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1、雷电防护与防雷工程 防雷中心 前言雷电灾害是最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷击造成的人员伤亡和财产损失严重。随着社会经济的发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响越来越大，仅2004年我国就发生雷电灾害8892起，死亡人数达770人。本市是雷电多发地区，年平均雷暴日30天，最多年份达43天。1998年4月19日我市某局一次雷击损失设备一百多万元，2000年7月市电话局两个分局遭雷击损失设备、通信中断，2004年6月我市静海县大邱庄某变电站遭雷击损失300多万元，2004年6、7月本市金融系统110报警系统有十几个站遭雷击损毁，2005
2、年南开城西供电某10KV高压线遭雷击连带电死一少年。2006年6月7日、8月25日天津钢管集团有限公司220KV总降压变电站，33KV SVC系统两次雷击事故造成直接经济损失700多万。2007年7月津沧高速天津收费站遭雷击损毁通讯、监控、收费系统瘫痪，造成重大经济损失。2007年7月9日汉沽区八仙里居民楼遭雷击，13户居民家电、计算机损坏。2008年6月23-29日连续的雷雨天气中发生几十起雷击事故，河东区六纬路万隆大厦6月23日遭雷击，6部电梯损坏5部。6月27日津南区某机关遭雷击，总配电柜安装的电涌保护器烧毁、通讯机房多台设备损坏，造成通讯系统瘫痪。 近三年来据不完全统计，我市每年发生雷
3、击事故都在百起以上。足以证明我市的雷击灾害呈逐年上升趋势，雷电灾害已成为影响本市经济建设和人民生命财产安全的重要因素。我市在“中华人民共和国气象法”颁布实施以来，加强了防雷减灾的管理，1999年市政府下发了【99】81号文件“天津市防雷减灾管理办法”。2003年12月颁布了“天津市气象条例”，2006年国务院办公厅和天津市政府分别下发了“关于进一步做好防雷减灾工作的通知”，对进一步加强防雷减灾工作提出了明确要求。2007年5月重庆开县发生12名小学生遭雷击死亡重大事故后，中央十分重视，教育部、中国气象局联合下发文件，要求全国各地作好中、小学雷电防护工作。 上述文件、法规的实施促进了本市防雷减灾
4、事业的大发展，全民防雷减灾意识大为提高。从雷电防护技术层面上看，国家加大了制订防雷技术标准的力度，以赶上防雷技术国际先进水平。等同采用国际标准是提高防雷技术水平的重要措施。2007年1月全国雷电防护标准化技术委员会讨论通过了等同采用IEC62305 -2006 雷电防护1-4的送审稿，即IEC62305-1 雷电防护 第1部分： 总则、IEC62305-2 雷电防护 第2部分： 风险管理、雷电防护 第3部分： 建筑物的物理损坏和生命危险、雷电防护 第4部分：建筑物内的电气和电子系统 。这四本防雷技术标准是国际电工委员会各国防雷专家的技术结晶，具有科学、全面的防雷理论、防雷工程设计施工的技术水平
5、，是指导我们做好雷电防护工作的首选依据。另外，中国气象局作为防雷主管部门，这几年组织制订了一系列防雷行业标准，如：雷电灾害风险评估技术规范、雷电灾害调查技术规范、易燃易爆场所防雷装置检测技术规范、自动气象站场室防雷技术规范、电涌保护器（SPD）测试方法、防雷工程专业设计图形符号规范等。由中国气象局提出， 全国雷电防护标准化技术委员归口编制的国家标准建筑物防雷装置检测技术规范GB/T 21431-2008于2008年10月1日正式实施。这将对做好雷电防护工作（包括防雷工程设计、施工）起到很好的指导作用。在防雷管理、雷电防护技术服务大发展的同时，我们也意识到我市在雷电监测、预警方面滞后于单体雷电防
6、护技术的发展，与国际先进国家有较大的差距。作为防雷减灾的国务院主管机构，中国气象局要求加强雷电监测和预警预报服务。权循刚局长在2008年全市气象工作会议报告中要求“加强雷电监测建设和业务系统雷电防护能力建设，建立全市闪电定位监测网，在重点区域布设电场仪。” 2008年5月防雷中心按市局的要求建设了天津市奥运足球场大气电场监测网络 ，该监测网络在2008年雷雨季节成功预报了15次雷暴过程。今后大气电场监测网络将对雷电发生的监测预警、雷电风险评估、雷电灾害的调查鉴定工作发挥更大的作用。同时也将对防雷工程设计发挥更大的作用。一. 雷电防护的主要定义、术语 1. 雷击 lightning stroke
7、雷云对大地及地面物体、生命体的放电 2. 雷电流 lightning current流过雷击点的电流 首次雷击的雷电流参数 雷电流参数 建筑物防雷类别 类 类 类 I幅值（kA） 200 150 100 T1(波头时间s) 10 10 10 T2（半值时间s） 350 350 350 Qs（电荷量库仑） 100 75 50 W/R 单位能量（MJ/） 10 5.6 2.5 3. 雷电电磁脉冲 lightning electromagnetic pulse(LEMP)与雷电放电相联系的电磁辐射。所产生的电场和磁场能够耦合到电气或电子系统中，产生破坏性的浪涌电流或浪涌电压。4. 屏蔽 shield
8、ing一个外壳、屏障或其他物体，能够削弱一侧的电、磁场对另一侧的装置或电路的作用。5. 外部防雷系统 external lightning protection system由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用于防护直击雷的防雷装置。6. 内部防雷系统 internal lightning protection system除外部防雷装置外，其他附加设施均为内部防雷装置，主要用于减小和防护在需要防护空间内所产生的电磁效应。7. 共用接地系统 common earthing system将各部分防雷装置、建筑物金属构件、低压配电保护线（PE线）。设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地和信息设备逻辑
9、地等连接在一起的接地装置。8.等电位连接 equipotential bonding ，bonding 将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。 9. 电涌保护器 surge protective device(SPD)用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含一个非线性的元件。10.标称放电电流In nominal discharge current 流过SPD，8/20s电流波的峰值电流。 用于对SPD做级分类试验，也可用于对SPD做级和级分类试验的预处理。11.冲击电流Iimp impulse current 规定包括幅值电
10、流Ipeak和电荷Q。 12.残压 residual voitage 在放电电流通过时，在SPD端子间呈现的电压峰值。 13滚球法 ro11ing sphere method 滚球法是以hr为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部分滚动，当球体只能触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只能触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不能触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。二.综合防雷工程 雷电的危害是世界公认的十大自然灾害之一，自然界的雷击分为直击雷和雷电感应高电压及雷电电磁脉冲辐射(LEMP)两大类。直击雷是雷雨云对大地和建筑物的放电现象。它以强大的冲击电流，
11、炙热的高温，猛烈的冲击波，强烈的电磁辐射损坏放电通道上的建筑物、输电线、室外设备，击死击伤人畜。造成局部财产和人、畜伤亡。雷电感应及雷电电磁脉冲是由于雷云之间和雷云与大地之间，与建筑物之间放电时，在放电周围产生的电磁感应。雷电电磁脉冲辐射以及雷云电场的静电感应，使建筑物上的金属部件，如管道、钢筋、电源线、信号传输线、天馈线等感应出雷电高电压，通过这些线路进入室内的管道、电缆、连线、桥梁等引入室内造成放电损坏电子、微电子设备。全国每年雷电造成的损失高达数十亿元。富兰克林发明避雷针时以及以后的270多年间，电子设备并不多，雷电电磁脉冲的危害现象也不明显，人们自然就想不到对它进行防御，只要防护直击雷
12、就足够了。然而，当今社会电子设备大量应用，特别是电子计算机技术、通信技术的高速发展和日益普及，雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲的危害明显增加，为了确保电子信息设备的正常工作，近年来雷电防护也由富兰克林避雷针防直击雷发展到综合防护的新阶段。综合防雷的六大措施就是接闪、接地、泄流、等电位连接、屏蔽、安装电涌保护器(SPD)。接闪、接地、泄流是直击雷防护的主要方法，也是雷电防护的基础。雷电综合防护的另一个重要的原则就是等电位连接和电磁屏蔽。等电位连接的目的在于减小防雷空间内各金属部件及各系统之间的电位差，并减小建筑物内的磁场强度。通过将建筑物上及建筑物内所有金属部件多重连接，从而建立一个三维的网络形的
13、等电位网络。所称金属部件含：金属装置、设备机柜、电缆金属槽、公用设施金属管道，混凝土中的钢筋，活动地板及其他结构部件等金属部件。这些互连的金属部件形成了等电位网络。电气装置的保护地PE应并入等电位连接网络中，并入等电位网络的还有金属屋顶、金属门窗等。为了将电气和电子设备的机柜外壳和机架并入等电位连接网络，同时为在LPZ的界面处、公共设施、电力和信号导线和电缆作等电位连接的需要，应该安装一些等电位连接排。屏蔽是减小电磁干扰的基本措施。可采取外部屏蔽措施，适当的布线措施，线路屏蔽措施 ，上述措施可组合使用。屏蔽的机理是利用低阻金属材料制成容器，使其内部的电力线不传到外部，而外部的电力线也不影响内部
14、，把电场经过在屏蔽壳体接地来实现。低频磁场屏蔽(雷电波能量集中于低频段)是指甚低频(VLF)和极低频(ELF)的磁场屏蔽。它是利用高导磁材料具有低磁阻的特性，使磁场尽可能通过磁阻很小的屏蔽壳体，而尽量不扩散到外部空间。屏蔽壳体对磁场起磁分路作用。其屏蔽应能主要取决于屏蔽材料的磁导率。在防雷工程设计中应采用铁质金属管、金属槽，对信号线实施电磁屏蔽。特别是对于年平均雷暴日超过60天的强雷区尤为重要。综合防雷工程设计的第6项措施是安装电涌保护器(SPD)，主要在低压配电线路、信号线路、控制线路、高频馈线端口处安装。要特别提出的是低压配电线路，据GB50057-94 (建筑物防雷设计规范)解释条文第3
15、.4.9条第2款论述：根据以前的调查，沿低压架空线路侵入高电位而造成的事故占总雷害事故的70以上。对于设置有变压器的气象台应在其低压侧总空开下端安装开关型（10/350s）电涌保护器，该项要求在GB50057-94第3.3.8条第五款 规定“在电气接地装置与防雷的接地装置共用或相连的情况下 ：当电源线路用全长电缆或架空换电缆引入时，宜在电源引入的总配电箱处装设过电压保护器；当Yyno型或Dyn11型接线的配电变压器设在本建筑物或附设于外墙处时，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，宜在低压侧各相上装设避
