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现代防雷技术,你了解多少?

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现代防雷技术,你了解多少?

发布日期:2020-03-11 作者: 点击:

现代防雷技术,你了解多少?

防雷:现代防雷技术,你了解多少?


前言:


现代防雷技术是一项系统工程,包含外部防雷和内部防雷两个方面。外部防雷既是对直击雷的防护,由接闪器(接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网)、引下线、接地体,作用是接闪、泄放雷电流,通过该措施可将大部分雷电能量直接导入大地。内部防雷主要由屏蔽、等电位、过电压保护和安全距离等组成,其作用是均衡系统电位,限制过电压幅值。


发展历史


当人们了解雷本身也是一种电的现象后,就开始用科学的眼光来观察这一自然现象,希望了解其规律以趋利避害。


接闪杆是早期的防雷装置,其顶端高于被保护的建筑物,引导其周围一定范围的雷云向其放电,使得接闪杆较周围的其他物体易接受雷电闪击,从而使建筑物得到保护。


接闪带(网)是由接闪杆演化而来的,是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的金属导体,用于保护建筑物,其优点是敷设简便、造价低。而且它在接闪后由相互连通的导体分流,再由多根引下线泄散雷电流,采用多根引下线的结果是使室内、室外设备上产生的过电压降至低。


法拉第笼型防雷方式则是利用建筑物结构钢筋网格构成,可同时解决建筑物屏蔽和等电位等问题,大地增加了建筑物防雷的稳靠性。


电力高压线通过架设架空地线获得直击雷保护后,与高压线连接的发、配电设备仍然会被过电压损坏,这都是由于雷电感应作用所致,为抑制导线中直击或感应的电涌,人们发明了线路避雷器。


防雷设施原理


早期的线路避雷器是开放的空气间隙。人们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距离构成空气间隙的两个电极,调节间隙距离可确定其击穿电压,击穿电压的设定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。


当雷电过电压侵入时,空气间隙被击穿,过电压被移位到很低的水平,过电流也通过空气间隙泄放入地,实现了电涌保护器对线路的保护。半导体技术的发展为我们提供了防雷所需的新材料,比如稳压管等,其伏-安特性是符合半导体线路防雷的要求,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电涌保护器。早期的半导体电涌保护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锌材料,其伏-安特性好,并具有响应时间快、通流容量大等许多优点。因此,目前普遍采用金属氧化锌等作为电涌保护器的非线性元件。


随着通信技术的发展,又产生了许多用于通信线路的电涌保护器,由于受通信线路传输参数的约束,这一类电涌保护器要考虑分布电容和电感等影响传输参数的指标,但其防雷原理基本一样。


雷(闪电)的危害


一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随大的声音。这就是我们所看到的闪电和雷鸣。


当然,云层之间的放电主要对飞行器有危害,对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响,云层对大地的放电,则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害大。


通常雷击有三种主要形式:


其一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象,叫做“直击雷”。其二是带电云层由于静电感应作用,使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后,云层带电消失,而地面某些范围由于散流电阻大,以致出现局部高电压,或者由于直击雷放电过程中,大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象,叫做“二次雷”或称“感应雷”。其三是“球形雷”。


高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动,因此形成波浪并发出声音。


直击雷


带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象,称为直击雷。它的破坏力大,若不能将其泻放入大地,将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁,甚至危及人畜的生命安全。


雷电波侵入


雷电不直接放电在建筑和设备本身,而是对布放在建筑物外部的线缆放电。侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此,往往在听到雷声之前,我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。


感应过电压


雷击在设备设施或线路的附近发生,或闪电不直接对地放电,只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷,并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。


雷击放电于具有避雷设施的建筑物时,雷电波沿着建筑物顶部接闪器(避雷带、避雷线、避雷网或避雷针)、引下线泄放到大地的过程中,会在引下线周围形成大的瞬变磁场,轻则造成电子设备受到干扰,数据丢失,产生误动作或暂时瘫痪;严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁,使整个系统陷于瘫痪。


系统内部操作过电压因断路器的操作、电力重负荷以及感性负荷的投入和切除、系统短路故障等系统内部状态的变化而使系统参数发生改变,引起的电力系统内部电磁能量转化,从而产生内部过电压,即操作过电压。


操作过电压的幅值虽小,但发生的概率却远远大于雷电感应过电压。无论是感应过电压还是内部操作过电压,均为暂态过电压(或称瞬时过电压),终以电气浪涌的方式危及电子设备,包括破坏印刷电路印制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作,使一些控制元件失控。


地电位反击


如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施,高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分,流向供电系统或各种网络信号系统,或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统,从而反击破坏或损害电子设备。同时,在未实行等电位连接的导线回路中,可能诱发高电位而产生火花放电的危险。


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