《高层建筑中室内电子设备的雷电保护技术毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层建筑中室内电子设备的雷电保护技术毕业论文（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南 京 气 象 学 院毕 业 论 文系 别 电子工程系 专 业 防雷专业 姓 名 任 艳 学 号 2000405211 论文题目高层建筑中室内电子设备的雷电保护指导教师 梅卫群 2004 年 6 月 4 日高层建筑中室内电子设备的雷电保护摘 要：本文介绍了雷击电子设备的各种途径，以及关于电子设备雷电防护的外部措施和内部措施。其中重点介绍了室内电子设备的内部防护措施，如电磁屏蔽、设备摆放位置等。并就高层建筑的等电位连接和接地系统进行了论述。关键词：高层建筑、电子系统、防雷、接地系统一、引言雷电是一种自然现象，其巨大能量所造成的轰鸣、强光和破坏，一直以来威胁着人类和地球上的一切生物。在现代生活中，
2、雷电除仍对生命造成危害，还使建筑物和森林等发生直接雷击而造成火灾。特别是高层建筑物，由于它们比一般建筑物高，所以更容易与下行先导会合，也就更容易遭受雷击。而且，若建筑物的高度比闪击距离还要大时，对于某个雷击先导，建筑物的侧面某处则可能处于该先导的闪击距离之内，于是受到侧击。 更严重的是，随着科学技术的发展，雷击对电力、广播电视、航空航天、邮电通讯、国防建设、交通运输、石油华工、电子工业等几乎是各行各业都产生严重的危害。尤其是随着信息技术的迅猛发展，计算机等微电子设备大量进入各类建筑物，由于其灵敏度高、耐压低，很容易受雷电电磁脉冲干扰，如果防雷系统有缺陷，一旦接闪装置接闪后，建筑物内的微电子设备
3、必然会受到影响，轻者导致有关设备误动作，重者会造成硬件的永久性损坏，以致通讯中断等严重性后果。二、雷击电子设备的途径雷击电子设备的途径可分为三种情况：(一)雷电直接击中电子设备网络物理线路落雷点为电源高电压侧,雷电沿供电线路侵入到电子设备系统供电部分,产生过电流与过电压造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电、致使整个系统瘫痪。 雷电直击网络无线通信的天线，沿天馈进入网络系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏。 雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、X.25专线、电话线）产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路损坏；过电压过电流沿通信有线线路侵入
4、到网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损坏。 (二)感应过电压雷电击中建筑物引起的过电压情况 1、 回路感应过电压由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路（如电源线、数据通信线、天馈线），这些线路网络结构布局错综复杂，在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路，当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与这回路相接的电子设备。2、线路感应过电压线路感应过电压是网络通信线路上感应过电压，分静电感应与电磁感应1） 静电感应主要是指架空线路设于雷击点附近，由雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电
5、感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷被速释放，形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线两测传播，侵入导线路端接的网络设备将其损坏。 2） 当雷电直接击在避雷针、避雷带上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，在雷电流的通道附近形成一个很强的感应电磁场。这强大的感应电磁场将直接感应在电源 线或网络通信设备上，形成感应过电压侵入到网络系统中，损坏网络设备。高强度（30KA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1KM范围内网络系统产生电磁感应作用，造成系统设备损坏。据统计，这种感应雷击占计算机雷击事故的70%以上。3、耦合与转移过电压雷击引起暂态高电压或
6、过电压常常可以通过网络线路耦合或转移到网络设备上，造成设备的损坏。(三)雷击地电位抬高入侵浪涌对邻近建筑物的危害建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至人身安全。这种由于接地技术处理不当引起地电位的反击，造成整个网络系统设备全部击毁。地电位暂态高电位危及到相邻建筑物内网络设备，如网络系统建筑物没有遭雷击又无采取过电压保护措施，附近建筑物遭雷击后，暂态高电位将沿地下管道传至网络设备接地系
7、统中对线路发生反击，使得与这些线路相连接的设备受到暂态高电位的损害。雷击过电压不管是雷电冲击波或者是地电位反击，都会在网络、线路或设备上产生瞬时的雷击过电压。雷击过电压又分为纵向过电压和横向过电压。 纵向过电压：在平衡电路某点出现的对地的过电压称之为纵向过电压。地电位上升起的电压，可看做是从地系统侵入的纵向过电压。 横向过电压：在平衡电路线与线之间，或不平衡电路的线对地之间出现的过电压称之为横向过电压。连接对称平衡传输线路的设备由于线路中两线分别对地的纵向过电压不平衡，或因纵向防护元件动作时间的差异，都会导致横向过电压的产生。 连接同轴电缆系统的电子设备，纵向过电压即为横向过电压。三、高层建筑
8、物的防雷措施1、雷电反击的防护 防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的瞬时高电位对附近金属物或电气线路的反击，应符合下列要求：（1）当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间不相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定： 第二类防雷建筑物 当lx5Ri时， Sa30.3kc(Ri+0.1lx) 当lx5Ri时， Sa30.075kc(Ri+lx) 第三类防雷建筑物 当lx5Ri时， Sa30.2kc(Ri+0.1lx) 当lx5Ri时， Sa30.5kc(Ri+lx) 式中：Sa3 空气中距离（m）； Ri 引下线冲击接地电阻（）； lx 引下线计算点到地面的长度（m）。（2）当金属物或电气线
9、路与防雷的接地装置之间相连或通过电涌保护器（SPD）相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定： 第二类防雷建筑物 Sa40.075kclx 第三类防雷建筑物 Sa40.05kclx 其中： Sa4 空气中距离（m）； lx 引下线计算点到连接点的长度（m）。 当利用建筑物结构内的钢筋或钢结构作为引下线，同时建筑物结构内的大部分钢筋、钢结构等金属物与被利用的部分连成整体时，金属物或线路与引下线之间的距离可不受限制。（3）当金属物或线路与引下线之间有自然接地或人工接地的钢筋混凝土构件、金属板、金属网等静电屏蔽物隔开时，金属物或线路与引下线之间的距离可不受限制。（4）当金属物或线路与引下线之间
10、有混凝土墙、砖墙隔开时，混凝土墙的击穿强度应为空气击穿强度的1/2。当距离不能满足1、2条的要求时，金属物或线路应与引下线直接相连或通过过电压保护器相连。（5）在电气接地装置与防雷的接地装置共用或相连的情况下：当低压电源 线路用全长电缆或架空线换电缆引入时，宜在电源线路引入的总配电箱处装设电涌保护器（SPD）；当配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处时，在高压侧采用电缆进线的情况下，宜在变压器高、低压侧各相上装设避雷器；在高压侧采用架空进线的情况下，除按国家现行有关规范的规定在高压侧装设避雷器外，尚宜在低压侧各相上装设避雷器。2、其他（1）无金属外壳或保护网罩的用电设备宜处在接闪器的保护范围内
11、，不宜布置在避雷网以外，并不宜高出避雷网。（2）从配电盘引出的线路宜穿钢管。钢管的一端宜与配电盘的外壳相连；另一端宜与用电设备的外壳、保护罩相连，并宜就近与屋面防雷装置相连，当钢管因连接设备而中间断开时宜设跨接线。（3）在配电盘内，宜在开关的电源侧与外壳之间装设电涌保护器。（4）在独立避雷针、架空避雷线（网）的支柱上严禁悬挂电话线、广播线、电视接收天线及低压架空线等，这样容易造成高电位侵入。四、室内电子设备的雷电保护1、屏蔽 （1）基本屏蔽措施建筑物和房间的外部设屏蔽措施，以合适的路径敷设线路，线路屏蔽。这些措施宜联合使用。所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起，并与防雷装置
12、相连，但第一类防雷建筑物的独立避雷针及其接地装置除外。为了降低雷击时辐射屏蔽使计算机的工作失效概率和元器件损坏概率，就需要对计算机采取良好的屏蔽措施。通常，应将计算机设备的金属外壳有效接地，使其发挥一定的屏蔽作用，对于从隔离变压器或稳压装置到机房配电盒的电源线应采用屏蔽电缆或穿金属管屏蔽。在机房中，空调设备的电源线和控制线也要穿金属管屏蔽电缆或采用金属桥架屏蔽，对于重要的计算机系统要采取对设备进行屏蔽乃至对整个机房进行屏蔽。（2）建筑电磁屏蔽屏蔽室的布置首先应该考虑远离干扰源，因而必须了解屏蔽室的周围环境。在高层建筑中，屏蔽室可以优先布置在底层或地下室。因为地面对电磁波有吸收作用，可以缩短接地
13、引线及降低接地电阻等。屏蔽室在楼层中应注意要远离电梯间、通风机房和空压机房等。屏蔽室的大小应由它的用途、测试对象、人员多少、造价以及使用空间的多少而定。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。屏蔽层仅一端做等电位连接和另一端悬浮时，它只能防静电感应，防不了磁场强度变化所感应的电压。为减少屏蔽芯线的感应电压，在屏蔽层仅一端做等电位连接的情况下应采用有绝缘隔开的双层屏蔽，外层屏蔽应至少在两端做等电位连接。（3）屏蔽对磁场强度衰减的影响在建筑物或房间的大空间屏蔽是由金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件组成时，这些构件构成一个格栅形大空间屏蔽，穿入这类屏蔽层的导电金属物应就近与其做等电位连接。当对屏
14、蔽效率未做试验和理论研究时，磁场强度的衰减应该按下列方法计算：在闪电击于格栅形大空间屏蔽以外附近的情况下，当无屏蔽时所产生的无衰减磁场强度H0，相当于处于LPZ0区内的磁场强度，应按下式计算：H0 = i0 / (2Sa) (A / m)式中：i0 雷电流（A） Sa 雷击点与屏蔽空间之间的平均距离当有屏蔽时，在格栅形大空间屏蔽内，即在LPZ1区内的磁场强度从H0减为H1，其值应按下式计算：H1 = H0 / 10 SF/20（A / m）式中：SF 屏蔽系数（dB）室内电子设备除了因为高层建筑物顶四层分流较大而应放在建筑物顶四层以下以外，在建筑物内，对于上式的计算值还应距屏蔽层有一安全距离d
15、S/1有效:dS/1 = w SF / 10 (m)式中： w 格栅形屏蔽的网格宽（m）在闪电直接击在位于LPZ0A区的格栅形大空间屏蔽上的情况下，其内部LPZ1区内VS空间内某点的磁场强度H1应按下式计算： （A / m）式中: dr 被考虑的点踞LPZ1区屏蔽顶的最短距离(m); dW 被考虑的点踞LPZ1区屏蔽壁的最短距离(m); kH 形状系数(),取kH=0.01();上式的计算值还应距屏蔽格栅有一安全距离dS/2的空间VS内有效:d S/2 = w信息设备应仅安装在VS空间内.信息设备的干扰源不应取紧靠格栅的特强磁场强度.流过包围LPZ2区及以上的格栅形屏蔽的分雷电流将不会有实质性的影
