浅析综合防雷技术

浅析综合防雷技术
摘要：利用现代科学知识和技术，简述雷电产生的原理、危害以及如何更加有效的预防雷电，降低雷电灾害损失。

综合防雷技术是现代防雷新理论，是一项系统的防雷工程。

它要求对建筑物的外部和内部同时进行防雷，内容包括：直击雷防护措施、等电位连接措施、设计安装SPD、完善合理的共用接地系统、屏蔽措施、规范的综合布线措施等。

建筑物应采取综合雷电防御措施，将雷击损害降低到最低限度，达到防雷减灾，保护人民的生命财产安全。

关键词：雷电；雷电灾害；雷电防御；综合防雷技术
1 雷电
大气中一些已经饱和的水蒸气在遇冷的情况下会变成水滴，而水滴会在上升气流的冲击下，被解体变成带有不同电荷的水滴。

当小水滴带有负电荷的时候，大水滴就会带有正电荷，而形成的小水滴极容易被强气流带走，从而形成带有不同电荷的两种水气团，这就是所谓的雷云。

而雷的形成就是空气的间隙被不同电荷的雷云击穿放电所形成的。

当大气中的雷电快要接近地面的时候，地面上会出现一种与雷云相间的一种异性电荷，在雷云连续向地面接近甚至是击穿空气间隙的时候，就形成了雷云对地面放电，也就是雷电。

雷电是因强对流气候而形成的雷雨云层间和云层与大地间强烈瞬间放电现象。

它产生强大的雷击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、瞬变的电磁场和强烈的电磁辐射,都会给人民的生命财产安全带来了重大的损失。

它主要分为云闪、地闪、球闪、电磁脉冲等四种。

其中地闪和球闪都会对人和建筑造成危害，而电磁脉冲主要影响电子与信息系统，云闪由于是在两块云之间或一块云的两边发生，所以对人类危害最小。

2 综合防雷
综合防雷工程是一个系统工程，不能只依靠一、两种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击危害的因素进行综合防护（如图1），才能将雷电灾害减少到最低限度。

这种综合防护主要包
括接闪、均压、分流（保护）、共同接地、屏蔽、合理布线，统称为综合防雷六大要素。

图1 综合防护
2.1 接闪
接闪主要防护直击雷，就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去，就是利用防雷装置和建筑物自身的金属来遭受直击雷的，以免建筑物自身遭到损坏。

直击雷防护措施按照建筑物的防雷类别要求（如表1）主要采用接闪杆、接闪带、接闪网等防雷装置。

只要设计规范，安装合理，这些避雷设施是能够对直击雷进行有效的防御，保护建筑物及户外设备的安全。

建筑物防雷类别引下线间距/m 冲击接地电/ 网格规格/m 滚球半径/m 一类≤12 ≤10 ≤5×5或
≤6×4
30
二类≤18 ≤10 ≤10×10或
≤12×8
45
三类≤25 ≤30 ≤20×20或
≤24×16
60
表1 建筑物防雷设计规范要求
2.1.1 接闪杆
接闪杆可以按照建筑物防雷类别用滚球法计算其保护范围。

滚球法是一种计算接闪杆保护范围的方法。

它的计算原理为以某一规定半径的球体，在装有接闪杆的建筑物上滚过，滚球体由于受建筑物上所安装的接闪杆的阻挡而无法触及某些范围，把这些范围认为是接闪杆的保护范围（如图2）。

图2 滚球法
以单支接闪杆（如图3）为例其保护范围如下：
图3 单支接闪杆的保护范围
当接闪杆的高度h ≥hr 时： )2()2(x h r h x h h r h h x
r ---= （1） )2(0h r h h r -= （2）
式中：h —接闪杆高度（m ）；rx —避雷针在距离地面hx 米处的保护半径（米）； hr —滚球半径（m ）；hx —建筑物的高度；r0—接闪杆在地面的保护半径（m ）。

当避雷针的高度h ≥hr 时：在避雷针上取高度为hr 的一点代替单根避雷针针尖作圆心，其余做法同上。

接闪杆宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值：针长1m 以下： 圆钢为12mm 、钢管为20mm ；针长1～2m ： 圆钢为16mm 、钢管为25mm ；烟囱顶上的针：圆钢为20mm 、钢管为40mm 。

接闪杆的接闪端宜做成半球状,其弯曲半径为最小4.8mm 至最大12.7mm 。

2.1.2 其他接闪器
在建筑物屋顶上，使用接闪带比接闪杆有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果较好。

接闪带应沿着女儿墙的四周敷设，主要阳角位应设短接闪杆，支持件间距为0.5m —1.5m ，高度不宜小于150mm ，每个支持件都要能承受49N(5kgf)的垂直拉力。

接闪网和接闪带宜采用圆钢或扁钢，优先采用直径不小于8mm 的圆钢，采用扁钢时，其截面积不小于50mm2，厚度不应小于2.5mm ，网格尺寸范围应符合表1要求。

2.2 均压
均压即等电位，指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位。

各类电气、电子信息设备采取等电位连接与接地措施可以保证设备和操作人员的安全。

具体措施如下：
进入建筑物的所有金属导体、管道、电缆的外屏蔽层，应在LPZ0B 区与LPZ1区交界处作等电位连接与接地，在LPZ1区与LPZ2区交界处作等电位连接与接地。

1) 配置有信息系统设备的机房内应设等电位连接端子板，端子板应可靠接地。

2) 机房内的电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、屏蔽线外层及各种SPD接地端均应以最短的距离就近与等电位连接端子板连接。

高层建筑应设置均压环。

完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。

2.3 分流（保护）
分流（保护）是现代防雷技术迅猛发展的重点，是保护建筑物内外系统的关键措施。

所谓分流就是在一切从室外来的导体（包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线）与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进行多级分流（即不少于三级防雷保护）。

具体要求如下：
1）应在电源线路和信号线路设置避雷器SPD，其中低压架空线路引入宜安装三相电压开关型SPD或限压型SPD作为一级保护；埋地电缆引入的宜安装限压型SPD作为一级保护；分配电柜输出端宜安装限压型SPD作为二级保护；电子信息设备机房配电柜宜安装限压型SPD或可安装串联式限压型SPD作为三级保护。

2) 电子信息系统设备交流配电系统的接地应采用TN—S系统，机房内电源的进、出线不应采用架空线路。

3) SPD连接导线应短而直，SPD连接导线长度不宜大于0.5m；当开关型SPD1至限压型SPD2的线距长度小于10m时、SPD2 至SPD3的线距长度小于5m时，应在两SPD之间加装退耦装置。

2.4 共同接地
接地就是让已经流入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，共同接地要求要将建筑物防雷接地、电子设备的工作接地、保护接地、屏蔽体接地、防静电接地、功能性接地等连接在一起。

共用接地系统的接地电阻应以接入设备中最小值确定，接地装置材料的选择，要充分考虑其导电性、热稳定性、耐腐性和承受电流的能力。

2.5 屏蔽
屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。

良好的屏蔽不仅可以解决等电位和分流这两个问题，而且是对防御雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。

应注意如下问题：
1) 信息系统的机房宜选择在大楼的低层中心部位，信息设备应尽量远离建筑物的外墙结构柱，设置在雷电防护的最高级别（LPZ2或LPZ3）区域内。

应根据信息设备的要求，采取相应的屏蔽措施，使雷击产生的电磁场由外向内层层衰减。

2) 信息系统设备为非金属外壳，且建筑物屏蔽又未达到要求时，根据信息系统设备的重要性，可对机房或设备加装金属屏蔽网或金属屏蔽室，金属屏蔽网或屏蔽室应与等电位连接带连接。

3) 使用含有金属部件的光缆，在入户处应接通所有金属插头、金属挡潮层、金属加强芯等进行等电位连接接地。

需要保护的重要设备，应采用屏蔽电缆，其屏蔽层宜在两端及雷电防护区交界处做等电位连接。

4) 建筑物之间的互连电缆，应敷设在金属管道内。

管道的两端应电气连通，建筑物之间的接地装置应互相连接组成共用接地系统。

此外，建筑物的整体屏蔽还能防球闪、侧击和绕击雷的袭击。

2.6 合理布线
综合布线系统作为建筑智能化不可缺少的基础设施，其接地系统的好坏将直接影响到综合布线系统的运行质量。

现代化的建筑物都离不开照明、电话、电视和计算机等设备的管线，必须采取有效的措施保证在防雷装置接闪时这些管线不受影响。

1）将这些电线穿于金属管内，以实现可靠的屏蔽。

2）把这些线路的主干线的垂直部分设置在建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下线的柱筋，以尽量缩小被感应的范围。

3) 在需要的线路上加装避雷器、压敏电阻等浪涌保护器。

3 小结
得益于现代科学的力量，人们对雷电的认识越来越全面，防雷技术也在不断的进步。

面对频发的雷电灾害，人们必须要提高防雷意识，科学采用综合防雷技术，最大程度减少雷击灾害造成的人员伤亡和财产损失。