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◆直擊雷 ◆感應雷 ◆電湧及高電壓引入 ◆接地及地網 |
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| 防雷知識概說 | |||
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一、雷電知識 隨著電子技術的快速發展，積體電路對電壓和電流脈衝的敏感程度越來越高，除直接雷擊影響外，雷電引起的衝擊過電壓和電流成為造成電子設備損壞和工作中斷新的主要因素之一。 據廣東省防雷中心雷電災害調查辦公室1996年就廣東省範圍調查報告顯示：1996年廣東全省發生雷電災害1196起，直接經濟損失約1.374億元，間接經濟損失達5-10億元；僅深圳去年因雷暴造成損失就近6000萬元；而全世界每年的雷害損失超過100億美元，更多的雷災損失表明，90%以上是感應雷擊造成的。特別是最近兩年，全球氣候不穩定，雷電災害較以往頻繁，大部分用戶單位在直接開支中需占30%的費用，用來更換或維修因雷災損壞的設備。因此，對雷擊的防護，尤其是感應雷擊的防護，已經成為郵電通信、電力、鐵路、銀行（電腦網路）等行業重點關注和防範的課題。 ■ 雷擊的形成及入侵途徑 雷擊形成：雷擊主要有兩種形式：直接雷擊和感應雷擊 直接雷擊:雷擊直接擊在物體上，產生電效應、熱效應和機械力,稱之為直接雷擊。 感應雷擊:雷電放電時，在附近導體上產生的靜電效應和電磁感應，可能使金屬部件之間產生火花，稱之為感應雷擊，其入侵途徑為： 1．傳統避雷針的副作用產生二次感應雷擊效應，雷電電流經過避雷針導地時感應到市內的傳輸線上。 幾十年來的通訊設備是從電子管、電晶體向積體電路過渡的。由於電子管、電晶體的耐衝擊能力較強，因此二次雷擊效應對電子管、電晶體通訊設備沒有造成太大損害。集成化度較高的微電子設備，其耐衝擊能力差受雷擊更易使微電子設備受到損壞。通過對部分雷擊事故的分析，發現許多雷擊事故都是在避雷針接地完好的情況下發生的。分析其原因就是二次雷擊效應造成的。 2．通過電源線、信號線或天饋線引入感應雷擊 通過電感性耦合（磁感應）耦合到各類傳輸線而破壞設備。 電源線引入感應雷擊：市區以外的移動通信基站的供電線路大多採用架空明線。試驗表明，雷電頻譜在幾十MHZ以下頻域，主要能量集中分佈在工頻附近。因此，雷電與市電相耦合的概率很高。 信號線引入雷擊：為了擴大信號覆蓋範圍，就要盡可能地增加天線架設高度（65m以上的鐵塔約占50%）。這樣，在提高信號覆蓋範圍的同時，也增加了鐵塔引雷的概率。當鐵塔上的避雷針引雷入地產生二次雷擊效應是順塔而下的天饋線首當其衝。可一旦二次雷擊效應以信號方式進入饋線時，收發信號設備埠損壞也就在所難免了。 3． 通過阻性耦合方式經資料線破壞設備。 通過阻性耦合方式經中線及地線破壞設備。 上述各種耦和會產生高達6000伏（根據BS6651，CCITT，LIT，IEEE及我國相關標準）的瞬間電壓而破壞電子設備。 二、雷擊的防護 1．直擊雷的防護 主要依據是國際電工委員會IEC1312_1∼3《雷電電磁脈衝的防護》、《電子電腦機房設計規範》、《電子設備雷擊導則》、《建築物防雷設計規範》等。目前，防避直擊雷都是採用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網作為接閃器，然後通過良好的接地裝置迅速而安全把它送回大地。 2．感應雷的防護 （1）電源防雷 根據樓房建設的要求，配電系統電源防雷應採用一體化防護，由於避雷器生產廠家的設計思想各不相同，相應其避雷器的性能特點也不盡一致。 （2）信號系統防雷 與電源防雷一樣，通訊網絡的防雷主要採用通訊避雷器防雷。目前，電腦遠端聯網常採用的方式有電話線、專線、X.25、DDN和幀中繼等，通訊網絡設備主要為MODEM、DTU、路由器和遠端中斷控制器等。通常根據通訊線路的類型、通訊頻帶、線路電平等選擇通訊避雷器，將通訊避雷器串聯在通訊線路上。 （3）等電位連接 等電位連接的目的，在於減小需要防雷的空間內各金屬部件和各系統之間的電位差。 防止雷電反擊。將機房內的主機金屬外殼，UPS及電池箱金屬外殼、金屬地板框架、金屬門框架、設施管路、電纜橋架、鋁合金窗的等電位連接，並以最短的線路連到最近的等電位連接帶或其他已做了等電位連接的金屬物上，且各導電物之間的儘量附加多次相互連接。 （4）金屬遮罩及重複接地 在做好以上措施基礎上，還應採用有效遮罩，重複接地等辦法，避免架空導線直接進入建築物樓內和機房設備，盡可能埋地纜進入，並用金屬導管遮罩，遮罩金屬管在進入建築物或機房前重複接地，最大限度衰減從各種導線上引入雷電高電壓。 三、關於雷電和浪湧電壓 １．閃電的常識 1）閃電的平均電流：30,000A （目前記錄的最大值：300,000A） 2）閃電中心的空氣溫度：攝氏3000度 90%以上的閃電是雲層對雲層放電過程 3）雲層對地面的閃電次數：每秒種100次（全球範圍） 4）閃電的強度可達 1000000000 伏 5）一個中等強度雷暴的功率有 10000000 瓦（相當於一個小型核電站的輸出功率） 6）每年因雷擊造成的直接損失超過1000000000 美元（全球不含中國的統計） A．浪湧 雷電是浪湧電壓的一種 首先讓我們看看什麼是浪湧。浪湧也叫突波，顧名思義超出正常工作電壓的瞬間過電壓。日本一些資料將浪湧分為四個組成部分。 B．SPD 我們常常說的防雷器的英文是 SPD - SURGE PROTECTION DEVICE 即 [ 浪湧保護器 ]，因此防雷事實上是浪湧保護器的一種功能，由於雷擊的浪湧電壓和能量要遠遠高於其他種類浪湧電壓，所以我們通常稱 SPD為防雷器了。 ２．各防雷分區說明 1）IEC 的防雷分區： LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2.... 2）IEC 的防雷分區通俗說明： LPZ0A──天空、沒有避雷針保護的大樓外部、上面沒有頂棚等覆蓋物的地面... 等等雷電可能會直接擊中的的空間。如大樓頂部避雷針保護範圍之外的空間。 LPZ0B──沒有避雷針保護的非遮罩大樓內部、有避雷針保護的大樓天臺受保護部分、避雷線下的電纜等等雷電不易直接擊中的LEMP沒有衰減空間。如大樓頂部避雷針保護範圍之內的空間和沒有遮罩的大樓內部或有遮罩大樓內部的窗口附近。 LPZ1──雷電不易直接擊中，但LEMP因遮罩而衰減的空間。如上述遮罩大樓內部（不包含窗口附近）。 LPZ2──在LPZ1區內，再次遮罩的空間。如上述遮罩大樓的另外設立的遮罩網路中心。 LPZ3──在LPZ2區內，再次遮罩的空間。如上述遮罩網路中心內的機器金屬外殼內部，或接地機櫃內部。 3）假如我們把所有雷擊與浪湧的電源保護的措施分為“五級” 第一級：避雷針、避雷線、避雷網等直擊雷的金屬引下接地等裝置 - 屬於外部防雷 第二級：IEC CLASS──I 進線端總電源防雷或LPZ0區進入LPZ1區介面的等電位連接 - 屬於內部防雷 第三級：IEC CLASS──II 分配端的電源防雷或LPZ1區進入LPZ2區介面的等電位連接 - 屬於內部防雷 第四級：IEC CLASS──III 設備端的電源防雷或LPZ2區進入LPZ3區介面的等電位連接 - 屬於內部防雷 第五級：合格的通過正常設計和安裝的電子設備內部應該具備的基本浪湧吸收能力 - 基本浪湧吸收能力 ３．IEC LPZ防雷分區 LPZ 0A──易造受直接雷擊，因而可能必須傳導全部的雷電流。LEMP*無衰減（例如大樓外部，而且不在避雷針保護範圍內的部分）。 LPZ 0B──不易造受直接雷擊，但 LEMP* 無衰減（例如大樓外部，但在避雷針保護範圍以內的部分）。 LPZ 1──不易造受直接雷擊，但 LEMP* 比LPZ 0B區 有衰減（例如鋼筋水泥框架結構大樓內部）。 LPZ 2──後續防雷區2，較LPZ 1區進一步減小傳導電流或電磁場 （例如大樓內部的遮罩機房）。 LPZ 3──後續防雷區3，隨著要求可以進一步設立防雷分區 （例如遮罩機房內的遮罩接地的主機櫃）。 *LEMP - 雷電電磁脈衝輻射-閃電電流和閃電電磁場 參見[為什麼要進行三級保護] ４．IEC分級防雷 級間線路距離不能太短，避免前後級防雷器線路距離太近導致的前級防雷器不動作問題 末級和設備間線路距離不能太長，避免前末級和設備間的線路感應新的雷擊電壓，導致的設備端限制電壓超過安全值。 電源系統的保護──電源保護 信號系統的保護（包括有線通信、無線通信、網路通信、遙感遙測等）──信號保護 根據雷擊引入設備的管道對可能遭受雷擊的設備實施防雷保護──從防雷方案看SPD絕大多數單位的內部防雷，根據雷擊可能引入的途徑和感應途徑不外乎從以下幾個方面進行保護： 1）電源三級防雷 (IEC相關規定、三級防雷的要求及原因、分級防雷的級間距離、8/20和10/350波 ...) 2）網路系統防雷 (網路防雷注意事項、各種形式的網路、網路專線的防雷 ...) 3）通訊系統防雷 (電話線路防雷、專線系統的防雷、無線通信 ...) 4）信號系統防雷 (無線通信、監控監視信號、遙感遙測遙控 ...) 5）地電位均衡(地極防雷) (地電壓反擊、地電位均衡 ...) 參見 [內部防雷和外部防雷] [雷擊引入的管道] 既然雷電對線路的感應和地電位反擊是造成設備損壞的最重要的原因，那麼就應該在線路中加裝設備對瞬態過電流、過電壓進行有效的抑制，這種設備被稱為避雷器、稱浪湧抑制器、防雷保安器等。由於雷電感應主要是通過供電線路和各種信號線破壞設備的，因此對電腦資訊系統的防雷保護主要地是合理地加裝電源和信號避雷器，並進行合理的等電位連接。 四、結束語 隨著科技和經濟的發展，電腦的應用已越來越廣泛。我們對複雜的雷電機理還在進一步深入瞭解研究，目前的防雷方案也許還有一定的局限性，還難以完全有效地防止雷電的破壞。我們將繼續不懈地研究和探討，儘量將雷擊可能造成的損害減少到最低限度，以 保障各網路系統的安全運行。
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