《安全常識(shí)-災(zāi)害防范》之建筑物電源線路雷電波侵入防護(hù)

1、墓筑物電源線路雷電波侵入防護(hù)任何雷電防護(hù)理論都是在一定的物理?xiàng)l件下成立，科技的發(fā)展正在改變著我們身邊 的物理?xiàng)l件，使防雷理論的發(fā)展可分為機(jī)械時(shí)代、電氣時(shí)代和電子信息時(shí)代三大時(shí)期。 雷害問題從過去的以直擊雷的形式擊毀地上的人和物為主發(fā)展成為以通過金屬線傳輸 的雷電波為主；其防雷方法山簡單的避雷針、避雷帶防護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)锳DBSGP方法。雷電波侵入是指直擊雷或感應(yīng)雷從輸電線、通信電纜、無線電天線等金屬的引入線 引入建筑物內(nèi)，發(fā)生閃擊而造成的雷擊事故。這種事故的發(fā)生率很高，而且往往事故嚴(yán) 重。美國能源部系統(tǒng)在1 9 9 01 9 9 8年期間由于雷電引起事故高達(dá)4 6 1起，其 中電源線路過電壓造成的物理

2、性裝備損失約占8 0 %左右，計(jì)算機(jī)安全部門在1 9 9 8 年內(nèi)，雷電波侵入使1 0萬臺(tái)計(jì)算機(jī)受損，價(jià)值1 . 2億美元；1 9 9 6年6月6日， 重慶市農(nóng)業(yè)銀行大廈的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 因雷擊損失1 0 7萬元，其下屬的信托證券公司證券部通信網(wǎng)絡(luò) 中斷數(shù)小時(shí)，引起股民恐慌；1 9 9 9年8月2 0日，萬盛電信局遭雷擊，由于靂電波 侵入造成該區(qū)電信設(shè)備損壞，9 5 %以上電話（1.1萬余門）中斷信號(hào)，經(jīng)濟(jì)損失高 達(dá)2 5 0萬元；2 0 0 0年8月I I日，石坪橋衛(wèi)星發(fā)送臺(tái)遭雷擊，致使全市9 5 %尋 呼臺(tái)陷入癱瘓；2 0 0 2年3月1 2日和5月23日，渝北區(qū)雙鳳加油站兩次遭雷擊， 均

3、是雷電波從電源線引入造成加油機(jī)被雷擊壞：因此，研究靂電波侵入及防護(hù)非常有必 要。1雷電波侵入及危害1. 1雷電波侵入的方式雷電波侵入的方式通常有三種：其一是直擊雷擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓靂電波以波的 形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)；笫二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即山于靂云對 大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，他們在各種電線中感應(yīng)出兒 kV到兒十kV的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的；第三種是山于直擊 雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時(shí)，在地網(wǎng)上會(huì)發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)口千伏 的高電位，這高電位通過電力線的零線、保安接地線和通信系統(tǒng)的地線，也是以波的形 式傳入室內(nèi)，并

4、沿著導(dǎo)線傳播到別處，殃及更大范圍。其示意圖如圖1、圖2所示。1 . 2雷電波侵入的危害1.2. 1直擊雷（雷電直擊）的雷電波侵入危害所謂直擊雷，是指雷電直接擊中了架空電線或埋地電纜，靂電流以1/201 / 2的光速以波的形式向線路兩端移動(dòng)，對電力設(shè)備及用電設(shè)施構(gòu)成危害。靂擊時(shí)電流高 達(dá)兒十千安，最高達(dá)2 0 03 0 0 k A, 一般在2 04 0 k A,其時(shí)間甚短，一般 僅為1 01 0 0ns。雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓：U S 1 0 0 IUS：雷擊點(diǎn)過電壓最大值；I :雷電流幅值。實(shí)踐證明，在埋有電纜的地方，沿電纜埋設(shè)的線路落雷率要比其他地方落雷率高， 在土壤電阻率高的地

5、方尤其明顯，這是山于在土壤中埋下一條電纜就相當(dāng)于土壤中有一 條土壤電阻率特別低的帶，即在土壤電阻率高的地方，如果中間存在一塊低土壤電阻率 的地區(qū)，該地區(qū)受雷擊率特別高，這便是雷電直擊電纜的原因。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，雷電 直擊點(diǎn)的地面會(huì)出現(xiàn)大的孔洞，洞深可直達(dá)電纜。1.2. 2雷電反擊當(dāng)雷電擊中電纜附近大地時(shí)，落雷點(diǎn)的電位顯著升高，而電纜延伸至很遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)端 電位可視為零，所以雷擊點(diǎn)附近的電纜電位也兒乎為零，這樣一來，落雷點(diǎn)與電纜之間 便出現(xiàn)極大的電位差。如果這一電位差超過了雷擊點(diǎn)與電纜間的土壤耐壓強(qiáng)度所無法承 受的程度時(shí)，便擊穿土壤，形成了從雷擊點(diǎn)到電纜的電弧通道，大量雷電流涌向電纜。 這種雷擊，損

6、害程度與雷電直擊電纜相當(dāng)，同樣會(huì)造成電纜嚴(yán)重破壞。1.2. 3感應(yīng)過電壓的雷電波侵入危害（1）架空線路的雷電感應(yīng)過電壓雷云在起電、移動(dòng)和先導(dǎo)放電的過程中，對架空線會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使之產(chǎn)生異號(hào) 靜電位，一旦雷云對地放電導(dǎo)線中的束縛電荷成為自山電荷，以沖擊波的形式對稱地向 線路兩端移動(dòng)，電荷移動(dòng)所形成的電流（I ）乘以導(dǎo)線的波阻（Z）,即為雷電感應(yīng)電 壓。架空線路（無屏蔽）雷電感應(yīng)過電壓幅值，可用下列公式表示：U g = 2 5式中：Ug為感應(yīng)過電壓幅值；I為雷電流幅值；h d為導(dǎo)線距地高度；S為雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線垂直距離。根據(jù)南非郵電部CF博伊斯電信系統(tǒng)的保護(hù)論文資料可知，即使雷云沒有放 電，僅在雷云

7、起電和移動(dòng)過程中，也能在絕緣良好的短電話線路上產(chǎn)生1 02 0 k V 的感應(yīng)過電壓。產(chǎn)生相距大約為2 53 0 0 0 m的對地雷擊，一般將在架空電話線路 中感應(yīng)出高于1 0 0 0 V的過電壓，這必將產(chǎn)生相當(dāng)大的危害；（2）地下電纜的雷電感應(yīng)過電壓除了直接向電纜流入雷電流以外；山于云間放電，通過電磁感應(yīng)，也能在電纜上誘 發(fā)感應(yīng)電壓和電流。如果放電通道與電纜線路相平行，山于電磁感應(yīng)，將使電纜的導(dǎo)體 產(chǎn)生一定的縱向電動(dòng)勢，并隨之流過一定的電流。實(shí)際上電纜上的過電壓沖擊，絕大多 數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的。但因其能量一般較小、電壓低、電流弱，通常很少對電纜本身造成危 害，只能對電纜相連接端機(jī)或增音機(jī)構(gòu)成危害

8、。地下電纜的雷電感應(yīng)過電壓與雷擊點(diǎn)入地雷電流幅值、雷擊土壤電阻率，電纜與靂 擊點(diǎn)的距離、電纜掩埋深度、電纜屏蔽及其接地狀況等因素有關(guān)。感應(yīng)過電壓分為靜電 感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩部分，對于輸電線路來講，其過電壓以靜電感應(yīng)為主。國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表 明，若有5 k A雷電流流入接地網(wǎng)，在其附近51 0 m遠(yuǎn)的無屏蔽電纜上將感應(yīng)5 7. 5 k V的過電壓。但電纜有金屬護(hù)套，并且兩端做良好接地，則感應(yīng)過電壓幅值將 在2 5 0750 V之間。2雷電波侵入防護(hù)2 . 1電源線路進(jìn)線方式電源線路進(jìn)入建筑物通常有兩種方式：架空線路或埋地引入。為了防止或減少雷電 波的侵入，室外電源線路宜全線埋地敷設(shè)或距建筑物1 5m處采

9、用鎧裝電纜段或無鎧裝 電纜穿鋼管埋地引入，進(jìn)入建筑物內(nèi)總配電箱或電源配電柜，然后分線進(jìn)入用戶。2. 2電源線路的接地與等電位連接電源供電系統(tǒng)通常采用TN-C-S系統(tǒng)，在電源進(jìn)線點(diǎn)進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)（ME B）。另外，電纜外導(dǎo)體對內(nèi)導(dǎo)體有靜電屏蔽作用，電纜的外導(dǎo)體同內(nèi)導(dǎo)體形成電容很 容易將芯線上高頻性質(zhì)的感應(yīng)電荷泄放入地，可一定程度限制較低的感應(yīng)雷電波侵入。 這就要求將電纜金屬外皮、鋼管等在進(jìn)出建筑物處同電氣設(shè)備的接地極相連。這種方式 將極大減少高電位引入的威脅。在電纜進(jìn)用出戶處將電纜外皮及保護(hù)鋼管與電氣設(shè)備接 地極連接，在轉(zhuǎn)換處應(yīng)裝設(shè)低壓配電線路適用的避雷器，另要將避雷器、電纜金屬外皮、 絕緣子鐵腳、金具連在一起接地。建筑物防直擊雷接地極同電氣接地極共同泄放直擊雷電流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)接地極上雷電 流經(jīng)電阻耦合的高電位引入情況，這就需要在線路進(jìn)戶處必須裝設(shè)一組避雷器，將高電 位鉗制在安全值。對保護(hù)耐壓較低的家電產(chǎn)