防雷系统设计方案.doc

防雷系统设计方案防雷系统发展电的普遍使用促进了防雷产品的发展，当高压输电网为千家万户提供动力和照明时，雷电也大量危害高压输变电设备。高压线架设高、距离长、穿越地形复杂，容易被雷击中。避雷针的保护范围不足以保护上千公里的输电线，因此避雷线作为保护高压线的新型接闪器就应运而生。在高压线获得保护后，与高压线连接的发、配电设备仍然被过电压损坏，人们发现这是由于“感应雷”在作怪。（感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：当雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就会在电路中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。雷电在高压线上感应起电涌，并沿导线传播到与之相连的发、配电设备，当这些设备的耐压较低时就会被感应雷损坏，为抑制导线中的电涌，人们发明了线路避雷器。早期的线路避雷器是开放的空气间隙。空气的击穿电压很高，约500kV/m，而当其被高电压击穿后就只有几十伏的低压了。利用空气的这一特性人们设计出了早期的线路避雷器，将一根导线的一端连在输电线上，另一根导线的一端接地，两根导线的另一端相隔一定距离构成空气间隙的两个电极，间隙距离确定了避雷器的击穿电压，击穿电压应略高于输电线的工作电压，这样当电路正常工作时，空气间隙相当于开路，不会影响线路的正常工作。当过电压侵入时，空气间隙被击穿，过电压被箝位到很低的水平，过电流也通过空气间隙泄放入地，实现了避雷器对线路的保护。开放间隙有太多的缺点，如击穿电压受环境影响大；空气放电会氧化电极；空气电弧形成后，需经过多个交流周期才能熄弧，这就可能造成避雷器故障或线路故障。以后研制出的气体放电管、管式避雷器、磁吹避雷器在很大程度上克服了这些毛病，但他们仍然是建立在气体放电的原理上。气体放电型避雷器的固有缺点：冲击击穿电压高；放电时延较长（微秒级）；残压波形陡峭（dV/dt较大）。这些缺点决定了气体放电型避雷器对敏感电气设备的保护能力不强。半导体技术的发展为我们提供了防雷新材料，比如稳压管，其伏安特性是符合线路防雷要求的，只是其通过雷电流的能力弱，使得普通的稳压管不能直接用作避雷器。早期的半导体避雷器是以碳化硅材料做成的阀式避雷器，它具有与稳压管相似的伏安特性，但通过雷电流的能力很强。不过很快人们又发现了金属氧化物半导体变阻器（MOV），其伏安特性更好，并具有响应时间快、通流容量大等许多优点。因此，目前普遍采用MOV线路避雷器。随着通信的发展，又产生了许多用于通信线路的避雷器，由于受通信线路传输参数的约束，这一类避雷器要考虑电容和电感等影响传输参数的指标。但其防雷原理与MOV基本一致。雷击的危害：雷击的危害主要有三个方面：第一是直击雷。是指雷云对大地某一点发生强烈的放电。它可以直接击中设备，也可以击中架空线，如电力线、电话线和天线等，雷电流沿导线进入设备，从而造成破坏。第二是感应雷。它可以分为静电感应及电磁感应。静电感应：当带电雷云（一般带负电）出现在导线上空时，由于静电感应作用，导线上束缚了大量的相反电荷。一旦雷云对某目标放电，雷云上的负电荷便瞬间消失，此时导线上的大量正电荷依然存在，并以雷电波的形式沿导线经设备入地，引起设备损坏。电磁感应：当雷电流沿着导体流入大地时，由于频率高、强度大，在导体附近便产生很强的交变磁场。如果设备在这个磁场中，便会感应出很高的电压，以致损坏。对于灵敏的电子设备，尤其如此。第三是地电位反击。我们简单举例分析，当10KA的雷电流通过引入导体入地时，我们假设接地电阻为10Ω,根据欧姆定律,我们可知在入地点处电压为100KV,因入地点与导线、设备接地相连，所以这几点电压都为100KA。而有楼内接地点电压为0，楼内设备就会产生100KV的电位差，足以使设备损坏。雷电破坏示意图雷电过电压对机房电子设备造成损害的主要途径：²·网络数据线路在远端遭受直接或感应雷击，沿网络线路进入设备²·有线通讯线路在远端遭受直接或感应雷击，沿通讯线路进入设备²·建筑物内部的各种线路，通过感应雷击电磁脉冲辐射，进入设备²·电源供电线路在远端遭受直接或感应雷击，沿供电线路进入设备²·地电压过高，反击进入设备²·天线遭受直接雷击或感应雷击²·避雷针引下线，在避雷针接闪泄放雷电流时，产生LEMP电磁脉冲辐射²·临近建筑物或附近地面、树木等遭受雷击，同时带来LEMP和附近地面的跨步电压（地电压反击）·95%的闪电发生在云对云之间，产生几百千安的电流和极强的LEMP雷电过电压保护的等电位连接建筑物内部屏蔽安全距离