电力系统防电

电力系统防雷解决方案

一、雷电防护概述

雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km半径的范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象（自然）灾害，它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。

雷电产生于雷暴，而雷暴往往伴随强对流天气而形成，是由大气环流和当地气象因素决定的。雷暴是积雨云中云与云之间或云与地之间产生的放电现象，并伴有火花放电，强大电流通过时，又使空气迅速膨胀产生巨大的响声，即雷电。闪电有枝状、片状、带状、球状，其中枝状最为常见。

雷暴的能量是由太阳辐射能转化的大气不稳定能所供给的。每年进入春季，太阳辐射增强，大气中的不稳定能增加，因雷暴始发于春季，盛夏，太阳辐射强烈，大气不稳定能储存多，雷暴频繁。秋冬以后，太阳辐射减弱，因而雷暴逐渐减少。但由于全球气候变化和大气污染等原因，现在冬季也经常出现雷击现象。据悉，每个闪电的强度可以高达100万伏，一个中等强度雷暴的功率约有10万千伏安，相当于一座小型核电站的输出功率。

一般而言，雷电灾害具有突发性、多样性、复杂性、破坏性和选择性等特点。随着现代化高新技术产业基础——电子技术的迅速发展和广泛运用，雷电灾害跟踪而至，还呈现出新的特点：受灾面大大扩展，特别容易侵入与高新技术最密切的领域，损失和危害程度大大增加。近年来，随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛，雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。由于通讯计算机网络精密设备内部结构的高度集中化，使设备耐受过电压、过电流的能力下降，更易遭受雷电破坏。轻者可造成计算机终端和通信设备的接口损坏，使通信中断，大量信息丢失或无法传输；严重者使网络主机损坏，导致网络瘫痪，工作无法进行。

计算机网络系统易遭受雷击损坏的设备有：MODEM（调制解调器）、ROUTER（路由器）SWITCH（交换机）、HUB、网卡、通信卡、UPS、计算机电源及主板。

在雷电灾害防御方面，纵观人类防雷历史，已有两个多世纪，从建筑物防雷发展到供电防雷、电气和电子设备防雷，现在已进入第四个阶段即现代微电子设备防雷。防雷技术和产品，也随着现代高新技术发展得到显著发展，除传统的避雷针引雷拦截技术外，已拥有消散削减、屏蔽隔离、抑制分流、疏导均衡等电位、优化接地泄放和雷电控测定位预警等技术，并相应研制出多种高科技的隔离装置、电涌保护器、高效防腐降阻剂等设备、器件和产品，出现了火箭与激光等人工影响雷电的装置和雷电探测预警系统设备，这都为有效防御治理雷电灾害奠定了技术和物质基础。

工业化和科技的进步使得各种高层建筑和特殊用途建筑如雨后春笋般的拔地而起，这也为雷电防护提出了大量新的问题。“静电抵抗”、“电磁干扰”、“热岛效应”等等的问题都有待进一步区研究和解决。近十多年来围绕这些问题人们进行了不懈的努力，提出了许多新的防雷理论，研制出一大批新的防雷器件、设备和材料，开发出许多全新的雷电防护技术。我国于1994年颁布了新的《建筑物防雷设计规范》GB 50057-1994，该规范参考了大量国际标准，对原有的规范做了大量的修改，无论从指导思想、技术要求还是技术措施上讲都处在国际领先地位，这也标志着我们国家对雷害的重视。

二、雷电防护的基本理论

1、雷击侵入设备的途径

1. 直击雷：所谓直击雷，是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，因电效应、热效应和机械力

效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。一般防直击雷是通过外部避雷装置即：接闪器（避雷针、避雷带、避雷网、避雷线）、引下线、接地装置构成完整的电气通路，将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁，但雷电仍然会透过多种形式及途径破坏电子设备。

2. 感应雷：所谓感应雷，是指雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，会在附近的电源线路、信号线路、埋地管道、设备间连接线和铁路钢轨等等导体上产生静电和电磁感应过电压，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。

感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。直击雷只在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而一次雷闪击都可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压，并且这种感应高压可以通过电力线、电话线等传输到很远，致使雷害范围扩大。

装有避雷针的建筑物，可以避免雷击损坏建筑物，但是在雷电从建筑物顶端泻放入大地或者附近发生雷击的时候，雷电电磁脉冲可以通过避雷针的引下线和接地系统地线产生很强的电场，建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压，这些感应电压的高低随着金属形状、距地线的距离和雷击大小而变（根据IEC 61312标准，当雷击击中建筑物时，即使装有避雷针，直击雷电流50%的通过引下线和接地系统入地，仍然会有大约50%的雷击能量仍会分配到各线路系统）一旦您的电源输入线、电话线、网络线或其它电子设备的金属引出、引入线感应到瞬间高压，避雷针就无能为力了。感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备。

3、球形雷：球形雷是一种特殊的雷电现象，简称球雷。一般是以橙或红色，或似红色火焰地发光球体，（也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的），直径一般约为10-20厘米，最大的直径可达一米，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是3至5秒，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，有的由烟囱或通气管道滚进楼房，多数沿带电体消失。

4、电磁脉冲：由于雷电电流有极大峰值和陡度，因此在它的通道周围会出现很强的瞬变电磁场，处在这个瞬变电磁场中的导体就会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场，都会在空间一定的范围内产生电磁作用，也可以是脉冲电磁波辐射，而这种空间雷电电磁脉冲波（LEMP）是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。因瞬变时间极短或感应的电压很高，以致产生电火花，其电磁脉冲往往超过2.4高斯。现代银行、邮电、证券机房或营业柜台通常应用计算机进行货币存取、信息传递与交换等业务，依据GB/T 2887-2000《电子计算机场地通用规范》标准这些场合对磁脉冲承受限度应小于800A/m，故在新机房建设或旧机房改造时应对防雷与磁屏蔽措施必须充分注意。

5．地电位反击：建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系统或其他自然接闪物（各种管道、电缆屏蔽管等）引入设备，造成设备的损坏。

6：操作瞬间过电压：众所周知，当电流在导体上流动时，会产生磁场，储存能量，电流越大，导线越长，储能越大，所以当大型负载（特别是电感性负载）电气设备开关时，便会产生瞬时操作过电压。