【文章內(nèi)容簡介】 等綜合考慮 （ 1)保護期限有三年未遇、五年未遇、十年未遇、三十年未 遇等不同要求，期限長的無疑需要多重、多層，反之則可以適當(dāng)減少； （ 2)失誤幾率有高有低，失誤幾率高的無疑需要多重、多層，反之則可以適當(dāng)減少，其中包括兩種情況 ①對于電子設(shè)備中一類特別“嬌嫩”的設(shè)備，如計算機、程控交換機等，無疑它的失誤幾率要高些； ②對于不同的引雷線路和引雷通道，引發(fā)雷擊事故的幾率也不同。如電源線路的引雷幾率是比較高的，數(shù)理統(tǒng)計和事故分析表明，損壞電子設(shè)備的 7080%雷害是從電源線路引入的，因此對于電源線路通常需要多層設(shè)防 [13]。 電子防 雷系統(tǒng)工程 電子防雷系統(tǒng)工程理論一般用作防感應(yīng)雷擊，即保護電子設(shè)備的防雷工程理論。 1）一臺廣義的電子設(shè)備，其引雷線路一般有四條 (1)天饋線路； (2)信號線路； (3)電源線路； (4)接地線路。 7 2）電子防雷系統(tǒng)工程 要保證一臺電子設(shè)備的防雷安全，必須在四條引雷線路上采取有效的保護措施。一般情況下是在天饋、信號、電源線路上設(shè)置性能良好的天饋避雷器、信號避雷器、電源避雷器，而將其接地線路進行良好的接地。如在大樓配電柜、樓層配電箱、室內(nèi)配電器都裝設(shè)有相應(yīng)的電源避雷器的情況下，在一般的中低雷區(qū)，室內(nèi)多臺機 子可以合用一個電源避雷器；一臺短波通訊基地臺，一般其信號線路很短，不過 lm來長，基地臺又置于室內(nèi)，這種情況下信號避雷器是可以省略的 [14]。 綜合防雷系統(tǒng)工程 綜合防雷系統(tǒng)工程理論主要用來保證一個或幾個電子系統(tǒng)、電子網(wǎng)絡(luò)、電子工程及一棟或幾棟綜合大樓的防雷安全。 一般情況下，一個或幾個電子系統(tǒng)均置于一棟或幾棟綜合樓內(nèi)。如郵電局的綜合通信樓、設(shè)有復(fù)雜計算機網(wǎng)絡(luò)或程控交換機系統(tǒng)的辦公樓等。這種情況下，一般采用電子防雷這一重保護是遠遠不夠的，還必須采用防直接雷擊、防雷電入侵波甚至防隨機雷擊等的 有效措施，并配合以合理的供電系統(tǒng)和接地工程 [15]。 1)保護區(qū)域進雷通道 （ 1）直擊雷進雷通道； （ 2）感應(yīng)雷進雷通道，包括： ①天饋線路； ②電源線路； ③信號線路；④接地線路。 （ 3）雷電入侵波進雷通道，包括 ①相鄰建筑物之間的信號線路；②相鄰建筑物之間的電源線路；③相鄰建筑物之間的地電流通道； ④接地電位反擊通道。 2)綜合防雷系統(tǒng)工程 在被保護區(qū)域的一切進雷通道上，設(shè)置一組先進的防雷器件，按照防止直接雷擊、感應(yīng)雷擊、雷電入侵波和地電位反擊等的特定方式，設(shè)計一個工程網(wǎng)絡(luò)，來對進入被保護區(qū)域一切破壞性雷電能量，進行引、堵、泄、放等辦法加以防護的工程設(shè)計理論稱之為綜合防雷系統(tǒng)工程理論。 區(qū)域防雷系統(tǒng)工程 象機場、海港、油田、軍事基地等包括有多幢綜合樓、多個電子系統(tǒng)工程、幅員遼闊、人口眾多的區(qū)域只有采用區(qū)域防雷系統(tǒng)工程才會有更加安全的效果，特別是多雷區(qū)和重雷區(qū)，更應(yīng)采取區(qū)域防雷的措施 [16]。 區(qū)域防雷系統(tǒng)工程一般有 3個層次。 1)首先在被保護區(qū)域的四周設(shè)置“雷電截獲器”（或上裝金屬避雷針的高聳鐵塔），將雷電從被保護區(qū)域引開，不讓它進入被保護區(qū)域，從而大大地減少了被保護區(qū)域中的綜合樓、電 子系統(tǒng)以及其他生命財產(chǎn)的防雷工程的壓力。 2)在被保護區(qū)域內(nèi)的綜合樓或電子系統(tǒng)，一般宜采用綜合防雷系統(tǒng)工程來進一步加強保護； 3)在屬于多雷區(qū)或重雷區(qū)的保護區(qū)域及有落雷史或雷擊破壞史的保護區(qū)域內(nèi)的零星電子設(shè)備可采用電子防雷系統(tǒng)工程加以保護；而對于少雷區(qū)或輕雷區(qū)的保護區(qū)域及無落雷史或無雷擊破壞史的保護區(qū)域內(nèi)的零星電子設(shè)備一般只采用電源避雷。 8 3．防雷產(chǎn)品的變遷及現(xiàn)狀 200多年前富蘭克林率先在技術(shù)上向雷電發(fā)起了挑戰(zhàn)，他發(fā)明的避雷針可能要算是最早的防雷產(chǎn)品。其實，富蘭克林在發(fā)明避雷針時是 以為金屬避雷針的尖端放電作用可以綜合雷云中的電荷，使雷云和大地間的電場降低到無法擊穿空氣的水平，從而避免了雷擊的發(fā)生，所以當(dāng)時的避雷針一定要求是尖的。但后來的研究表明：避雷針是無法避免雷擊的發(fā)生的，它之所以能防止雷擊是因為高高聳立的避雷針改變了大氣電場，使得一定范圍的雷云總是向避雷針放電，也就是說避雷針只是比它周圍的其它物體更容易接閃雷電，避雷針被雷擊中而其它物體受到保護，這就是避雷針的防雷原理。進一步的研究表明避雷針的接閃作用幾乎只與其高度有關(guān)，而與其外形無關(guān)，就是說避雷針不一定是尖的?，F(xiàn)在防雷技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng) 稱這一類防雷裝置為接閃器 [17]。 電的普遍使用促進了防雷產(chǎn)品的發(fā)展，當(dāng)高壓輸電網(wǎng)為千家萬戶提供動力和照明時，雷電也大量危害高壓輸變電設(shè)備。高壓線架設(shè)高、距離長、穿越地形復(fù)雜，容易被雷擊中。避雷針的保護范圍不足以保護上千公里的輸電線，因此避雷線作為保護高壓線的新型接閃器就應(yīng)運而生。在高壓線獲得保護后，與高壓線連接的發(fā)、配電設(shè)備仍然被過電壓損壞，人們發(fā)現(xiàn)這是由于“感應(yīng)雷”在作怪。感應(yīng)雷是因為直擊雷放電而感應(yīng)到附近的金屬導(dǎo)體中的，感應(yīng)雷可通過兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體，一是靜電感應(yīng)：當(dāng)雷云中的電荷積聚時 ，附近的導(dǎo)體也會感應(yīng)產(chǎn)生相反的電荷，當(dāng)雷擊放電時，雷云中的電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中原來被雷云電場束縛住的靜電也會沿導(dǎo)體流動尋找釋放通道，就會在電路中形成電脈沖；二是電磁感應(yīng) :在雷云放電時，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強大的瞬變電磁場，在其附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究表明：靜電感應(yīng)方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應(yīng)引起的浪涌。雷電在高壓線上感應(yīng)起電涌，并沿導(dǎo)線傳播到與之相連的發(fā)、配電設(shè)備，當(dāng)這些設(shè)備的耐壓較低時就會被感應(yīng)雷損壞，為抑制導(dǎo)線中的電涌，人們發(fā)明了線路避雷器。早期的線路避雷器是開放的空氣間隙。空氣 的擊穿電壓很高，約 500kV/m，而當(dāng)其被高電壓擊穿后就只有幾十伏的低壓了 [18]。利用空氣的這一特性人們設(shè)計出了早期的線路避雷器，將一根導(dǎo)線的一端連在輸電線上，另一根導(dǎo)線的一端接地，兩根導(dǎo)線的另一端相隔一定距離構(gòu)成空氣間隙的兩個電極，間隙距離確定了避雷器的擊穿電壓，擊穿電壓應(yīng)略高于輸電線的工作電壓，這樣當(dāng)電路正常工作時，空氣間隙相當(dāng)于開路，不會影響線路的正常工作。當(dāng)過電壓侵入時，空氣間隙被擊穿，過電壓被箱位到很低的水平，過電流也通過空氣間隙泄放入地，實現(xiàn)了避雷器對線路的保護。開放間隙有太多的缺點，如擊穿電 壓受環(huán)境影響大；空氣放電會氧化電極；空氣電弧形成后，需經(jīng)過多個交流周期才能熄弧，這就可能造成避雷器故障或線路故障。以后研制出的氣體放電管、管式避雷器、磁吹避雷器在很大程度上克服了這些毛病，但他們?nèi)匀皇墙⒃跉怏w放電的原理上。氣體放電型避雷器的固有缺點 :沖擊擊穿電壓高；放電時延較長（微秒級）；殘壓波形陡峭（ dV/dt較大）。這些缺點決定了氣體放電型避雷器對敏感電氣設(shè)備的保護能力不強。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展為我們提供了防雷新材料，比如穩(wěn)壓管，其伏一安特性是符合線路防雷要求的，只是其通過雷電流的能力弱，使得普通的穩(wěn)壓管 不能直接用作避雷器。早期的半導(dǎo)體避雷器是以碳化硅材料做成的閥式避雷器，它具有與穩(wěn)壓管相似的伏一安特性，但通過雷電流的能力很強。不過很快人們又發(fā)現(xiàn)了金屬氧化物半導(dǎo)體變阻器（ MOV)，其伏一安特性更好，并具有響應(yīng)時間快、通流容量大等許多優(yōu)點 [19]。因此，目前普遍采用 MOV 線路避雷器。隨著通信的發(fā)展，又產(chǎn)生了許多用于通信線路的避雷器，由于受通信線路傳輸參數(shù) 9 的約束，這一類避雷器要考慮電容和電感等影響傳輸參數(shù)的指標(biāo) [18]。 4．綜合防雷技術(shù) 現(xiàn)代防雷技術(shù)是在人與雷電災(zāi)害不斷斗爭的過程中逐漸發(fā)展起來的高新技 術(shù)。理論和實踐說明，建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)防雷工程是一個系統(tǒng)工程，必須綜合考慮。將建筑物外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體來統(tǒng)一考慮，它包括防護直接雷擊，防止和抑制雷電電磁脈沖干擾的各種傳輸形式造成的危害等環(huán)節(jié)。歸納起來有六項措施：直擊雷防護技術(shù)、共用接地系統(tǒng)、等電位連接技術(shù)、屏蔽技術(shù)、安裝電子避雷器、綜合布線技術(shù) [19]。 直擊雷的防護是任何區(qū)域的防雷中都不可缺少的 [20]。目前直擊雷防護的主要手段仍然是避雷針、避雷帶等傳統(tǒng)方法，其保護半徑按滾球法確定。按照滾球法計算可知， 60m以上的建筑物存在雷電側(cè)擊的可能，這時往往采用籠式結(jié)構(gòu)的避雷網(wǎng)作為防直擊雷的裝置，即利用建筑物內(nèi)在的鋼筋結(jié)構(gòu)的焊接形成避雷的法拉第籠，這比避雷針、避雷帶更能提供有效的防直擊雷保護。忽略這一點，將造成建筑物防雷的“先天不足”。 傳統(tǒng)的避雷方法對于一般性的建筑物直擊雷的防護是完全勝任的，但對于易燃易爆場所（如成品油油庫）和大量電子設(shè)備集中使用的場所而言，避雷針或避雷帶在防住直擊雷的同時，其伴隨產(chǎn)生的二次雷擊效應(yīng)是十分有害的。這就需要用其他的防二次雷擊效應(yīng)的措施去彌補。 國內(nèi)目前己出現(xiàn)了很多新型 的防直擊雷裝置，其中有代表性的有消雷器、預(yù)放電避雷針、優(yōu)化避雷針等。實踐表明，消雷器并不能達到消雷的目的。預(yù)放電避雷針可以擴大避雷針保護范圍和增加接閃率，其實質(zhì)仍然是“引雷入地”的避雷機理，但造價較普通避雷針昂貴。優(yōu)化避雷針則是利用阻抗限流的原理，在吸引雷電入地的同時抑制二次雷擊的產(chǎn)生，這無疑是較為理想的弱電系統(tǒng)和爆炸危險環(huán)境直擊雷防護裝置，具有很高的實際應(yīng)用價值，目前在通信領(lǐng)域己廣泛應(yīng)用 [21]。 接地是一切防雷工程的基礎(chǔ)，是目前疏導(dǎo)雷電流能量的唯一途徑 [22]。因此，接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應(yīng)雷或是其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地，沒有良好的接地系統(tǒng)，再好的防雷設(shè)施都不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。當(dāng)然避雷接地電阻值應(yīng)該有一定要求，我國有關(guān)的防雷規(guī)范對各類接地的接地電阻都有明確的規(guī)定 [23]。接地電阻越小，散流越快，被雷擊物體高電位保持時間越短。危險性越小，其跨步電壓、接觸電壓也越小。但是，近十幾年來理論和實踐證明，與其說接地電阻值重要不如說地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更重要。許多單位，尤其在高土壤電阻率地區(qū)，為取得較小的地網(wǎng)接地電阻值，不惜大量投入，但并不一定能夠 取得好的防雷效果，其問題是地網(wǎng)結(jié)構(gòu)和連接形式不合理。日本已作過這方面實地調(diào)查，認為單純追求較小的接地電阻是不合理的。由此看來，合理安排地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和連接形式比單純追求較小的接地電阻值更有意義，對防雷更有價值。 現(xiàn)代建筑，其內(nèi)部往往有許多不同性質(zhì)的電氣設(shè)備，需要多個接地裝置，比如交流工作 10 地、直流工作地、設(shè)備保護地、防雷接地等。那么多系統(tǒng)的接地是采用共用接地系統(tǒng)還是各自獨立接地呢？獨立接地（如圖 41 a）在上世紀六七十年代以前比較多用。它的好處是各系統(tǒng)之間不會造成互相干擾，這點對通信系統(tǒng)尤為重要。但近年 發(fā)現(xiàn)這種獨立接地方式在計算機通信網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)中特別容易被雷擊。故除在特別危險的有防爆炸要求的環(huán)境必須要采用獨立避雷針（線、網(wǎng)）的地方外，一般不主張采用獨立接地的方法而被共用接地取代 [24]。共用接地（圖 41 b、 c、 d）是把需要接地的各系統(tǒng)統(tǒng)一接到一個地網(wǎng)上，或者把各系統(tǒng)原來的接地網(wǎng)通過地下或者地上用金屬連接起來，使它們之間成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)。 由于通信系統(tǒng)和交流電源系統(tǒng)的接地是為了獲得一個零電位點，如果系統(tǒng)分別接地，當(dāng) 1 2 3 圖 41 接地形式 Figure 41 The form of grounding 發(fā)生雷擊時各系統(tǒng)的接地點的電位可能相差很大。假定圖 41 a中 1為交流工作接地， 2為直流工作接地（信號邏輯地）， 3 為機殼的保護接地，如果雷電波從 1 即交流電源送進來，由于雷電的瞬時電壓往往是幾萬伏乃至幾十萬伏，那么在同一臺計算機電路板上分別與電源、信號線或和外殼相接的各部分就承擔(dān)各地網(wǎng)間的高電壓而被擊穿。如果采用共用接地，雷電流在接地電阻上產(chǎn)生的高電壓，將同時存在各系統(tǒng)的接地線上，圖 41 中 b， c， d 各系統(tǒng)地線間不存在高電位差，也不存在同 一臺設(shè)備的各接地系統(tǒng)之間的擊穿問題。在一座樓房要分別做幾個互相沒有電氣聯(lián)系的地網(wǎng)是很困難的，尤其在現(xiàn)代的大城市更是如此。根據(jù)規(guī)范，各地網(wǎng)間最小要有 20m的距離，同時與各種地下的金屬管線和大金屬構(gòu)件都要保持足夠的距離，這很難做到。事實上，在微機網(wǎng)絡(luò)中，獨立接地系統(tǒng)被雷擊損壞的幾率遠遠高于共用接地系統(tǒng)?；谶@些原因，獨立接地系統(tǒng)已不適應(yīng)現(xiàn)代通訊技術(shù)迅猛發(fā)展的形式，將會被共用接地所取代。我國近年頒布的《計算機機房安全設(shè)計規(guī)范》中已明確推薦使用共用接地方式 [25]。在 IEC 的有關(guān)規(guī)范中認為，接地裝置的形狀和尺寸比接 地體電阻的規(guī)定值更重要，從防雷觀點出發(fā)，建筑物設(shè)一共用接地裝置較好，適用于供所有接地之用 [26]。 連接線 a b c d 11 圖 42 多點接地 圖 43 單點接地 Figure 42 Multipoint grounding Figure 43 Single Point Grounding 需要注意的是，為避免共用接地中出現(xiàn)的各系統(tǒng)間的電磁干擾，尤其是低頻干擾 ，應(yīng)盡量避免如圖 42 所示的共阻抗藕合。而是應(yīng)該采用圖 43 所示的一點接地法。因此共用接地的基本原則是“共地不共線”，即不同系統(tǒng)和不同用途的接