雷電電磁脈沖干擾與防護(編輯修改稿)
2025-02-03 06:30 本頁面
【文章內容簡介】 1 沿著信號線流到設備 2 以及建筑物 2 的地網上，造成建筑物 2 的地電位抬升。 圖 1 阻性耦合 如果信號電纜屏蔽層 兩端接地，浪涌電流沿著屏蔽層流到建筑物 2 的地網上，同樣造成其地電位升。建筑物 2 的地電位升又加到與其連接的其他電纜上，可能造成其他設備損害。 感性耦合 由于雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流經的路徑周圍產生很強的瞬態(tài)脈沖電磁場。根據電磁感應定律，這種變化的脈沖電磁場交鏈導體回路時，能在回路中感應出電動勢，產生過電壓和過電流。圖 2 和圖 3 給出了信號電纜可能發(fā)生電磁感應的例子。 圖 2 感性 耦合（信號線的芯線之間組成感應環(huán)） 圖 3 感性耦合（信號線與地之間組成感應環(huán) ） 容性耦合 當各類電 纜上空有雷云生成并向下發(fā)展為下行先導時，由于雷云和先導通道的感應作用，在各類電纜內將出現反極性的感應電荷，如圖 所示。該圖中示出的是常見的負雷云對地放電，雷云以及下行先導的電荷為負，而在電纜中感應的電荷為正，而電纜中的負電荷經泄漏電導入地。這些感應電荷的聚積速度取決于先導 發(fā)展的速度，由于先導發(fā)展速度比回擊速度小 100 以上。在雷擊發(fā)生時，雷云以及下行先導的電荷迅速中和消散，而反極性感應電荷將失去束縛，但是這些電荷不能以與回擊發(fā)展同樣的速度來消散，因此形成了對地的過電壓，如果在設備處發(fā)生閃絡，將在電纜中形成浪涌電流。顯然，電纜越長，對地電容越大，越易形成容性耦合產生過電壓。 圖 4 容性耦合 雷電防護區(qū) 按 EMC 原理將建筑物按需要防護的空間由表及里劃分為不同的雷電防護區(qū)（ LPZ），有如下實際意義： ? 可以計算出各 LPZ 內空間雷擊電磁脈沖的強度，以確認是否需采取進一步的屏蔽 措施。 ? 可以確定等電位連接的位置（一般是各 LPZ 區(qū)交界處）。 ? 可以確定在不同 LPZ 交界處選用電涌保護器的具體指標。 ? 可以選定敏感電子設備的安全放置位置。 ? 可以確定在不同 LPZ 交界處等電位連接導體的最小芯線截面。 IEC613121 將 LPZ 分為以下各區(qū)： LPZ 0A：直擊雷非防護區(qū)：本區(qū)內的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流，本區(qū)內的電磁場沒有衰減，屬完全暴露的未設防區(qū)。 LPZ 0B：直擊雷防護區(qū)：本區(qū)內的各物體很少遭到直接雷擊，但本區(qū)內電磁場沒有衰減，屬充分暴露的直擊雷防護區(qū)。（本區(qū)一 般在外部防雷裝置接閃器保護范圍之內，從理論上本區(qū)不可能遭受直擊雷，而事實上有這種可能） LPZ 1：第一屏蔽防護區(qū)：本區(qū)內的各物體不可能遭到直接雷擊，在本區(qū)內所有導電部件上的雷電流比 LPZ 0 區(qū)內的電流進一步減小。本區(qū)內的電磁場因屏蔽措施而有所衰減。（本區(qū)一般指在鋼筋結構的建筑物內） LPZ 2：第二屏蔽防護區(qū)：為了進一步減小導電部件上的雷電流和電磁場而引入的后續(xù)雷電保護區(qū)。 LPZ n：第 n 屏蔽防護區(qū)：需要進一步減小雷擊電磁脈沖以保護敏感度水平高的設備的后續(xù)雷電保護區(qū)。 對此 信號電纜的屏蔽方案應該 做到： 1）對于新建站點，如果需要敷設大量電纜，可建立有籠狀結構的電纜溝。電纜溝的鋼筋必須焊接連通并且連接到建筑物的鋼筋上。如圖 5 所示。對于已經建好但是鋼筋連通性不好的的電纜溝，可在電纜溝內敷設一到兩根熱鍍鋅扁鋼， 扁鋼兩端與地網可靠連接。 圖 5 籠狀鋼筋電纜溝 2）敷設少量信號電纜時可采用套鐵管地埋的方式，鐵管兩端可靠接地。 3）電纜屏蔽層必須兩端可靠接地，為了使屏蔽層內的縱向屏蔽電流均勻分布以獲得最大限度的屏蔽性能，連接端宜使用同軸連接器（例如可接地的革蘭Gland），連接器對屏蔽層能夠提供 360 度的電接觸。 圖 6 4）對于已經建成在運行的站點（大部分站點屬于這種情況），重新埋設電纜溝或者穿鋼管以及使用同軸連接器在施工上都存在很大的困難，此時可進行簡單連接，即使用接地卡將電纜外層鎧裝接地，再輔以信號保護器的配合，也能保證設備的安全。 5）對于重要性比較高或者容易雷擊環(huán)境較惡劣的電纜，應采用雙層屏蔽或者套鐵管的方式。如果條件有限無法實施，可應在電纜附近沿線敷設一根熱鍍鋅扁鋼，扁鋼兩端與地網可靠連接。 6）連接電纜中閑置不用的空線對應做好接地處理。 機房內部的等電位連接實施方案應為： 各站點機房
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