自動化講義11雷電知識課件

自動化講義11雷電知識雷擊的危害

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，集成電路對電壓和電流脈沖的敏感程度越來越高，除直接雷擊影響外，雷電引起的沖擊過電壓和電流成為造成電子設(shè)備損壞和工作中斷新的主要因素之一。據(jù)廣東省防雷中心雷電災(zāi)害調(diào)查辦公室1996年就廣東省范圍調(diào)查報告顯示：1996年廣東全省發(fā)生雷電災(zāi)害1196起，直接經(jīng)濟損失約1.374億元，間接經(jīng)濟損失達5-10億元；僅深圳去年因雷暴造成損失就近6000萬元；而全世界每年的雷害損失超過100億美元，更多的雷災(zāi)損失表明，90%以上是感應(yīng)雷擊造成的。特別是最近兩年，全球氣候不穩(wěn)定，雷電災(zāi)害較以往頻繁，大部分用戶單位在直接開支中需占30%的費用，用來更換或維修因雷災(zāi)損壞的設(shè)備。因此，對雷擊的防護，尤其是感應(yīng)雷擊的防護，已經(jīng)成為郵電通信、電力、鐵路、銀行（計算機網(wǎng)絡(luò)）等行業(yè)重點關(guān)注和防范的課題。

一、形成雷擊主要有兩種形式：

直接雷擊感應(yīng)雷擊直接雷擊：雷擊直接擊在物體上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力,稱之為直接雷擊。

感應(yīng)雷擊：雷電放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電效應(yīng)和電磁感應(yīng)，可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花，稱之為感應(yīng)雷擊。感應(yīng)雷擊的入侵途徑1、通過電源線、信號線或天饋線引入感應(yīng)雷擊通過電感性耦合（磁感應(yīng)）耦合到各類傳輸線而破壞設(shè)備。電源線引入感應(yīng)雷擊市區(qū)以外的移動通信基站的供電線路大多采用架空明線。試驗表明，雷電頻譜在幾十MHZ以下頻域，主要能量集中分布在工頻附近。因此，雷電與市電相耦合的概率很高。信號線引入雷擊為了擴大信號覆蓋范圍，就要盡可能地增加天線架設(shè)高度（65m以上的鐵塔約占50%）。這樣，在提高信號覆蓋范圍的同時，也增加了鐵塔引雷的概率。當鐵塔上的避雷針引雷入地產(chǎn)生二次雷擊效應(yīng)是順塔而下的天饋線首當其沖。可一旦二次雷擊效應(yīng)以信號方式進入饋線時，收發(fā)信號設(shè)備端口損壞也就在所難免了。2、傳統(tǒng)避雷針的副作用產(chǎn)生二次感應(yīng)雷擊效應(yīng)，雷電電流經(jīng)過避雷針導(dǎo)地時感應(yīng)到市內(nèi)的傳輸線上。幾十年來的通訊設(shè)備是從電子管、晶體管向集成電路過渡的。由于電子管、晶體管的耐沖擊能力較強，因此二次雷擊效應(yīng)對電子管、晶體管通訊設(shè)備沒有造成太大損害。集成化度較高的微電子設(shè)備，其耐沖擊能力差受雷擊更易使微電子設(shè)備受到損壞。通過對部分雷擊事故的分析，發(fā)現(xiàn)許多雷擊事故都是在避雷針接地完好的情況下發(fā)生的。分析其原因就是二次雷擊效應(yīng)造成的。3、地點位反擊引入感應(yīng)雷擊通過阻性耦合方式經(jīng)數(shù)據(jù)線破壞設(shè)備。通過阻性耦合方式經(jīng)中線及地線破壞設(shè)備。上述各種耦和會產(chǎn)生高達6000伏（根據(jù)BS6651，CCITT，LIT，IEEE及我國相關(guān)標準）的瞬間電壓而破壞電子設(shè)備。二、雷擊的防護

1、直擊雷的防護

主要依據(jù)是國際電工委員會IEC1312_1～3《雷電電磁脈沖的防護》、《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》、《電子設(shè)備雷擊導(dǎo)則》、《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》等。目前，防避直擊雷都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)作為接閃器，然后通過良好的接地裝置迅速而安全把它送回大地。2、感應(yīng)雷的防護

（1）電源防雷

根據(jù)樓房建設(shè)的要求，配電系統(tǒng)電源防雷應(yīng)采用一體化防護，由于避雷器生產(chǎn)廠家的設(shè)計思想各不相同，相應(yīng)其避雷器的性能特點也不盡一致。

（2）信號系統(tǒng)防雷與電源防雷一樣，通訊網(wǎng)絡(luò)的防雷主要采用通訊避雷器防雷。目前，計算機遠程聯(lián)網(wǎng)常采用的方式有電話線、專線、X.25、DDN和幀中繼等，通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要為MODEM、DTU、路由器和遠程中斷控制器等。通常根據(jù)通訊線路的類型、通訊頻帶、線路電平等選擇通訊避雷器，將通訊避雷器串聯(lián)在通訊線路上。

（3）等電位連接

等電位連接的目的，在于減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差。防止雷電反擊。將機房內(nèi)的主機金屬外殼，UPS及電池箱金屬外殼、金屬地板框架、金屬門框架、設(shè)施管路、電纜橋架、鋁合金窗的等電位連接，并以最短的線路連到最近的等電位連接帶或其它已做了等電位連接的金屬物上，且各導(dǎo)電物之間的盡量附加多次相互連接。（4）金屬屏蔽及重復(fù)接地

在做好以上措施基礎(chǔ)上，還應(yīng)采用有效屏蔽，重復(fù)接地等辦法，避免架空導(dǎo)線直接進入建筑物樓內(nèi)和機房設(shè)備，盡可能埋地纜進入，并用金屬導(dǎo)管屏蔽，屏蔽金屬管在進入建筑物或機房前重復(fù)接地，最大限度衰減從各種導(dǎo)線上引入雷電高電壓三、關(guān)于雷電和浪涌電壓

閃電的平均電流：30,000A（目前記錄的最大值：300,000A）

閃電中心的空氣溫度：攝氏3000度90%以上的閃電是云層對云層放電過程

云層對地面的閃電次數(shù)：每秒種100次（全球范圍）

閃電的強度可達1000000000伏

一個中等強度雷暴的功率有10000000瓦（相當于一個小型核電站的輸出功率）每年因雷擊造成的直接損失超過1000000000美元（全球不含中國的統(tǒng)計）A.浪涌雷電是浪涌電壓的一種。浪涌也叫突波，顧名思義超出正常工作電壓的瞬間過電壓。B.SPD我們常常說的防雷器的英文是SPD-SURGEPROTECTIONDEVICE即[浪涌保護器]，因此防雷事實上是浪涌保護器的一種功能，由于雷擊的浪涌電壓和能量要遠遠高于其他種類浪涌電壓，所以我們通常稱SPD為防雷器了。各防雷分區(qū)說明：

1、IEC的防雷分區(qū)：LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2....

2、IEC的防雷分區(qū)通俗說明：LPZ0A-天空、沒有避雷針保護的大樓外部、上面沒有頂棚等覆蓋物的地面...等等雷電可能會直接擊中的的空間。如大樓頂部避雷針保護范圍之外的空間。LPZ0B-沒有避雷針保護的非屏蔽大樓內(nèi)部、有避雷針保護的大樓天臺受保護部分、避雷線下的電纜等等雷電不易直接擊中的LEMP沒有衰減空間。如大樓頂部避雷針保護范圍之內(nèi)的空間和沒有屏蔽的大樓內(nèi)部或有屏蔽大樓內(nèi)部的窗口附近。LPZ1-雷電不易直接擊中，但LEMP因屏蔽而衰減的空間。如上述屏蔽大樓內(nèi)部（不包含窗口附近）。LPZ2-在LPZ1區(qū)內(nèi)，再次屏蔽的空間。如上述屏蔽大樓的另外設(shè)立的屏蔽網(wǎng)絡(luò)中心。LPZ3-在LPZ2區(qū)內(nèi)，再次屏蔽的空間。如上述屏蔽網(wǎng)絡(luò)中心內(nèi)的機器金屬外殼內(nèi)部，或接地機柜內(nèi)部。3、通常我們把所有雷擊與浪涌的電源保護的措施分為"五級"

第一級：避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)等直擊雷的金屬引下接地等裝置-屬于外部防雷

第二級：IECCLASS-I進線端總電源防雷或LPZ0區(qū)進入LPZ1區(qū)界面的等電位連接-屬于內(nèi)部防雷

第三級：IECCLASS-II分配端的電源防雷或LPZ1區(qū)進入LPZ2區(qū)界面的等電位連接-屬于內(nèi)部防雷

第四級：IECCLASS-III設(shè)備端的電源防雷或LPZ2區(qū)進入LPZ3區(qū)界面的等電位連接-屬于內(nèi)部防雷

第五級：合格的通過正常設(shè)計和安裝的電子設(shè)備內(nèi)部應(yīng)該具備的基本浪涌吸收能力-基本浪涌吸收能力IECLPZ防雷分區(qū)

LPZ0A-易造受直接雷擊，因而可能必須傳導(dǎo)全部的雷電流。LEMP*無衰減（例如大樓外部，而且不在避雷針保護范圍內(nèi)的部分）。

LPZ0B-不易造受直接雷擊，但LEMP*無衰減（例如大樓外部，但在避雷針保護范圍以內(nèi)的部分）。

LPZ1-不易造受直接雷擊，但LEMP*比LPZ0B區(qū)有衰減（例如鋼筋水泥框架結(jié)構(gòu)大樓內(nèi)部）。

LPZ2-后續(xù)防雷區(qū)2，較LPZ1區(qū)進一步減小傳導(dǎo)電流或電磁場（例如大樓內(nèi)部的屏蔽機房）。

LPZ3-后續(xù)防雷區(qū)3，隨著要求可以進一步設(shè)立防雷分區(qū)（例如屏蔽機房內(nèi)的屏蔽接地的主機柜）。

IEC分級防雷

級間線路距離不能太短，避免前后級防雷器線路距離太近導(dǎo)致的前級防雷器不動作問題末級和設(shè)備間線路距離不能太長，避免前末級和設(shè)備間的線路感應(yīng)新的雷擊電壓，導(dǎo)致的設(shè)備端限制電壓超過安全值。

電源系統(tǒng)的保護--電源保護

信號系統(tǒng)的保護（包括有線通信、無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信、遙感遙測等）--信號保護

根據(jù)雷擊引入設(shè)備的渠道對可能遭受雷擊的設(shè)備實施防雷保護--從防雷方案看SPD絕大多數(shù)單位的內(nèi)部防雷，根據(jù)雷擊可能引入的途徑和感應(yīng)途徑不外乎從以下幾個方面進行保護：

1、電源三級防雷(IEC相關(guān)規(guī)定、三級防雷的要求及原因、分級防雷的級間距離、8/20和10/350波...)

2、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷(網(wǎng)絡(luò)防雷注意事項、各種形式的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)專線的防雷...)

3、通訊系統(tǒng)防雷(電話線路防雷、專線系統(tǒng)的防雷、無線通信...)

4、信號系統(tǒng)防雷(無線通信、監(jiān)控監(jiān)視信號、遙感遙測遙控...)

5、地電位均衡(地極防雷)(地電壓反擊、地電位均衡...)

隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，計算機的應(yīng)用已越來越廣泛。我們對復(fù)雜的雷電機理還在進一步深入了解研究，目前的防雷方