防雷技术的工程设计关键研讨

防雷技术的工程设计关键研讨

1现代防雷技术的措施

1.1连接

这里所讲的连接指的是“均衡连接”,或者“等电位连接”。它也是一种非常重要的现代防雷措施。由于闪电电源类似于一种电流波,防雷电装置则是为雷电流提供低阻抗通道。因此,用导线将闪电流流通部位和周围构筑结构(或设备)某些部分连接起来,便可以实现等电位;当有闪电经过时,各处的电位可以同时得到升高,也就不会再有旁侧的闪络放电。

1.2传导

闪电传导器也被称作避雷针,它的功能是将闪电传导给大地,这也是富兰克林对避雷针的精确定义。他所采取的措施至今为仍被证明是有效的,因而得到了广泛的应用。而对于具有直接危害的云地闪而言,采取此措施,可以把闪电吸引到接闪器上,继而把闪电传导入地,并将它的能量分散到地下,从而达到保护地上建筑的目的。

1.3分流

近几年来,频繁发生的雷灾大多数是采用分流措施来进行防御的。如上文所述,通过把引来的导线与接地体或接线之间并联一个避雷器,当室外线路上产生过电压,并沿这些导线进入室内时,避雷器的电阻会突然接近短路状态,可以达到闪电电流分流入地的目的。除此之外,若能在内部线路处安装避雷器,实现多级分流则可以取得更好的防御效果。

1.4接地

接地是为防止直击雷害的一套系统。只有良好的接地才能将闪电的能量泻放入地,从而降低引下线上的电压。接地工作也是一种基础工作,它主要是为其他防雷措施服务,接地工作没做好,其他措施都无法得到有效实施。因此,接地在整个防雷系统工程中的作用十分关键,需要加大在经济方面的投入。

1.5屏蔽

屏蔽,指的是用金属网、箔、壳(或管子)等导体把保护对象全部包围,通过这种手段能使闪电电磁脉冲波的入侵通道被全部阻断,而使得闪电无隙可乘。屏蔽防雷技术措施主要用于升压站、变电站以及电厂的送出电等建筑群。

2现代防雷技术的工程设计要点

现代防雷技术的工程设计关键点主要指的是雷电感应、雷电波入侵、防雷击电磁脉冲等防护工程设计和多级分流设计。具体而言,包括以下三个要点:①利用联合共用接地网技术降低电位差。②对进出建筑物连接仪器设备进行多级线路屏蔽与等电位连接。③在各个防雷区界面安装各种SPD。本文以信息系统的防雷技术为例,探讨现代防雷技术的工程设计关键点。

2.1供电线路的设计关键点信息系统供电线路的设计关键点主要表现在以下几个方面:

(1)屏蔽和等电位连接

屏蔽和等电位连接指的是利用建筑物外部的屏蔽措施,采取合适的方法对主要线段进行屏蔽包装、等电位连接,从而达到拦截直击雷、雷电感应过电压、减少雷电磁场强度的目的。

(2)安装电源SPD

安装SPD时需要综合考虑以下五种因素:①雷电防护区域的划分。②建筑物外部防雷设施及建筑物屏蔽层的分流。③依据雷击危险度对防雷防护等级进行评估。④确保SPD的级数、级与级之间的协调是否良好。⑤掌握区分不同供电接地制式和SPD非线性元件的特性。所选SPD需具有良好的兼容性、对被保护设备或线路无干扰、而且响应速度快、通流容量大、漏电流小、性能稳定。与此同时,SPD安装线应越短越好、并具备劣化指示及过电流保护的功能。一旦级与级之间的安全距离不够时,应采用串接退耦的装置,且该装置的通流量应该与供电线路的负载电流相配合,并留有余量。另外,SPD非线性元件的残压与安装线上的电感电压降、电阻电压降之和需小于等于被保护设备的耐压水平。因此,安装线长度不应超过0.5m,保证尽可能的短,且采用“V”型接法,以消除输入线与输出线之间的电磁耦合。

(3)安装直流供电SPD

太阳能电池、UPS电源等直流电源的供电,尚需要通过雷电过电压防护。安装SPD要求限制电压为直流电源电压的1.5~1.8倍,而且需要将负极接地。要求标称放电电流为10~20kA。同时,SPD应配备诸如串接热熔断丝(或保险丝)之类的过电流保护装置。

(4)采取适当的供电接地制式

接地供电接地制式包括IT制、TT制、TN-C-S制、TN-C制以及TN-S制。不同的接地制式有着相配套的SPD设置模式。SPD的接地通常需要就近与设备的安全保护地或电源PE连接。因此,在实施联合共用接地与等电位连接的条件下,SPD的接地可在附近与电源PE线相连,或者就近与作了等电位连接的金属物相连。需要强调的是,个别信息系统的直流信号地需要单独设置,那么这时电源SPD的接地就无法与直流信号地的等电位连接带相连接。

(5)配电室的防护

变压器低压侧需要根据不同的雷电活动区选择SPD,即是80kA限压型SPD还是20kA开关型SPD。变压器低压侧经过低压铠装电线(抑或是护套电缆穿金属管)进入配电室,通过在配电室内线路入口处安装带有过电流保护装置的SPD,最后在配电屏内完成TN-S供电接地制式。

2.2信号线路的设计关键点

信号线路的设计关键点主要体现在以下几个方面:①信号线路应设有诸如有独立避雷针保护的接收天线,以达到完善的防直击雷装置。②通过实施等电位连接以及联合共用接地,避免地电位升高而沿信号线路和地线回路进入设备。③选择带有屏蔽功能的线缆(或线缆穿金属管),对信号线路进行屏蔽。④采用弱电竖井与水平线槽敷设的综合布线方式,使之与强电线路相隔离,或者使线缆达到一定的安全距离。⑤提高信息设备自身屏蔽、耐过电压,以及抗电磁干扰能力,必要时根据不同信号线路的特征安装相应性能参数的SPD。⑥做好信号SPD的接地点位置选择工作,因为位置的选择有点讲究。譬如,SPD在环形等电位连接网络上的连接点需要与电源SPD在环形等电位连接网络上的连接点相距5m以上;天馈SPD的接地点需要与室外接地排相连。⑦SPD的安装数量与位置需遵循如下几项原则。即信号线由室外引入到建筑物时,应于建筑物的入口处安装一级SPD;建筑物内SPD级数需要根据信号传输线缆长度确定,通常是长度小于30m时不装SPD、长度处于30~50m时可在主机房内集中安装,也或者视网络拓朴结构决定、长度处在50~100m时应在两端分别安装。需要注意的是,在选择各类SPD时,应考虑接口形式和被保护设备接口的兼容状况,同时应考虑插入损耗、传输速率、限制电压、特性阻抗、频响和时间响应特性以及标称放电电流等都达到相应信号传输的要求。而且,SPD安装后不应影响到信号传输的质量。

2.3信息设备的设计关键点

信息设备的设计关键点主要有四点:①设备仪器尽量安放在雷电磁场强度较小区。②依据仪器的电磁敏感度和重要程度做好相应的外部屏蔽工作。③设备仪器的所有外露导电物(譬如金属外壳、支撑物等)都要根据系统规模大小制成S型星形结构或M型网形结构。④确保设备与屏蔽层的距离符合标准安全距离。

3结语

现代防雷技术的工程设计是以传统防直击雷技术为基础,采取躲闪连接、传导、分流、接地、屏蔽等综合措施,提高防雷技术水平,本文通过探讨现代防雷技术的工程设计关键点,以期为信息时代的防雷技术设计提供良好的理论指导与实践参考。

作者:马胜利 单位:中国市政工程西南设计研究总院