗干扰2 Q X L K,所以都采取电源与通信接地分开的办法。现在,防雷工程领域不提倡单独接地。在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地,美国标准IEEEStd1100-19921 6 w u ~更尖锐地指出:不建议采用任何一种所谓分开的、独立% V 7 # = *的、计算机的、电子的或其它这类不] I V # , 8 $ [ v正确的大地接地体作为设备接地导体的一个9 F | Y连接点。接地是防雷系统中最基础的环节。接地不好,所有防雷措施的* a e \ n T q防雷效果都不能发挥出来。防雷接地是地面通信台站安装验收u t | 3规范中最基本的安全要求。

4> 分流

  分流3 l 4 m N ;就是在一切从室外来的导线(包括电力电源线、电话线、信号线、天线的馈线等)与接地线之间并联一种适当的避雷器。当直接雷或感应雷在线路上产生的过电压波沿着这些导线进入室内或设备, h 6 l时,避雷器的电阻突然降到低值,近于短路状态,将闪电电流分流入地。

  分流是现代防雷技术中迅猛发展的g 8 ` x g重点,是防护各种电气电子设备的关` 5 p 6 * ) 8 t键措施。近年来频繁出现的新形式雷害几乎都需要采用这种方式来解决。由于雷电流在分流之后,仍会有少部分沿导线进入设备,这对于不耐高压X e U * j 2 ] l U的微电子设= V [ \ i \ ;备来说仍是很危险的,所以对于这类设备在导线进入机壳前应进行多级分流。

  现在避雷器的研究与发展,也超出了分流的范围。有些避雷器可D H y _ F直接串联在信号线或天线的馈线上,它们能让有用信号顺畅通过,r ^ 3 W :而对雷电过压波进行阻隔。

  采用分流这一防雷措施时,应特别注意避雷器性能参数的选择,因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。比如e d * / +信号避雷器的接入应不影响系统的传输速率;天馈避雷器在通带内的损P 3 W O f ` ) 8 t耗要尽量小;若使用在定向设备3 Z h上,不能导致定位误差。

5>屏蔽

  屏蔽就是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包8 } P ; ~ 4 f d围起来,阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道。屏Y F 8 / F K N k j蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。

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