第二部分 系統(tǒng)工程

1、 防雷工程師培訓(xùn)資料現(xiàn)代防雷技術(shù)中的內(nèi)部防雷電磁兼容（EMC）是近年來發(fā)展很快并受到廣泛重視的學(xué)科領(lǐng)域。IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）對(duì)EMC的定義是：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對(duì)該環(huán)境中任何事物產(chǎn)生不允許的電磁騷擾的能力”。電磁騷擾（EMD）定義是：任何可能引起設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩盁o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可能是電磁噪聲，無用信號(hào)或傳播媒介自身的變化。電磁噪聲與EMD術(shù)語(yǔ)有相似的含義，指“一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號(hào)疊加或組合?！彪姶膨}擾源分為自然騷擾源和人為騷擾源。典型的自然騷擾源有：（1）雷擊電磁脈沖LEMP，又稱大氣噪聲；（2）

2、太陽(yáng)噪聲，太陽(yáng)黑子活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁暴；（3）宇宙噪聲，來自銀河系；（4）靜電放電ESD；人為騷擾源較多，典型的有：（1）電力網(wǎng)絡(luò)中操作過電壓SEMP；（2）核致電磁脈沖NEMP；（3）高壓配電系統(tǒng)對(duì)地短路造成過電壓；其它家電、高頻設(shè)備、電力設(shè)備、內(nèi)燃機(jī)、無線電發(fā)射和接收設(shè)備、高速數(shù)字電路設(shè)備等，通過放電噪聲、接觸噪聲、過渡現(xiàn)象、反射現(xiàn)象、非功能性噪聲和無用信號(hào)等電磁騷擾的發(fā)生機(jī)理均會(huì)造成電磁干擾。在IEC61312-1中對(duì)LEMP定義為：“作為干擾源的閃電電流和閃電電磁場(chǎng)?！盙B50057-94局部修改條文定義為：“作為干擾源的直接雷擊和附近雷擊所引起的效應(yīng)。絕大多數(shù)是通過連接導(dǎo)體的干擾，如雷電

3、流或部分雷電流，被雷電擊中的裝置的電位升高以及磁輻射干擾。”LEMP屬由于放電而產(chǎn)生的噪聲，由于雷云之間或雷云與大地之間產(chǎn)生火花放電，往往伴隨著急劇的電流、電壓的瞬時(shí)變化，即di/dt或du/dt很大。與NEMP相比LEMP的電磁場(chǎng)強(qiáng)度、陡度和破壞范圍都弱得多，但雷電這一大氣物理現(xiàn)象，每次釋放的數(shù)百兆焦?fàn)枺∕J）能量與足可影響敏感設(shè)備的毫焦?fàn)枺╩J）能量相比相差懸殊。1971年美國(guó)通用研究公司RD希爾用仿真試驗(yàn)建立模式證明：由于雷電干擾，對(duì)無屏蔽的計(jì)算機(jī)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=0.07GS時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)誤動(dòng)作；當(dāng)Bd=2.4GS時(shí)，計(jì)算機(jī)設(shè)備會(huì)永久性損壞。隨著人類在1973年將1萬個(gè)元件安置在1cm2

4、面積上標(biāo)志著進(jìn)入信息時(shí)代，這個(gè)數(shù)值在逐漸變小。特別是電子技術(shù)從本世紀(jì)六十年代的電子管元器件發(fā)展到八十年代大型集成電路以來，元件的耐受能量已由0.110J降至108106J，因而設(shè)備損壞率驟然升高。各種設(shè)備、元件摧毀能量參見圖1?，F(xiàn)代防雷技術(shù)是一系統(tǒng)工程現(xiàn)代防雷技術(shù)涉及到許多行業(yè)，其中有使用維護(hù)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)施工系統(tǒng)、設(shè)備生產(chǎn)制造系統(tǒng)、防雷裝置生產(chǎn)、檢測(cè)系統(tǒng)等。從技術(shù)角度上看也是一系統(tǒng)工程。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)愈合理，系統(tǒng)的各個(gè)組成部分（或要素）之間的有機(jī)結(jié)合就越合理，相互之間的作用就越協(xié)調(diào)，才能使整個(gè)系統(tǒng)在總體上達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。比如防雷設(shè)計(jì)首先要從被保護(hù)物所在地理、氣象環(huán)境出發(fā)，要從被保護(hù)物的重要性和復(fù)雜

5、性以及雷擊的后果嚴(yán)重程度出發(fā)。在設(shè)計(jì)中要考慮現(xiàn)有的保護(hù)裝置的有效利用，要與供電系統(tǒng)的型式、暴露程度，所有線纜的架設(shè)，設(shè)備自身的耐壓水平，選用防雷裝置的特性及其有機(jī)配合，以及裝設(shè)后對(duì)設(shè)備的正常工作是否產(chǎn)生不允許的影響，雷擊發(fā)生后的反應(yīng)和自復(fù)能力等等復(fù)雜的因素進(jìn)行綜合考慮，當(dāng)然，還應(yīng)考慮投資與效益的關(guān)系。進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施前面我們?cè)岬街袊?guó)電力科學(xué)研究院許穎副院長(zhǎng)的“三條防線”原則：（1）將絕大部分雷電流直接引入地中泄散；（2）阻塞侵入波沿引入線進(jìn)入設(shè)備的過電壓；（3）限制被保護(hù)物上雷電過電壓的幅值。三條防線，互相配合，各行其責(zé)，缺一不可。鑒于有人一再片面宣傳“傳統(tǒng)防雷系統(tǒng)有缺陷”，“避雷針起到

6、引火燒身的作用，”并由此推理推薦使用“消雷器”因而有必要介紹IEC61312-1。對(duì)外部防雷裝置的功能評(píng)價(jià)。（見圖6）圖6圖6在IEC標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施之間的雷電流分配進(jìn)行了估算，認(rèn)為全部雷電流有50%經(jīng)外部防雷裝置而安全導(dǎo)入大地，剩余的50%雷電流將平均分配到進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施上。這也為估算電源線、信號(hào)線上的過電壓、過電流水平提供了理論依據(jù)。在GB50057-94局部條文修訂條文（征求意見稿）中特別指出：“一個(gè)信息系統(tǒng)可能設(shè)于這樣的建筑物內(nèi)，該建筑物按本規(guī)范第二章的規(guī)定不屬于任何一類防雷建筑物，即不需要防直擊雷，在這種情況下，當(dāng)信息系統(tǒng)按本節(jié)第6.1.1條的規(guī)定（注：是否需要防L

7、EMP，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)合理考慮，對(duì)投資與間接損失分析）需要防LEMP時(shí)，該建筑物宜按第三類防雷建筑物采取防雷措施?！钡谝徽隆?雷電防護(hù)區(qū)按EMC原理將建筑物按需要防護(hù)的空間由表及里劃分為不同的雷電防護(hù)區(qū)（LPZ），有如下實(shí)際意義：可以計(jì)算出各LPZ內(nèi)空間雷擊電磁脈沖的強(qiáng)度，以確認(rèn)是否需采取進(jìn)一步的屏蔽措施?？梢源_定等電位連接的位置（一般是各LPZ區(qū)交界處）?？梢源_定在不同LPZ交界處選用電涌保護(hù)器的具體指標(biāo)?？梢赃x定敏感電子設(shè)備的安全放置位置?？梢源_定在不同LPZ交界處等電位連接導(dǎo)體的最小芯線截面。IEC61312-1將LPZ分為以下各區(qū)：LPZ 0A：直擊雷非防護(hù)區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷

8、擊和導(dǎo)走全部雷電流，本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)沒有衰減，屬完全暴露的未設(shè)防區(qū)。LPZ 0B：直擊雷防護(hù)區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體很少遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)電磁場(chǎng)沒有衰減，屬充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)。（本區(qū)一般在外部防雷裝置接閃器保護(hù)范圍之內(nèi)，從理論上本區(qū)不可能遭受直擊雷，而事實(shí)上有這種可能）LPZ 1：第一屏蔽防護(hù)區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，在本區(qū)內(nèi)所有導(dǎo)電部件上的雷電流比LPZ 0區(qū)內(nèi)的電流進(jìn)一步減小。本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)因屏蔽措施而有所衰減。（本區(qū)一般指在鋼筋結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)）LPZ 2：第二屏蔽防護(hù)區(qū)：為了進(jìn)一步減小導(dǎo)電部件上的雷電流和電磁場(chǎng)而引入的后續(xù)雷電保護(hù)區(qū)。LPZ n：第n屏蔽防護(hù)區(qū)：需要進(jìn)一步減小

9、雷擊電磁脈沖，以保護(hù)敏感度水平高的設(shè)備的后續(xù)雷電保護(hù)區(qū)。對(duì)一座建筑物，可以分為若干個(gè)雷電防護(hù)區(qū)，見圖11，此圖分析了LPZ的劃分并指出了做等電位連接的位置。圖11 注 ：表示在不同雷電防護(hù)區(qū)界面上的等電位連接帶 ：分別表示起屏蔽作用的建筑物外墻，房間或其它屏蔽體LPS ：表示外部防雷裝置虛線 ：表示按滾球法計(jì)算LPS的保護(hù)范圍和 ：為天面或地面的天線 ：交流配電屏（室）第二章、 屏蔽保護(hù)技術(shù)（一）屏蔽的分類：屏蔽可按原理分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和磁屏蔽三種，要求按屏蔽對(duì)象而使有不同的屏蔽材料，如低電阻金屬材料、高導(dǎo)磁率高飽和的磁性材料等。其材料形狀可分為板式、網(wǎng)式和薄膜式三種。對(duì)雷擊電磁脈沖的屏

10、蔽具體可分建筑物屏蔽、設(shè)備屏蔽和各種線纜（包含管道）的屏蔽。建筑物的屏蔽可利用建筑物的鋼筋、金屬構(gòu)架、金屬門窗、地板等均相互連接在一起，形成一個(gè)法拉第籠，并與地網(wǎng)有可靠的電氣連接，形成初級(jí)屏蔽網(wǎng)。設(shè)備的屏蔽應(yīng)在對(duì)電子設(shè)備耐過電壓水平調(diào)查的基礎(chǔ)上，接LPZ施行多級(jí)屏蔽。屏蔽的效果首先取決于初級(jí)屏蔽網(wǎng)的衰減程度，其次取決于屏蔽層對(duì)于入射電磁波的反射損耗和吸收損耗程度。在屏蔽中要特別注意對(duì)各種“洞”的密封，除門、窗外，重點(diǎn)對(duì)入戶的金屬管道、通信線路，電力線纜入口作好屏蔽。各種線纜均要采取屏蔽措施，金屬絲編織網(wǎng)、金屬軟導(dǎo)管、硬導(dǎo)管、棧橋均可用于屏蔽線纜。雷電流的“趨膚效應(yīng)”可使相當(dāng)大的一部分電流沿屏蔽

11、層接地端口泄入大地。在線纜的屏蔽中應(yīng)注意以下四點(diǎn)：其一是屏蔽管線的接地：一般要求入戶線在入戶前應(yīng)埋入地中水平距離15m以上，如條件不允許時(shí)，應(yīng)盡可能加長(zhǎng)入戶屏蔽層或棧橋長(zhǎng)度，且最少在前后兩端做良好接地。測(cè)量結(jié)果表明，電線（纜）屏蔽層一端接地時(shí)可將高頻干擾電壓降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，兩端接地時(shí)可降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。其二是電纜連接器的屏蔽往往會(huì)被忽視，良好的連接器當(dāng)它的插頭與插座配合好以后，其屏蔽效果應(yīng)等于或優(yōu)于所連接同等長(zhǎng)度屏蔽電纜的屏蔽效果，最佳辦法是沿電纜的周邊，把屏蔽層與連接器沿周長(zhǎng)連起來，實(shí)現(xiàn)沿周長(zhǎng)360的連接，或使用盡可能短的附加連線將連接器兩端電纜屏蔽相連，或利用插頭的一備用芯將兩端屏蔽相連。其

12、三是使用金屬絲編制網(wǎng)屏蔽電纜，因其重量輕，使用方便而廣為應(yīng)用，但是在電磁波頻率較高時(shí)，其波長(zhǎng)接近編織層網(wǎng)孔尺寸時(shí)，波的透入將增加，因此，最好再穿一層金屬管。其四光纜介質(zhì)沖擊擊穿強(qiáng)度約為40KV，比同軸電纜和對(duì)稱電纜（5KV左右）大的多，同時(shí)光中繼站多采用當(dāng)?shù)毓╇?，雷電沿線侵入中繼設(shè)備或終端設(shè)備的幾率很小，直埋光纜很少受雷擊，但光纜的金屬保護(hù)層或內(nèi)部加固金屬芯會(huì)減弱防雷效果，因此，也有必要采取屏蔽措施，并在光纜進(jìn)入光端機(jī)之前將金屬芯和防護(hù)金屬層斷開，進(jìn)行等電位連接。埋地線纜也存在著直接雷擊的問題，有必要時(shí)應(yīng)安避雷線加以保護(hù)。 第三章、 等電位連接和共用接地系統(tǒng)在防雷裝置的設(shè)置上人們往往比較注意外

13、部防雷裝置和內(nèi)部的電涌保護(hù)，容易忽視等電位連接在雷電防護(hù)的重要作用。有時(shí)還特意設(shè)置單獨(dú)的接地裝置，單獨(dú)的引下線，還錯(cuò)誤的提出“共網(wǎng)不共線，分類接地網(wǎng)，不串不共用，一點(diǎn)接地法”的口號(hào)，一方面給設(shè)計(jì)施工增加了難度和增大了開支，另一方面違背了等電位的基本原理，會(huì)給被保護(hù)設(shè)備以及人身安全造成潛在的威脅。（一）基本概念防雷等電位連接是將分開的導(dǎo)電裝置各部分用等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器(SPD)做等電位連接。它包括在內(nèi)部防雷裝置中，其目的是減小建筑物金屬構(gòu)件與設(shè)備之間或設(shè)備與設(shè)備之間由雷電流產(chǎn)生的電位差。防雷等電位連接區(qū)別于電氣安全的等電位連接，最主要是將不能直接連接的帶電體通過電涌保護(hù)器做等電位連接。等

14、電位連接網(wǎng)絡(luò)是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的外露各導(dǎo)電部分做等電位連接的各導(dǎo)體所組成的網(wǎng)絡(luò)。共用接地系統(tǒng)是一建筑物接至接地裝置的所有互相連接的金屬裝置(包括外部防雷裝置)，并且是一個(gè)低電感的網(wǎng)形接地系統(tǒng)。接地基準(zhǔn)點(diǎn)是一系統(tǒng)的等電位連接網(wǎng)絡(luò)與共用接地系統(tǒng)之間唯一的一點(diǎn)連接點(diǎn)。信息系統(tǒng)的等電位連接：各種形式的電子系統(tǒng)的應(yīng)用在不斷增加，這些系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、控制系統(tǒng)等，在國(guó)際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)中將它們統(tǒng)稱為信息系統(tǒng)。對(duì)信息系統(tǒng)的外露導(dǎo)電部分應(yīng)建立等電位連接網(wǎng)絡(luò)，原則上一個(gè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)不需要連到大地，但通常所考慮的所有等電位連接網(wǎng)絡(luò)都會(huì)有通大地的連接。其它防護(hù)技術(shù)1在中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)”建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范“CECS72：97中對(duì)布線與干擾源的最小間距做出了隔離的規(guī)定。2濾波技術(shù)，使用濾波器是由電感、電