雷擊是年復一年的嚴重自然災害之一。隨著我國現代化建設的不斷提高,通信設備越來越多,規模越來越大。一方面大型電子計算機網絡,程控交換機組等系統設備耐過電流,耐雷電壓的水平越來越低,另一方面由于信號來源路徑增多,系統較以前更容易遭受雷電波的侵入,致使雷電災害頻頻發生。據統計,雷電對電子設備的損壞占設備損壞因素的比例高達26%,防雷過電壓已成為具有時代特點的一項迫切要求。
一、雷擊的分類
雷擊一般分為直擊雷擊和感應雷擊。
直擊雷擊--指雷電直接擊在建筑物、構架、樹木、動植物上,由于電效應、熱效應和機械效應等混合力作用,直接摧毀建筑物,構筑物以及引起人員傷亡等。由于直擊雷的電效應,有可能使機房微電子設備遭受浪涌過電壓的危害。
感應雷擊(又稱二次雷擊)--指雷云之間或雷云對地之間的放電而在附近的架空線路、埋地線路、金屬管線或類似的傳導上產生感應電壓,該電壓通過傳導體傳送至設備,間接摧毀微電子設備。感應雷擊對微電子設備,特別是通訊設備和電子計算機網絡系統的危害最大,據資料顯示,微電子設備遭雷擊損壞,80%以上是由感應雷引起的。
另外還有操作過電壓,即是指當電流在導體上流動時,會產生磁場儲存能量,當負載(特別是電感性大的負載)電器設備開關時,會產生瞬時過電壓,操作過電壓同感應雷擊一樣,可以間接損壞微電子設備。
二、電源系統的防雷保護
當電源采用TN系統時,從建筑物內總配電盤(箱)開始引出的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統。原則上規定要在各防雷區交界處做等電位連接,但由于工藝要求或其它原因,被保護設備的安裝位置不會正好設在交界處附近,在這種情況下,當線路能承受所發生的浪涌電壓時,浪涌保護器可安裝在被保護設備處,而線路的金屬保護層或屏蔽層宜首先于交界處做一次等電位連接.
SPD的安裝位置原則上應在各雷電防護區的交界處,其接地端應就近接到等電位連接帶上,但由于各種原因。SPD的安裝位置不會正好設在雷電交界處附近,此時SPD1 應安在建筑物入戶處總等電位連接端子處,實行多級保護的末端SPDS 應靠近被保護設備安裝。
三、信號系統的防雷保護
數據信號傳輸線路采用有線傳輸方式時,其線纜宜采用屏蔽電纜或穿管埋地引入。在線纜與信號接收器間安裝SPD;傳輸設備的天饋線應在LZP0區與LZPZ1區交界處穿金屬管屏蔽接地引入。在天饋線的發射設備端和接入設備端應安裝SPD;進入主機房的電話線宜穿金屬管屏蔽接地引入,并應在接線盒前端的電話組線箱內安裝SPD;由同軸電纜或雙絞線上網時,應在同軸電纜或雙絞線上安裝SPD;使用含有金屬部件的光纜傳輸時,應在光纜的終端將金屬部件通過開關型SPD接到等電位上。數據信號傳輸線路上安裝SPD,其接口、傳輸速率、特性阻抗、插入損耗、頻帶寬度等均必須能滿足傳輸線路要求。
四、等電位連接的主體及要求
等電位連接的目的在于減小需要防雷的空間內各金屬物與系統之間的電位差。當建筑物內有信息系統時,在那些要求雷擊電磁脈沖影響最小之處,等電位連接帶宜采用金屬板,并與鋼筋或其他屏蔽構件作多點連接。對進入建筑物的所有外來導電部件做等電位連接的主體應包括以下內容:
1) 設備所在建筑物的主要金屬構件和進入建筑物的金屬管道;
2) 供電線路含外露可導電部分;
3) 防雷裝置;
4) 由電子設備構成的信息系統。
大樓的計算機房六面應敷設金屬屏蔽網,屏蔽網應與機房內環形接地母線均勻多點相連。通過星型(S型結構或網形M型)結構把設備直接地以最短的距離連到鄰近的等電位連接帶上。小型機房選S型,大型機房選M型結構。機房內的電力電纜(線)、通信電纜(線)宜盡量采用屏蔽電纜。架空電力線由終端桿引下后應更換為屏蔽電纜,進入大樓前應水平直埋15m以上,埋地深度應大于0.5m,屏蔽層兩端接地,非屏蔽電纜應穿鍍鋅鐵管并水平直埋15m以上,鐵管兩端接地。
五、 接地系統
1、 接地的種類
供電系統用變壓器的中性點直接接地;以及電器設備在正常工作情況下,不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接,都稱為接地,前者為工作接地,后者為保護接地。配電變壓器低壓側的中性點直接接地,則此中性點叫做零點,由中性點引出的線叫做零線。用電設備的金屬外殼直接接到零線上,稱接零。在接零系統中,如果發生接地故障即形成單相短路,使保護裝置迅速動作,斷開故障設備,從而使人體避免觸電的危險。
2、 防雷接地
為使雷電浪涌電流泄入大地,使被保護物免遭直擊雷或感應雷等浪涌過電壓、過電流的危害,所有建筑物、電氣設備、線路、網絡等不帶電金屬部分,金屬護套,避雷器,以及一切水、氣管道等均應與防雷接地裝置作金屬性連接。防雷接地裝置包括避雷針、帶、線、網,接地引下線、接地引入線、接地匯集線、接地體等。為防止反擊,以往的防雷規范對防雷接地與其他接地之間提出一整套限制措施,即規定兩類接地體和接地線之間的最短距離。在有些情況下,間距無法拉開到規定值時,則要采用嚴密的絕緣措施。
六、避雷針
傳統避雷針
用避雷針防范直擊雷的避雷方式出現得最早,在使用中積累了大量統計資料,有較豐富的使用經驗,這對正確確定避雷針的保護范圍有著決定性的意義,目前世界各國關于避雷針保護范圍的計算機公式在形式上各有不同,大體上如下幾種計算方法:
折線法:即單支避雷針的保護范圍為一折線圓錐體。
曲線法:即多支避雷針的保護范圍為一曲線錐體。
直線法:即避雷針的保護范圍是以避雷針的針尖為頂點作一俯角的角度來確定,實質上保護范圍為一直線圓錐體。
"滾球法"是國際電工委員會(IEC)推薦的接閃器保護范圍計算方法之一;我國建筑防雷規范GB50057-94也采納"滾球法"。