雷电对电子计算机网络系统的危害与防护

雷电对电子计算机网络系统的危害与防护
雷电对电子计算机网络系统的危害与防护

雷电对计算机信息系统的危害

1990年~2000年是联合国确定的国际减轻自然灾害的十年。由联合国国际十年减灾委员会公布的严重影响着人类正常生活、工作基本安全的十大自然灾害中,雷暴由于它对人类生命、财产的严重威胁,被列在了显著的地位。在人类生存的自然环境中由雷暴所引起的人身伤亡、火灾、爆炸、建筑物的倒塌、森林大火等事例数不胜数,特别是近年来伴随着电子技术的飞速发展及电子用电设备的广泛应用,各种电子用电设备遭受雷击的事例也时有发生。雷害事故所造成的直接损失和间接损失是严重的,甚至是无法估量的。为此,国际标准化组织成员、国际电工委员会(IEC)也将其称为“电子化时代的一大公害”。

我们也始终关注着由雷害所造成的过电压对电子设备破坏的前期防护这一关键和新的技术问题。近些年来,在这一新的技术领域,北京恒实诚信电子技术有限公司加大了防雷技术开发的投入,并与有关科研院所密切合作,自行研制开发出了专项的防雷技术产品系列,更重要的是,我们认为进一步加强与我们的最终合作伙伴──使用着和正在准备使用我们的产品的用户对这一问题的沟通和讨论,共同提高预防雷患的意识,并且应用必备的技术和产品,实施必要的防护措施,以期保证防止人身伤害事故,保证用电设备和系统的安全运行,是十分迫切和必要的,下面就让我们与您一起共同针对这一问题展开沟通互补和讨论。

一、对雷电危害的新认识:

近些年来由雷电引发的灾害频繁发生,并呈迅速上升的趋势,由雷害所造成的严重破坏作用和巨大的经济损失,引起了人们的忧虑和关注。虽然从世界上人类活动区域的范围内进行的有关的统计结果表明雷电现象发生的绝对值并没有多大增加,但为什么雷电引起的灾害的频度却日趋增多,而且造成的破坏程度也日趋严重呢?客观上的原因我们在前面已提到过。近些年来由于高新技术的发展,尤其是电子技术的飞速发展,推动了电子用电设备的普及和应用,其中借助计算机系统进行信息处理、数据处理、自动化控制、网络通讯、设计开发等,大大提高了人们的工作质量和效率,但随之而来的问题是,先进的电子设备包括电子计算机耐受过电压、过电流的能力相对较低,同时也缺乏必要的雷害防护技术措施,另外,在现代高新技术电子产品的生产中大量采用了大规模及超大规模的电子集成电路制造技术,且集成的程度越高,内部的线间距离越小,则元器件的耐压程度也就越低,受到过电压后即损坏,更经受不起雷电强烈冲击的破坏;另电子一方面,当今电子设备、计算机系统的网络化程度越来越高,如通讯系统、视频、信号、工业自动化控制网络、计算机网络系统等,它们的传输线路,特别是暴露在室外的长距离输送线,以及动力电源输送线路等,都有可能遭受雷击,产生雷过电压,并侵入设备,将设备击毁。但目前对在雷害现象环境下运行的各种电子用电设备所能够提供有效防护的防雷技术研究和防雷技术产品却相对发展滞后,特别是高品质的防雷技术产品相对馈乏,未能对置身于雷害现象下运行的电子产品形成有力的防护,致使雷害事故日趋增多。

同时是由于人们主观认识的局限性所造成的,限于人们对雷电现象有关知识的了解程度,使人们对雷害的巨大破坏力缺乏足够的认识和防御意识,而未能采取一定的防护措施,也是雷害肆虐的一个重要因素。

另一方面,从传统的建筑物防雷和避雷的观念和认识上也容易把人们对雷害防护的认识引向一个误区。在传统观念上人们普遍认为只要按照国家的建筑物防雷设计规范做好建筑物的防雷措施,如安装好建筑物的防雷装置(避雷针、引下线和接地装置的总合)均压环等,建筑物内外的所有防雷工作就“万事大吉”了。但实际情况是怎样的呢?当雷击现象发生时,建筑物的外部防雷装置确实有效的抵御了雷击对建筑物结构的破坏,同时均布的避雷引下线与建筑物的均压坏也形成和起到了稀疏法拉第网笼的作用,保证了建筑物内的人员不致因跨步电压升高而导致跨步死亡。但这时建筑物的防雷装置却非但不能保护好建筑物内的各种用电设备免遭雷击,反而使其遭受雷击的可能性增大,而且建筑物的避雷装置接闪能力越强,遭雷击的侵入的可能性就越大,这是因为当雷电击中建筑物避雷装置的避雷针上或击中附近其它建筑物的避雷针时,避雷针引下线就承担起了使雷击入侵电流入地释放的作用,在雷击电流快速的由引下线导入大地时,瞬时间内在引下线上自上而下的产生了一强力的变化磁场,处在这个强力变化磁场作用范围内的所有用电器、信号、电源及它们的传输线路都因相对地切割了这个强力变化磁场的磁力线而产生出感应高压,进而在与地线的低电位之间产生电压差,从而迅速将用电设备及通信设备击毁。

基于上述原因,迅速提高和增强人们对雷电灾害的认识和防御意识,深入开展防雷技术的研究,推出高品质的防雷技术产品,实施有效的雷害防护技术措施,确保用户的设备系统安全运行,不但是所有雷电科学研究工作者的愿望,同时也是我们公司在雷害防护事业上的发展意识。

二、雷电损坏计算机系统的机理分析

我们公司自行设计、开发、生产制造的产品广泛的与电子计算机行业的产品和通讯行业的产品协调运作。我们的防雷技术研究、开发和防雷技术产品应用的切入点,就是计算机行业产品的应用用户,即运行在各行各业的计算机网络系统,为此我们先仅就雷电对计算机系统的危害及防护作重点的阐述。

通过前面的讨论,使我们意识到,研究电子计算机的雷电防护,首先应对雷电的形成、雷电的活动强度等有关知识有所了解,同时还应弄清楚雷害究竟是通过那些渠道、途径侵入计算机系统的,才能有针对性的采取相应的防护措施,预防雷害的侵入,然后还应了解被保护的对象──计算机系统的基础耐雷能力,这样才能使我们的防护措施达到更高的防护水准。下面让我们就这些问题做逐一的讨论。

1、雷电是怎样形成的:

雷电是一种自然环境条件下人们常见的一种气象现象。耀眼的闪光、沉闷的雷声,以及雷电对大自然造成的巨大破坏。这些雷电现象的表征,是人们对雷电现象的感性认识。这一自然现象曾经使人们困惑不解,但人们一直试图了解和解释这一现象,直至1749年美国科学家富兰克林经过科学研究,特别是著名的“风筝试验”后,确定和证实雷闪的电本质之后,才奠定了现代防雷科学技术发展的基础,开始了人类以科学方式致力于雷电现象

机理及防护技术的研究。

(1)雷云的形成

雷云的形成过程为:由于大气层中温度、压力的变化使大气中的水分子遇冷凝结成小水滴,无数个小水滴大量积聚便形成了积雨云。在积雨云的形成和运动过程中由于起电则成为了雷雨云。关于积雨云起电的机理有多种解释理论,如辛普森的水珠分裂学说是这样解释积雨云的起电过程:“积雨云中的水滴在高速气流中作激烈运动,分裂成为一些带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒,后者被上升气流带上高空浮于云上部,前者则沉于云层底部,这样正负两种电荷在云层中被分离而分布在上下两层,这就是90%雷云下部带负电的原因。其它的解释理论如:威尔逊的静电感应学说、沃克曼的相变学说、雷纳德的冰的温度梯度学说等等,都能各自解释积雨云带电形成雷云这一过程。

由雷云进而产生的雷暴按其发生的原因可分为好几种,主要的有三种,实际上的雷暴,其发生的原因不是单纯一种,而往往是几种成因的复合作用。下面我们重点介绍主要的三种雷暴和其成因:

①峰雷暴:

峰雷暴是指在两个大气团相对运动时,在其分界面上,也就是在冷气团和暖气团相遇的峰面上发展起来的雷暴。峰雷暴能使相关地区的天气发生急剧变化。峰雷暴又分为冷峰雷和热峰雷。冷峰雷暴是由强大的冷空气侵入暖湿空气下面、排挤抬升了暖湿空气,暖湿空气在被抬升至一定高度后变化形成了雷云,由于冷空气往往来势凶猛,所以冷峰雷暴是雷暴中最强烈的一种,这种雷暴一般是在沿着冷暖空气交界处,即峰面好几百公里宽的带形地区发展,其最高移动速度可达100公里/小时左右。热峰雷暴则是由于暖空气主动侵入冷空气地区,逐渐升到冷空气的上边形成淡薄的雾状,然后变成棉花似的云团,最后逐渐发展成积雨云。若天气炎热而空气中的水分很多,则强烈的潮湿气流上升到2~5公里高空时便形成积雨云。由于云中水气冷凝时放出的潜热很大,致使上升气流仍比周围空气热。积雨云继续发展最后变成巨大的浓积雨云直至形成雷云。但是热峰峰雷暴的发展一般情况下要比冷峰雷暴的发展要相对缓和的多,并且很少会发展成强烈的雷雨。

②热雷暴:

热雷暴多发生在夏季,由于夏季强烈的日光照射,地表面附近的空气被晒热后便形成上升气流而形成热雷云,热雷暴经常伴随有暴雨,持续时间短,并带有区域性。

③地形雷暴:

其为由于地形的影响而产生的雷暴。在地形起伏较大及海边的山地,暖湿空气随地形抬升时形成的雷云。

(2)雷云放电

雷云放电时由于正负电荷的中和而产生了耀眼的闪光,放电时强大的电流迅速加热了周围的空气,并使其猛烈膨胀而发出震耳欲聋的声音,这也就是在雷暴发生时我们看到的闪电和听到的雷声。

雷云放电又分为云中闪击和云对地的闪击。云闪为分云内放电和云间放电,云闪发生的概率比地闪大的多,但因它发生在数千乃至数万米的高空,因此对地面设备相对造成灾害性影响要小,为此我们着重考虑地闪的影响。所谓地闪就是雷云对大地的放电。地闪的发生和发展可分为四个阶段,即:云中放电、对地先导、定向闪击和回闪。地闪发生前,

雷云中放电频繁,云中的闪光和地面的场强变化显著,云中放电造成了云中电荷的重新分布和电场的畸变,当雷云近地端,电荷密集处电场强度达到一定限度时(25-30KV/cm2),雷云就开始了对地的先导放电,对地先导放电的顶端接近地面时,就会激发起大地上的感应电荷从地面的突出部分向上的“迎面先导”,一但当雷云对大地的先导放电与大地的“迎面先导”会合时,那么它们之间的强烈的电离通道就已形成,放电就变成了定向闪击,定向闪击总是沿最短的路径进行的,这是因为雷云对地先导放电的同时,大地的感应电场被激发开始向上发出一道“迎面先导”与之衔接,当雷云的先导放电距地面50~100米时,(我们一般称先导放电在这个高度的最前端叫做定位高度)。雷击点就选择趋向于电场强度最大且升起迎面先导的地方完成闪击放电。为此地面上比较突出的地方和导电良好之处,在这时都要比周边各处的电场强度大得多,且聚集着更多的电荷,从而成为了雷击的主要目标,如:山顶、高塔、高大的建筑物、旷野中的孤立大树、房屋的尖顶及屋檐,甚至一片导电不甚良好的地域中局部有部份导电良好的地点都容易遭受雷击,这就是我们常说的雷击有选择性的道理。

雷电的破坏作用的具体表现为:强大的电流、炙热的高温、猛烈的冲击波、剧变的磁场和强烈的电磁辐射等物理现象,在计算雷电的能量时,一般是以雷击入地电流的为计量单位,据有关资料介绍,在自然环境中,雷电的能量概率为:

95%的户外直击雷的电流强度超过14KA。

50%的户外直击雷的电流强度超过30KA。

5%的户外直击雷的电流强度超过150KA。

2%的户外直击雷的电流强度超过200KA。

表述雷电的活动强度,我国常用“雷电日数”和“雷闪频数”这二个统计指标,我们的工作,用前一指标就适用了。所谓“雷电日数”是指在一昼夜内的雷击强度,即一昼夜内只要有可闻雷,不管次数多少均记为一个雷电日,我国是个多雷灾的国家,在长江中下游地区年均雷电日在30~80天,华南地区70~90天,广东及海南地区是120天,西南地区是80~100天,东北地区是35天以上,其中大部分地区从2~3月至11~12都可听到雷声。

2、“直击雷与感应雷”的概念

前面我们已初步了解了雷云的形成和雷云的放电过程,下面我们将进一步讨论雷害究竟是以什么方式、什么途径入侵危害设备的。在实际的雷害事故中,我们根据雷电冲击电压侵入设备的不同途径,将侵入设备的雷害分为直击雷和感应雷。

(1)直击雷

我们一般将雷电直接击中线路设备或终端设备并经设备入地的雷击过电压、过电流称为直击雷。直击雷具有电压高、电流大的特点,其破坏性极大。在实际当中直击雷直接击中计算机设备的频度并不高。而真正对计算机系统造成危害的绝大多数是感应雷。

(2)感应雷

所谓感应雷也就是在雷云形成过程中,雷云与大地之间的感应电场和雷击大地和地面突出物时,雷闪电流产生的强大电磁场作用于各种传输线路上,感应产生出过电压、过电流,经传输线路进入设备系统而形成的雷击称之。

感应雷电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境(如土壤电阻率)、遭受感应雷击的线路的长度、线路埋设位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。我们前面已介绍过直击雷具有高电压、大电流、破坏力巨大的特点。但其几率却大大小于感应雷,这是因为直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对面造成灾害,感应雷则不论是雷云对地闪击,或者雷云对雷云之间闪击,都可能发生并造成灾害。此外直击雷由于其放电的机理所致一次只能袭击一至两处小范围的目标,而一次雷闪击却可以在比较大的范围内的多个小局部同时激发感应雷的过电压现象,并且这种感应高电压可以通过电力线、电话线等金属导线传输到很远致使雷害范围扩大。

感应雷的产生可由“静电感应”的效应产生,也可由电磁感应的效应产生,但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。

①静电感应形成的感应雷过程

静电感应在线路中感应的过电压可以由地闪引起,也可以由云闪引起。例如:在架空线路上空有一团雷云,雷云底部带负电荷,由于静电感应,雷云将在大地上感应出正电荷,雷云与大地间形成电场,因架空线中处于该电场中而被极化,在靠雷云一侧带正电荷,靠大地一侧带负电荷,由于架空线路与大地间的绝缘不会无穷大,因此导线上的负电荷便向左右两方向移动渐渐泄入大地,导线上仅存有受雷击束缚的正电荷。若这片雷云对另一雷云放电或者对大地放电,则雷云与大地间的电场随之消失,导线上的束缚电荷变成自由电荷,并立即向导线两端移动,形成对地电压。

②电磁感应形成的感应雷过程

最初人们认为感应雷主要是由静电感应的效应形成,根据这一理论,在线路上被感应出的雷过电压应该和线路架设的高度成正比,那么埋地电缆的架设高度为零,自然被感应出的雷过电压也应该为零,但实际当中经检测在埋地电缆上的雷过电压可高达数万伏,这里用静电感应的理论显然不能完善的解释这种现象。近年来,随着防雷科学技术研究的不断深入,一种新的解释理论产生了,这就是感应雷的电磁感应生成机理解释方法,这种方法认为:当直击雷放电过程中,强大的脉冲电流所产生的强力变化磁场将会对周围的导线或金属物体产生电磁感应,从而引发过电压,以致发生闪击的现象。

综上所述,由雷电引起的“静电感应”和“电磁感应”都统称为感应雷。在实际当中它的发生几率和破坏程度都是很大的。因此也可以说计算机防雷工作的重点就是防止感应雷侵入计算机系统。

3. 危害计算机系统的雷害预防

(1)雷害侵入计算机系统的途径

在讨论计算机系统雷害之前,我们首先来分析讨论雷害侵入计算机系统使设备遭到破坏的途径。

①由户外电力线路侵入的雷害:

发电厂通过高压输送线路向用户线路提供电力能源。在供电系统的线路和用户的使用线路间形成了一个庞大的电力互联输送网,而且这些线路的大部分都是暴露在室外,并距地面较高处甚至处在较空旷的田野,使这些线路成为了雷暴的侵害对象。无论是直击雷还是感应雷都会侵害这些线路,从而产生过电压、过电流,并通过这些线路,特别是计算机

机房的电力输送线侵入机房直至用电设备,造成计算机设备的损坏,同时机房中的UPS、空调、通信等设备也会因侵入的雷过电压、雷过电流而遭到破坏。

②由户外通信信号线路侵入的雷害

随着通讯技术、计算机网络技术的发展,计算机通讯、网络技术广泛的应用各行各业、通讯信号、信息的传输互联网络,这些暴露在户外的信号网络的传输线,不论是架空线还是地下传输线都可能遭到雷击(直击或感应雷击),雷电沿着信号线路计算机系统和其它用户的终端设备入口侵入从而造成设备的损坏。

对于由无线传输的通讯信号,在天线系统接收无线电信号的同时,也会将雷电同时引下,因此通讯口的防雷保护是必不可少的。

③由户外避雷针引起的感应雷击

在前面我们已着重介绍了由建筑物的避雷装置承担直击雷的雷击电流的入地释放作用时,雷过电流自避雷针引下线上产生的强力变化磁场将作用于周围导体和金属物体,从而产生感应高压,在与地线的低电位间产生电位差时击毁用电设备和通讯设备。其危害将波及以下几个方面:第一是用户内通讯信号线路上侵入的雷击:一般情况下,由户外输入的信号线路在户内首先经过机房的转接设备再传送到户内其它终端设备(特别是较大的办公楼内的局域网),这些传输线路一般较远,而且外部一般无屏蔽措施,极易受到感应雷击;第二是由建筑物内部电力线路侵入的雷击:机房的电源进线(UPS的前端),假使已做过防雷装置但由于UPS至机房内其它的用电负载间仍有一定的距离,这段距离的传输线一般也未有屏蔽措施,尽管有些线路虽有金属线槽或线管的保护,但是由于接地措施线槽线管安装得不规范,不能有效的起到保护作用;第三是由建筑物内综合布线系统侵入的雷击,综合布线系统在建筑物纵横交错,并且与各种用电负载相联,四通八达的线路不但可能遭受感应雷击,而且为感应雷击的传递提供了良好的通路。

④反击雷的破坏

在建筑物的顶端一般都安装有避雷针,并由一根或多根引下线接入大地,当雷电击在避雷针上时,就会有雷击电流通过引下线释放到大地,从而引起地电位升高。由于地电位的升高,考虑到目前机房的接地状况存在有不规范的情况,如:多重接地(用电设备的交流保护地线、直流逻辑地线、交流工作地线、防雷保护不共地的情况)导致它们的电位升高,从而侵入用电设备内,并在设备内部件间产生电压差,击穿器件或击毁设备,这种形式的雷过电压对设备的破坏,我们称之为反击雷的破坏。

(2)雷害入侵计算机系统的防护原则:

前面我们已比较详细的讨论了雷害侵入计算机系统的各种可能的方式和途径,在清楚的了解和掌握雷害入侵的方式和途径后,我们有可能采取相应的技术防范措施,有针对性的对雷害入侵途径进行有效的防护。在具体讨论雷害侵入途径的技术防范措施之前,我们先将相关的国家技术标准要求情况列示如下:

我们在进行雷害防护技术研究和实施雷害防护技术措施工作时,是依据国家标准逐步与国际标准接轨的指导原则,参照国际电工委员会(IEC)的IEC-1024、IEC-1312防雷标准,执行了以下的中华人民共和国国家标准:

GB3482-3483-83 《电子设备雷击试验》

GB50057-94 《建筑物防雷设计规范》

GB11032-89 《交流无间避雷器》

GB50174-93 《电子计算机房设计规范》

GB50169-92 《电气装置工程接地装置施工及验收规范》

邮电部《通信设备进网质量认证文件汇编—检验实施细则(试行)》

下面我们将就雷害侵入计算机系统的途径的防护逐一的展开讨论。

(1)计算机系统电源入口的雷害防护:

在计算机系统电源入口的雷害防护,主要是防护由户外电力线路侵入的雷害,其体的措施是在机房电源进线之后,至UPS输入端之前安装三级保护装置,通过其中的雷电流放电器,在雷过压至4000V以上时,产生间隙放电,最大限度的降低雷过电压形成第一级保护,第二级是过电压保护器,它的作用是吸收第一级保护后残余雷过电压。同时它也可承负吸收4000V以下的雷过电压,同时还可吸收浪涌过电压,第三级防护也是与第二级同样的原理,另外为了有效地达到多级保护的目的,还需在每两级之间加装解耦电位补偿器以达到最大限度地保证首先第一级保护,尔后第二级进而第三级保护。

(2)大型UPS输出系统保护:

由于考虑到假若从UPS的输出端与计算机机房间距离较远时,由于内部输送线路的原因,同样可能遭受感应雷击的破坏,为防止由于变化的强力磁场所产生的感应高压从UPS 输出端侵入击毁UPS,须在UPS输出端装置雷击过电压保护器,从而消除因UPS输出端侵入UPS的雷过电压的破坏。

(3)通讯系统入口的保护:

通讯系统入口的雷害保护是采用一种专用三级防护系统,它的防护目的是承担保护由各种通讯线路上引入的雷害入侵,它具有传输速度高、雷击时残留电压低等特点。该系统是根据用户的实地线路传输速率、最高工作电压等参数选取的。

(4)终端防雷箱:

终端防雷箱是有效的防护由感应雷击对终端设备的破坏,亦可作为计算机系统防雷的最后一道防线,终端防雷箱将在最短的距离内与终端或其它用电设备等电位串接,以达到防护雷害的侵入。

(5)小型机的防护:

小型机是计算机系统的心脏,也是我们防护的重点,在小型与UPS之间,如果距离较远且传输线路屏蔽不好,极易遭受感应雷击的破坏,为此也须在小型机电源进线口安装小型机的专用防雷箱,起到对小型机的防护作用。

(6)设置良好的接地装置:

上述的防护装置均是以最终把雷电流送入大地泄流为最终目的,为此保证雷电流泄放畅通,关系到防雷设备的防护效果,为达到预期的防护目的,应执行IEC-1024均压等电位地线系统,即将被保护的设备地线与防雷地线在最短的地方连接,使用电器与防雷器处于一种均压等电位状态,同时在小型机的逻辑地线上安装我公司生产的反击雷保护器,用以防止可能存在的由接地系统的多元化而造成的在接地系统中产生电位差,给反击雷提供的侵入途径,直接破坏小型机系统的可能性。我们的防雷工作和防雷产品的简介:在我们实施的防雷工程中,通常采用系统的防雷技术防护措施,以期在雷害入侵的可

能途径上都采取相应的防护措施来确保计算机系统的安全,在具体的工作当中,对工程现场的勘查和状况的确认至关重要,在这个问题上就要求用户与我们密切合作,才能保证今后的工程设计和实施切实可行。

我们目前在工程使用的防雷技术产品是自行研制1KVA~100KVA、防雷箱、通讯口防雷箱、终端防雷箱和反击雷保护器,还可根据用户的具体需求,提供具体的产品。我们的产品经长期运行验证,各种技术参数达到国外先进国家标准,并通过国家技术监督局CMA质量认证。

另外我们将重点介绍一下防雷产品器件的主要技术特点和使用范畴:

(1)雷击电流放电器:

雷击电流放电器是建筑物主配电系统的单通道保护装置,它可以疏导25KA-60KA的雷电冲击电流,而不论这些电流是远处的过电压还是由雷击引起的。

雷击电流放电器的核心是获得专利的高性能火花间隙,其外形的设计及电极的工作方式对于疏导由雷击电流及电网后续电流引起的巨大的能量起到了重要的作用。它采用特种材料壳体和优秀的内部结构设计保证了在放电时能够抵御巨大内部压力增长造成的机械破坏力而不被损坏。

雷击放电器是防雷的主要手段,它承担了将近90%雷击能量释放,是防雷系统的关键。它使被保护设备的安全性和无中断运行得到显著提高。

(2)特种半导体过压保护器:

特种半导体过压保护器在整个防雷系统中充当后级防雷系统保护器。它不仅具有优良的半导体非线性伏安特性,而且它的电流/电压曲线是对称无极性,可进行双向防雷保护,也可以吸收由于线路中感性负载引起的浪涌电压能量。

特种半导体过压保护器是以快速响应特性来保证吸收雷电波和各种浪涌能量。是雷击电流放电器的续级,保护器有效的吸收放电器的残留电压,并箝位在一种安全范畴之内,确保后面负载的安全运行。

(3)解耦电位补偿器:

我们所说的雷击放电器和半导体过压保护器是一种可以进行排列组合多级保护系统,以达到雷击残压的最小值。但是由于雷击电压的衰减是靠数级保护来实现的,而保护器的响应时间快于放电器的响应时间;所以必须需要一个解耦电位补偿器件来保证前极和后级的有机响应和时间匹配,也就是说要保证多级防雷系统均能起到保护作用就要安装解耦电位补偿器。

解耦电位补偿器采用了国外最先进的非晶态半导体陶瓷材料为基础,配合其它电子陶瓷材料,形成毫秒到微秒再到毫微秒级的过渡补偿效果,确保第一级与第二级,第二级与第三级之间的有效沟通与相对接偶,各级均物尽其用,最大限度的发挥吸收作用,提高其保护程度。

(4)信号保护器

通信信号防雷系统,是一种快速大功率保护器件,它设计优良,,可插拔更换方法,以达到不停机更换故障,它采用无感解偶,多级保护适应传送速率高一般达10M以上,保护电流高达5KA甚至10KA,优于其它公司的所有技术指标,是用户的首选防雷器件。

被雷电击毁的设备开关

被雷电机断的设备电源线

某某地区大面积雷击的场景

被雷电击坏的电子设备控制系统

被雷电击坏的计算机设备CPU芯片

浅谈雷电的危害与防护措施

浅谈雷电的危害与防护措施 雷电是一种自然放电现象,具有很大的破坏性。雷电发生后会产生危险的过电压和过电流造成电力设施设备的绝缘损坏引发短路及过电流、过电压事故的发生,还会造成人身和财产的重大损失。因此,做好防雷电措施是非常必要的。 标签:雷电;危害;防护措施 前言 雷电是一种大气中的放电现象。大气中的雷云在过程形成中,由于积累了大量的正负电子,当这些正负电子积累到了一定的程度并且发生碰撞后就会发生激烈放电现象。同时,伴有强烈的闪光和轰鸣声。这就是雷电形成的原因。因此,根据雷电的产生和造成危害的特点,可采取必要的预防措施,防止雷电给电力设施设备及人身安全造成危害。 1 雷电的种类及其危害 自然界中雷电按照其危害的方式分有;直击雷、感应雷及雷电侵入波。按其形状分有线型、片型及球型三种。雷电的危害就是雷电的破坏效应;主要有电效应、热效应和机械效应。当雷电发生时会产生数十万甚至数百万的冲击电压,而冲击能迅速击穿电力设施设备的绝缘保护造成电力线路短路而毁坏电力设备。甚至还会引起火灾和爆炸事故的发生。巨大的雷电电流通过导体,在极短的时间内能转换成热能使金属物体迅速熔化,产生火花,火花飞溅引起火灾和爆炸。遭到雷击的物体通过巨大的雷电流,能瞬间产生大量的热量,使物体内部的水分或其他液体迅速气化,以至物体剧烈膨胀而遭到破坏或爆炸。以上雷电发生的破坏是综合出现的,其中以伴有的爆炸和火灾的出现是最为严重的。 2 防雷装置 防雷电伤害的装置主要有;避雷针、避雷线、避雷网、避雷带及避雷器等。完整的避雷置应由接闪器、引下线和接地装置组成。避雷针主要用来保护露天的变配电设备、建筑物和构筑物。避雷线主要用来保护电力线路。避雷网和避雷带主要用来保护建筑物。避雷器主要用来保护电力设施设备。避雷针、避雷线、避雷网及避雷带实际上就是接闪器,是用来接受雷击的金属导体。当发生雷电时,吸引雷电接受雷击放电。接闪器一般是采用圆钢或扁钢制成,所用材料尺寸应符合技术规定的要求。避雷线应采用截面积不小于35平方厘米的镀锌钢绞线。并且接闪器的保护范围可根据模拟试验及运行经验来确定。防雷装置的引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体。也是采用圆钢或扁钢制成。接地装置主要是将雷电流通过接闪器及引下线泄入大地。接地装置制作时采用圆钢的最小直径为10mm、扁钢的最小厚度为4mm,最小面积为100平方毫米;角钢的最小厚度为4mm,钢管的最小壁厚为3.5mm。

浅谈电子信息系统的雷电防护工程技术

浅谈电子信息系统的雷电防护工程技术 伴随着科学技术的脚步,知识经济和信息时代已经到来。信息技术已渗透到了人类社会生产和生活的各个领域,各种信息设备应用的范围之广、品种之多、数量之大是前所未有的。然而,以微电子技术为基础原电子信息设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快,其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲[LEMP(Lightning Electro Magnetic Pulse)]的能力差,极易遭受雷电的危害,特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。因此,国际电工委员会(IEC)将雷电灾害称为“信息时代的公害”。为了消除这一公害,人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探索,研发了品种繁多的电子信息系统的雷电防护产品,并从理论与实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。 电子信息系统的雷电防护(以下简称信息防雷)是一件关系到我国国民经济的发展、科学技术的进步和国防现代化建设的一件大事。应予高度重视、认真对待。 一、加强雷电防护工作的必要性和重要性 (一)雷电灾害剧增,损失严重 雷电灾害是十种最严重的自然灾害之一。全球每天约发生800万次雷电,每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生。从卫星、通信、导航、计算机网络系统、通信指挥系统和有室外天馈设备的系统更是雷电的重灾区。从某种意义上说,科技越发达,雷击对人类的危害就越大。 1.国外情况据美国国家雷电安全研究所关于雷电所造成的经济影响的一份调查报告表明,美国每年因雷击造成的损失约50~60亿美元。每年因雷击造成的火灾3万多起,50%野外火灾与雷电有关;30%的电力事故与雷电有关;有4/5石油产品储存和储藏罐事故是由雷击引起的;由于雷电和操作过电压造成物理装置的损失约占80%。据德国一保险公司1997年对8722件案例损坏原因的分析,雷电及操作过电压占31.66%。 2.我国情况我国也是雷暴活动十分频繁的国家。全国有21个省会城市雷暴日都在50天以上,最多可达134天。据不完全统计,我国每年因雷击造成人员伤亡达3000~4000人,财产损失50~100亿元人民币。近年来,随着社会经济发展和现代化水平的提高,特别是信息技术的快速发展,城市建设高层建筑物日益增多,雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。在19985和1999年的两年中,全国造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害就有38起。据广东省统计,在1996~1999年的四年间,全省发生雷击事故6143起,伤亡699人,直接经济损失达15亿元; 1989年8月12日,青岛黄岛油库因雷击引起特大火灾和爆炸,库区几乎被夷为平地,死亡19人,伤78人,直接经济损失2700多万元。 据气象部门的不完全统计,2001年,全国发生雷电灾害1747起,造成人员伤亡853起(伤483人,死亡417人),直接经济损失在上千万元以上和百万以上的实例分别为2例和10例。损失是“触目惊心”的。2001年雷电灾情主要仍然发生在电力、电信、广电、金融、建筑、石化等部门,雷电造成伤亡主要发生在野外田间劳作的人们。 3.电子信息系统受损比重急剧增加电气和电子技术是现代物质文明的基础,其迅猛发展促进了生产力的发展,加速了社会繁荣与进步的进程,但也带来了麻烦问题,那就是各类电磁干扰越来越严重。一方面电气和电子设备的广泛应用造成了严重的环境电磁噪声干扰,而这些电磁噪声干扰当今是没有得胜价值的。另一方面,电子技术正向高频率、高速度、微型化、网络化和智能化方向发展。电磁干扰,特别是雷电电磁脉冲干扰对这些设备和系统的影响越来越突出,对这些设备力系统造成的失效与损坏事故的发生率逐年增高。第三,随着城市建筑物的

雷电对矿设备的危害及预防措施

雷电对矿设备的危害及 预防措施 集团企业公司编码:(LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

雷电对矿设备的危害及预防措施1 雷电的产生 雷电是自然界中一种常见的放电现象对辊破。关于雷电的产生有多种解释理论,通常我们认为由于大气中热空气上升,与高空冷空气产生摩擦,从而形成了带有正负电荷的小水滴复合式破碎机。当正负电荷累积达到一定的电荷值时,会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大的电场,从而产生云团对云团和云团对地的放电过程,这就是通常所说的闪电和响雷磨粉设备。具体来说,冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电,底部带负电,两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场,瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花,也就是我们看到的闪电移动式破碎机超细粉碎机。在闪电通道中,电流极强,温度可骤升至2万摄氏度,气压突增,空气剧烈膨胀,人们便会听到爆炸似的声波振荡,这就是雷声。 2 雷电危害的种类 雷击的危害主要有三方面:第一是直击雷锤式打沙机。是指雷云对大地某点发生的强烈放电水泥厂设备。它可以直接击中设备,雷电击中架空线,如电力线,电话线等冲击破。雷电流便沿着导线进入设备,从而造成损坏。第二是感应雷复合破石料生产线。它可以分为静电感应及电磁感应。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陶瓷球磨机。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着导线经设备入地,引起设备损坏锤式打沙机。当雷电流沿着导体流入大地时,由于频率高,强度大,在导体的附近便产生很强的交变电磁场,如果设备在这个场中,便会感应出很高的电压,以致损坏高压微粉磨。对于灵敏的电子设备,尤需注意。第三是地电位提高水泥机械水泥机械。当10kA的雷电流通过下导体入地时,我们假设接地电阻为10Ω,根据欧姆定律,我们可知在入地点A处电压为100kV。因A点与B、C、D点相连,所以这几点电压都为100kV磁选设备。而E点接地,其电压值为0,设备的D点与E点间有100kV的电压差,足以将设备损坏石料生产线。据有关统计表明:直击雷的损坏仅占15%,感应雷与地电位提高的损坏占85%移动式破碎机。目前,直击雷造成的灾害已明显减少,而随着城市经济的发展,感应雷和雷电波侵入造成的危害却大大增加。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷,而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及电视、电话及联网微机等弱电设备高强磨粉机对辊破。 3 防雷的方法和技术 在科学技术日益发展的今天,虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电,但是经过长期的摸索与实践,已积累起很多有关防雷的知识和经验,形成一系列对防雷行之有效的方法和技术。 (1)接闪接闪就是让在一定范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去颚式破石机。把一定保护范围的闪电放电捕获到,纳入预先设计的对地泄放的合理途径之中粗碎机。避雷针是一种主

雷击对自动化设备的危害及防护措施

编号:SM-ZD-75332 雷击对自动化设备的危害 及防护措施 Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制:____________________ 审核:____________________ 批准:____________________ 本文档下载后可任意修改

雷击对自动化设备的危害及防护措 施 简介:该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划,达成上下级或不同的人员之间形成统一的行动方针,明确执行目标,工作内容,执行方式,执行进度,从而使整体计划目标统一,行动协调,过程有条不紊。文档可直接下载或修改,使用时请详细阅读内容。 1、雷电的危害 出现雷击时,雷电流会沿变电站的接地网散流,支线上的雷电流和各点电位差异很大,连接在不同等电位地网上的自动化设备,如果其间有电信号联系,那么超过其容许承受能力的地电位差将导致设备损坏。由于直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射,会出现导致设备过电压放电。显然,这种雷危害是大面积的,变电站二次设备损坏多数都是由此情况产生,特别是自动化设备对雷电等电磁脉冲和过电压过电流的耐受能力很低,就会在设备的绝缘薄弱处造成击穿。而且电力系统针对自动化设备防雷工作滞后,这些设备遭受雷击损坏极高,后果也越来越严重。近年来在电力系统中多次发生因雷电造成综合自动化设备损环,使测控装置误动、拒动,或使远动工作站“罢工”,更严重的

浅谈电力系统自动化防雷措施

浅谈电力系统自动化防雷措施 发表时间:2018-05-14T15:56:18.500Z 来源:《电力设备》2017年第34期作者:李一兵 [导读] 摘要:电力系统容量在不断的增加,同时自动化水平也在不断的提高,电力系统普遍使用了一些计算机、RTU 和其他微电子设备来进行工作。 (国网山东龙口市供电公司山东龙口 265701) 摘要:电力系统容量在不断的增加,同时自动化水平也在不断的提高,电力系统普遍使用了一些计算机、RTU 和其他微电子设备来进行工作。但是在雷雨季节,一些电力局调度大楼和电力局所属自动化显示系统、通信联络系统(Modem、载波机、程控交换机等)等通常会因为受到雷击而受到损坏,直接和间接经济损失都是非常大的。虽然有些电力调度自动化系统使用了一些防雷措施,但是还是频繁的出现雷害事故,因此笔者针对上述问题进行一个综合的分析。 关键词:电力系统;自动化;防雷;措施 1 雷击产生的原因 雷击是一种自然现象,它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。当雷电放电路径不经过防雷保护装置时,放电过程中产生强大的瞬变电磁场在附近的导体中感应到强大的电磁脉冲,称感应雷。感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体。 一种是在雷云中电荷积聚时,附近导体会感应相反的电荷,当雷击放电时,雷云中电荷迅速释放,而导体中的静电荷在失去雷云电场束缚后也会沿导体流动寻找释放通道,就会在电路中形成静电感应,其次是在雷云放电时,迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场,附近的导体中就会产生很高的感生电动势,在电路中形成电磁感应,感应雷沿导体传播,损坏电路中的设备或设备中的器件。 信息系统中系统接口多,线路长,给感应雷的产生、耦合和传播提供了良好环境,而信息系统设备随着科技的发展,集成度越来越高,抗过电压能力越来越差,极易受感应雷的袭击,并且损害的往往是集成度较高的系统核心器件,所以更不能掉以轻心,感应雷可以来自云中放电,也可以来自对地雷击。而信息系统与外界连接有各种长距离电缆可在更大范围内产生感应雷,并沿电缆传入信息系统。所以防感应雷是电力系统特别是微电子技术应用比较广泛的变电站综合自动化系统内,因而信息系统防雷是电力系统保证安全的重点。 2 电力系统雷击防护器的工作原理 电力系统目前的防雷器多采用两种工作方式:开路方式与短路方式。开路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时开路从而隔离设备,如隔离变压器、电感器、光隔离器类防雷器便是采用此种原理。短路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时对地短路使雷电流导入大地,从而保护电子设备。由于短路方式防雷器本身承受反压低,设备经济简单,所以应用比较广泛。其保护原理,短路方式防雷器多为一个或几个功能模块的组合,由于各个模块对雷击防护性能有一些区别,所以在选择避雷器时最好有所了解。其中抑制二极管及限流电阻模块可精密控压,但泄流较小;压敏电阻模块启动电压低、启动快,但同样泄流小,过载能力低;气体放电管模块泄流大,但启动电压较高。此外为防止较大过电压冲击。 3 微电子器件耐冲击水平与TVS管特性 微电子器件中 TTL 数字电路的抗冲击能力最弱,10V、30ns 脉宽的冲击电压可使TTL电路损坏;雷电流产生的磁场达 0.07 × 104T 时可使微电子器件误动,无电磁异蔽时即使雷电流通道远在 1km 处,也可能使微电子设备误动。为使微电子器件遇雷击时不致损坏,有效的办法是选用新型保护器件——TVS 管。 TVS 管即瞬态电压抑制器。当其两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以 10-12s 量级的速度,将两级间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值(一般小于 2 倍额定工作电压),有效的保护电子电路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的破坏。 TVS 管的正向特性与普通二级管相同,反向特性为典型的 PN 结雪崩器件。在瞬态脉冲电流的作用下,流过 TVS 管的电流,由原来的反向漏电流 ID 上升到 IR(25℃下,IR = 1mA )时,其两极呈现的电压由额定反向关断电压Uoff 上升到击穿电压 UBR,TVS管被击穿。随着峰值脉冲电流的出现,流过TVS 管的电流达到峰值脉冲电流 Ipp,其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压 Uc 以下;其后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS管两极电压不断下降,最后恢复到起始状态。这就是 TVS 管抑制出现的浪涌脉冲功率,保护电子元件的过程。 TVS 管的显著特点为:响应速度快(10-12s 级)、瞬时吸收功率大(数千瓦)、漏电流小(10-9A 级)、击穿电压偏差小(± 5%UBR 与± 10%UBR 两种)、箝位电压较易控制(箝位电压 Uc 与击穿电压 UBR 之比为 1~1.4)、体积小等。它对保护装置免遭静电、雷电、操作过电压、断路器电弧重燃等各种电磁波干扰十分有效,可有效地抑制共模、差模干扰,是微电子设备过电压保护的首选器件。 4 接地电阻与屏蔽 4.1 接地 良好的接地是防雷中至关重要的一环。接地电阻值越小过电压值越低。因此,在经济合理的前提下应尽可能降低接地电阻。通信调度综合楼的通信站应与用一楼内的动力装置共用接地网并尽可能与防雷接地网直接相连。通信机房内应敷设均压带并围绕机房敷设环行接地母线。在电力调度通信综合楼内,需另设接地 网的特殊设备,其接地网与大楼主地网之间可通过击穿保险器或放电器连接,以保证正常时隔离,雷击时均衡电位。 接地的其他方面均应严格按有关规程办理。 4.2 屏蔽 屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加在计算机等设备上的电磁干扰或过电压所产生的巨大能量。对计算机系统来说具体可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆包含管道的屏蔽。建筑物的屏蔽可利用建筑物钢筋、金属构架、金属门窗、地板等均相互焊接或可靠连接在一起,形成一个法拉第笼保护,并通过接地网可靠的电气连结,形成初级屏蔽网。设备的屏蔽应该对计算机设备耐电压能力进行严格且严密的调查,按IEC划分的防雷区(LPZ)施行多级屏蔽。在此强调二点注意事项。其一是屏蔽管线的接地,一般要求入户线采用地下电缆入户,其电缆金属护层,在前后两端做良好接地。测量结果表明,电线电缆屏蔽层一端接地时可将高频干扰电压降低一个数量级,两端接地时可降低两个数量级。其二是使用金属丝编制网屏蔽电缆,因其重量轻,使用方便而被广泛应用,但是在电磁波频率较高时,其波

气象信息系统雷电防护解决方法

气象信息系统雷电防护解决方法 摘要:在气象信息系统中,雷电防护是重要的一项工作。作为一类严重的气象灾害,雷电灾害给气象信息系统的正常工作造成了干扰。本文针对气象信息系统雷电防护常见的几类问题,提出较为可行的解决方法,以保证气象信息系统的功能正常。 关键词:气象信息系统;雷电防护;解决方法 气象信息系统对人民群众的生活非常重要,及时准确的气象预报可以避免天气对人民生活造成影响、给农作物带来伤害。但气象信息系统常常遭受雷电袭击。因此,大部分气象工作站都会进行雷电防护工作。因为一些因素,雷电防护工作常出现一些问题使工作效率降低,导致气象信息系统仍受到雷电攻击。解决雷电防护出现的一些问题,才能保证气象信息系统的正常工作。 一、常见问题及解决方法 (一)信号线路屏蔽措施不合格。选择带有金属屏蔽层的线缆,或者将信号线路穿进金属管中,在首尾的部位进行接地处理,若接线较长应增加接地部位,室外线路屏蔽时,可以选择穿金属管埋地的方式。屏蔽效果的优良与以下因素有关:构成、材料的使用、接地方法。屏蔽的效果可以采用转移阻抗来表达,转移阻抗越低,屏蔽的范围就越大。选择埋地穿金属管的方式感应电压较小,采用架空线路的方式感应电压较大。双绞线能够抑制磁场的干扰。因此,对于信号线路的屏蔽方面,可以做出以下改进:①工作人员要充分意识到屏蔽的重要性。当雷电袭击时,正确的屏蔽能够较好的减弱雷击电磁脉冲,从而避免气象信息系统遭受雷电攻击。不仅要安装信号SPD,也要做好线路屏蔽工作。②用正确的方法进行线路屏蔽。若线路位于室外,则优先选择穿金属管埋地的方式,如果无法埋地进入室内,则要在线路的首尾进行接地。在信号线路的选择上,双绞线以具备强大的抗磁场干扰能力作为优先选择。如果因接地部位较多造成了低频影响,可以外屏蔽层多部位接地,而内部采用单点接地的方法。除此之外,还需要保证屏蔽层的连续性。正确的屏蔽方法即可以减少不利因素,也可以有效对抗电磁场的干扰。 (二)SPD的选择。SPD是一种重要的保护电子设备不被雷电袭击的装备,它能够避免各类线路中的瞬时过电压太大,起到保护线路的作用,对气象系统来说,安

雷电的危害性分析及其预防措施

雷电的危害性分析及其预防措施 雷电是自然界中雷云之间或是雷云与大地之间的一种放电现象。其特点是电压很高、电流很大、能量释放时间短,具有很大的危害性。雷电会造成电力系统大面积停电、森林大面积烧毁、建筑物毁坏、油库爆炸起火、通讯系统瘫痪以及家电设备损坏等等。 1雷电理论 1.1雷云结构和雷电的放电机理 雷云的典型结构是中部有强烈的上升气流,在这种气流的作用下,带正电的冰晶与带负电的水滴开始分离,形成一部分带正电荷,一部分带负电荷的雷云。由于异性电荷的不断积累,不同极性的云块之间电场强度不断增大,当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就形成了云间放电。不同级性的电荷通过一定的电离通道互相中和,产生强烈的光和热,并发出一种强光,称之为“闪”,所发出的热,使附近的空气突然膨胀,发出霹雳的轰鸣,称之为“雷”。 由于雷云负电的感应、使附近地面积聚正电荷,从而使地面与雷云之间形成强大的电场。当某处积聚的电荷密度很大,造成电场强度达到雷云与地面之间空气游离的临界值时,就为雷云对地放电打到地面上的闪电即为“落雷”。如果落雷击中人员、建筑物、机电设备和森林树木而造成的危害,这种现象为“雷击事故”。 1.2雷电活动强度 雷电活动的强度是因地区而异的,有的地区强,有的地区弱,某

一地区的雷电活动强度通常用“年平均雷电日”这一数字表示。我国年平均雷电日分布大致可划分4个区域,其中长江以北大部分地区年平均雷电日在15~40d。年平均雷电日这一数字只能给人们提供某一地区雷电活动的概括情况,雷电活动的强弱程度与落雷概率是两个不同的概念。事实上,即使是在同一地区,雷电活动也是有所不同的,有些地方受局部气象条件的影响,雷电活动可能比邻近地区强得多。 1.3雷击的选择性 雷害事故的统计资料说明,雷击的地点和建筑物遭受雷击的部位是有一定规律的,这个规律称为雷击的选择性。 地面上建筑物的性质和形状对雷电的发展是有影响的,当地面上电场不断增强时,在高大建筑物的尖顶和边缘上电场强度最大,构成雷电发展的良好条件。在旷野中,即使建筑物并不很高,但是由于它比较孤立、突出,因而较容易遭受雷击。金属结构的建筑物或内部有大型或大量金属物体的厂房,由于具有良好的导电性能,也较易遭受雷击。

雷击的危害和防护

雷击的危害和防护 雷电是一种大气中的放电现象,作为一种无法抑制的强大的自然力的爆发,不仅威胁着人类的生命安全,而且常使电力、航空、通信、建筑等许多部门遭到破坏。在正常运行时,电力系统电气设备的绝缘处于额定电压作用下。但是,由于雷击和操作等原因,电力系统中某些部分的电压可能升高,甚至会大大超过正常状态下的数值。这种对电气设备绝缘造成危险的电压升高,称为过电压。按过电压产生的原因分为大气过电压(雷击过电压)和内部过电压两大类。。 1 .雷电的形成:大气中的水蒸气和地面的湿气受热上升,在空中不同冷、热气团相遇,凝结成水滴或冰晶,形成积云。积云运动,使电荷发生分离,亦即在上下气流的强烈摩擦和撞击下,形成带正、负不同电荷的积云,也称雷云。云层中电荷越聚越多,就形成了正、负不同雷云间的强大电场。同时,由于静电感应,带电的雷云临近地面时,对大地或电气设备将感应出与雷云极性相反的电荷,二者之间形成了一个巨大的“电容器”。雷云中电荷积聚到足够数量时,电场强度达到 25~30kV / cm 时,就会使正、负雷云之间或雷云与大地之间的空气绝缘击穿,而发出先导放电,当先导放电到达另一雷云或大地时,就产生强烈的“中和”作用,出现强大的电流,其值可达数十至数百千安。该电流称为雷电流,这一过程称为主放电过程。主放电的温度可达 20000 ℃,使周围的空气猛烈膨胀,并出现耀眼的光亮和巨响,称为雷电,亦即通常所说的雷鸣和闪电。主放电到达云端就已结束,然后,云中的残余电荷,经主放电通道下来与地上的电荷中和,称为余光放电过程。余光阶段的电流不大,但持续时间较长。由于云中可能同时存在几个电荷堆积中心,当第一个电荷中心的上述放电完成后,可能引起第二个、第三个中心向第一个通道放电,因此,雷电往往是多重性的(约占 40 % ) ,放电的平均数约为三次,雷击总的持续时间一般不超过 0.5s 。 2 .雷电过电压的基本形式:分为直接雷过电压、感应雷过电压、侵人波过电压三种基本形式。(1)直接雷过电压。雷云直接击中房屋、杆塔、电力装置等物体时,强大的雷电流流过该物体而泄人大地,在该物体上将产生很高的电压降,称为直接雷过电压。由于直接雷过电压幅值极高,是任何绝缘都无法直接承受的,因此必须采取有效的保护措施,通常用避雷针、避雷线、避雷带或避雷网进行防护。(2)感应雷过电压。当雷击设备或架空线路附近地面时,在设备或导线上由于静电感应和电磁感应而产生的过电压,称为感应雷过电压。感应过电压对 35kV 及以下绝缘是危险的,应采取措施加以防护,但对 110kV 及以上的设备,由于其绝缘的冲击耐压水平高于 500kV ,故没有危险。(3)侵人波过电压。它是指由于架空线路或架空金属管道上遭受直接雷或感应雷而产生的高压冲击雷电荷,可能沿线路或管道侵人室内。据统计,在电力系统中,由于雷电波侵人而造成的雷害事故,约占雷害总数的一半以上。 3 . 雷电参数(1)雷暴日。为了统计雷电活动频繁度,采用雷暴日为单位,在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。全年雷暴日的总和叫年雷暴日,我国把每年平均雷暴日不超过 15 日的地区叫少雷区,超过 40 日的叫多雷区,超过 90 日的叫强雷区。我们这一地区介于少雷区和多雷区之间。 4、常用防雷装置的种类和作用防雷工作包括电气设备的防雷和建(构)筑物的防雷两大内容。避雷针、避雷线、避雷网、避雷带及避雷器都是经常采用的防雷装置。一套完善的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。上述针、线、网、带实际上都只是接闪器。避雷针主要用于发电厂、变电站等电气设备

2021新版雷电防护措施安全常识

2021新版雷电防护措施安全常 识 Understand the common sense of safety, you can understand what safety issues should be paid attention to in daily work, and enhance your awareness of prevention. ( 安全管理 ) 单位:______________________ 姓名:______________________ 日期:______________________ 编号:AQ-SN-0634

2021新版雷电防护措施安全常识 按照防护范围可将安装弱电设备的建筑物的防雷措施分为两类,外部防护和内部防护? (1)外部防护外部防护是指对安装弱电设备的建筑物本体的安 全防护,可采用避雷针?分流?屏蔽网?均衡电位?接地等措施,这种防护措施人们比较重视?比较常见,相对来说比较完善?弱电设备的外 部防护首先是使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引人大地;其次 是在将雷电流引人大地的时候尽量将雷电流分流,避免造成过电压 危害设备;第三是利用建筑物中的金属部件以及钢筋可以作为不规 则的法拉第笼,起到一定的屏蔽作用,如果建筑物中的设备是低压电子逻辑系统?遥控?小功率信号电路的电器,则需要加装专门的屏蔽网,在整个屋面组成不大于5m-5m,6m-4m的网格,所有均压环采用避雷带等电位连接;第四是建筑物各点的电位均衡,避免由于电位差危

害设备;第五是保障建筑物有良好的接地,降低雷击建筑物时接点电位损坏设备? (2)内部保护内部防护是指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护,其措施有:等电位联结?屏蔽?保护隔离?合理布线和设置过电压保护器等措施.从EMC(电磁兼容)的观点来看,防雷保护由外到内应划分为多级保护区?最外层为0级,是直接雷击区域,危险性最高,主要是由外部(建筑)防雷系统保护,越往里则危险程度越低?保护区的界面划分主要通过防雷系统?钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层而形成,从0级保护区到最内层保护区,必须实行分层多级保护,从而将过电压降到设备能承受的水平?一般而言,雷电流经传统避雷装置后约有50%是直接泄人大地,还有50%将平均流人各电气通道(如电源线,信号线和金属管道等)? 5电脑通信网络弱电设备的防雷措施 随着电脑通信设备的大规模使用,雷电以及操作瞬间过电压造成的危害越来越严重?以往的防护体系已不能满足电脑通信网络安全的要求?应从单纯一维防护转为三维防护,包括:防直击雷,防感应

雷电的危害及预防措施

雷电是大自然中最壮观的自然现象之一,它是一把锋利无比的双刃剑,具有巨大的能量及破坏力。其电压可高达几十万伏甚至数百万伏,瞬时电流可高达数十万安培,放电时温度高达30000℃。世界各地每年遭受雷击而造成破坏的重大事故不计其数,仅我国每年就有数万人遭受雷击伤亡。因此,我们必须了解和掌握防雷知识,采取切实可行的防雷措施,才能有效地避免或减少雷电事 故的发生。 雷电的主要危害 根据雷电产生的危害特点,它的破坏作用主要是雷电流引起的。通常雷电以三种形式出现,即直接雷击、感应雷击和雷电波。一般人所说的雷击是由直接雷造成的,由于它瞬间放出的电流相当大,产生的高温高压引起爆炸、火灾和建筑物倒塌,造成人畜伤亡事故。1998年6月30日南京市栖霞区一农民受雷击身亡;次日江苏大丰滩涂的雷击事故中2人死亡、7人受伤;7月10日贵州省威宁县云贵乡50多名农民在临街新建的砖房中避雨时遭受雷击,造成14人当场死亡、42人受伤的惨剧;这几起雷击事故都是因直接雷造成的。 感应雷的主要危害是由电流沿着金属导线或导体形成雷电冲击波,并进入建筑物内造成用户的仪器设备或家用电器的损坏,在一定的条件下还会造成人员伤亡和火灾等重大雷击事故。在雷击事故中90%是感应雷造成的,例如,十年前震惊中外的山东黄岛油库大火就是由感应雷引起的。随着现代化高科技的迅速发展,在电子设备、供电设备、通信广播、计算机网络的信息传输 等领域都是感应雷的主要袭击对象。 雷电波是由于雷击而在架空线路或空中金属管道上产生的冲击电压,沿线路或管道的两个方面迅速传播,其传播速度为300m/us(在电缆中为150m/us),若侵入建筑内可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿产生短路或使建筑物的易燃易爆物品燃烧和爆炸。1994年5月广州市《南方日报》社近百台微机被雷击毁就是因为雷电波侵入所致。 造成雷电击事频繁发生的原因,除了不可抵御的自然现象外,人们的防知识缺乏、防雷意识淡薄是主要原因。有的人认为避雷针是万能的灵丹妙药,有了它就会任凭电闪雷鸣而安然无恙,有的单位舍不得花这笔钱来搞防雷工程,有的单位即使安装了避雷设施,但安置不规范或长期得不到维护、保养,成了引雷入室的祸根;雷雨期间,野外作业及行走不能及时地离开所处环境的最高点;有人甚至跑到大树下、屋檐下躲雨,室内人员甚至打开门窗观赏雨景或收看电视、打电话,对家用电器电源插头不及时拨掉,从而导致雷电击伤亡悲剧频发。 预防雷击事故的措施 为了避免或减少雷击事故的发生,保证人畜及建筑物的安全,对建筑物而言,首先把好建筑设计第一关,按建筑物的功能综合考虑防雷避雷设施,特别要考虑清理到室外附加在屋顶上的霓虹灯、广告牌、金属旗杆、微波塔及共用天线等潜在的不安全因素;其次把好施工质量检查监督及竣工关,严格按照国家规定的标准验收建筑物的避雷设施。对共用天线、居民住宅楼的总电源、电子计算机网络用户以及架空电话线用户等应加装专用避雷器,并在每年雷雨季节到来之前,对 这些避雷装置进行一次安全性能检测维修。 对于个人和家庭而言,首先要多了解防雷知识,增强防雷意识,积极采取预防措施,避免雷电击伤人。其次,要用自已已掌握到的防雷知识,宣传教育身边的人;雷雨期内,在野外行走时,要尽量离开所处环境的最高点,跑到低洼处或干脆趴下,不要在大树、电线杆、高架铁塔、烟囱

论电子信息系统的雷电防护工程项目技术

一般用途的电子信息系统雷电防护技术 彭立新赖乐圆 信息时代的到来,给我们的生活生产带来十分的便利,信息技术的普及也给我们的生产力带来极大的提高。目前,信息技术设备已在人类的各个领域广泛应用。然而,以微电子技术为基础的电子信息设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快,其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲的能力差,极易遭受雷电的危害,特不是雷电电磁脉冲造成的损害更为严峻。因此,国际电工委员会将雷电灾难称为“信息时代的公害”。为了消除这一公害,人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探究,并从理论与实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。本文简略介绍一般用途的电子信息系统设备雷电防护技术。 一、定义 一般用途的电子信息系统设备,依据国标《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB 50343-2004)的划分,按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级

建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择表 一般用途的电子信息系统,指的是雷击损坏概率低的电子信息机房,也确实是也确实是工矿企业和一般企事业单位的电子信息机房。 二、一般用途的电子信息机房系统综合防护方案 (一)雷电防护区划分

雷电防护区的划分是将需要爱护的操纵雷电电磁脉冲环境的建筑物,从外部到内部划分为不同的雷电防护区(LPZ)。 雷电防护区应划分为:直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区,并符合下列规定:直击雷非防护区(LPZ0A):电磁场没有衰减,各类物体都可能遭到直接雷击,属完全暴露的不设防区。 直击雷防护区(LPZ0B):电磁场没有衰减,各类物体专门少遭受直接雷击,属充分暴露的直击雷防护区。 第一防护区(LPZ1):由于建筑物的屏蔽措施,流经各类导体的雷电流比直击雷防护区(LPZ0B)减小,电磁场得到了初步的衰减,各类物体不可能遭受直接雷击。 第二防护区(LPZ2):进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。 后续防护区(LPZn):需要进一步减小雷电电磁脉冲,以爱护第三度水平高的设备的后续防护区。 (二)外部防护(直击雷防护) ⑴目的:拦截、泻放直击雷电流 ⑵系统组成:由接闪器(避雷针、避雷带)、引下线、接地体组成,可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。

雷电安全及防护

SS市中心组团新城区首期道路工程B2标 雷 电 安 全 及 防 护 XX市政工程有限公司 SS市中心组团新城区首期道路工程B2标项目部

机械设备是现代化工业中不可缺少的生产设备,它是各行各业解放劳动力。提高生产率的有力工具,也是现代工业的基础,在生产的人机环境系统中,机械与人相比,具有人所不或替代的优点,具体表现在: ①输出功率大,可长期稳定操作,不易疲劳,生产率高; ②自动化程度高; ③准确性和速度比人好; ④灵敏度反应能力高; ⑤耐用性强,可在人不适宜的环境下操作; ⑥可靠性高,不会受外界因素的影响; ⑦运转速度快,可连续运行; ⑧能同时完成多种作业,适应性强; 由于机械设备所需人的操纵,监控和维护,机械设备的运转是处于人机环境之中,从安全的角度出发,要保证人、机、环境的安全,必须协调人机关系,保证人、机的本质安全,遵守人机之间的安全规律,保证系统安全。因此,有必要对机械安全有一个系统全面的了解。木工机械安全及防护 从原木到成品的生产过程中,使用各种木工机械。如再剖带锯机、纵锯圆锯机、横截圆锯机、平刨机、压刨机、铣床、磨床等。由于木工机械在其它机械行业中较通用,如铸造等 1.木工机械的常见事故 (1)手与转动刀具按触或与工件接触的伤害。由于木材强度低,材质软,加工省力,容易切割。木工机械的转速很高,通常为5000~1200r/min,因而,木工机械转动惯量大,难以制动,刀具更加锋利,操作人员易使手受到伤害。 (2)对于手工推送木料的机床,由于木料的缺陷(节疤、空道)加工缺陷(倒丝级)会使切割阻力发生突变;由于木料过短、窄、薄而没有足够的支承部位。操作者姿势不正确,当木料受冲击,震动而弹跳、侧倒或意外开裂时,操作者推动对木料控制,致使推压木料的

正确实现等电位是雷电防护成功的基本保证

正确实现等电位是雷电防护成功的基本保证

正确实现等电位是雷电防护成功的基本保证 ——浅谈计算机信息系统雷电防护失败的原因之一 作者:中国科学院全宇辰 近年来,在防雷界一直大谈特谈等电位问题,好象“等电位”是一个非常时髦的词汇,但细听来确让我十分非常费解。笔者深感问题的尖锐和担忧。在参与雷电防护工作及雷电防护研究近13年,直接和间接完成大小万余个防雷项目。自感有成功的经验和失败的教训,有必要向各位朋友汇报一下,敬请批驳指教。 一、等电位的基本概念: 1.等电位的基础概念: 一根金属导体,如果导体中电流对于零,则导线两个端点的电位相等。如果导体中电流不等于零,则两点间存在电位差。[Uab=I ab×R ab+L ab ×dI/dt,其中,Iab为导线电流,Rab为导线电阻,Lab为导线电感,dI/dt为时间对电流的变化量,则Uab为两点间电位差] 2.等电位的严谨定义: IEC1024规定:为实现雷击保护-电位均衡应采用均压等电位导体或过电压保护器将处于 被保护空间中的外部避雷装置、建筑物的钢筋

架、安装的设备、各种导电体,供电及通讯设备连接在一起。 二、等电位的基本目的: 1.人身防护: 在机房内,将配电保护地线、防雷接地、直流逻辑地线、静电地线、屏蔽地线、大楼主钢筋接地、地板支架、金属管道、金属门窗、设备外壳、机房内人能接触的一切与大地有直接联系的金属物体通通实现电气连接,减少地线及金属物体之间的电位差,防止雷击引起机房内部金属物体之间的电位差,最大限度的保护机房内部人员的人身安全。 2.设备防护: 一个人乘电梯,人与电梯是等电位关系,不论电梯运行到哪个楼层,人与电梯都是相对等电位。如果说,电梯是防雷器,则人是用电器,它们同时上、同时下,永远保持等电位的关系。设备与防雷系统必须保持绝对的等电位关系,才能保证防雷工作的成功,这是原则问题。 三、等电位与等电位连接: 等电位的完成是靠等电位连接来实现的,在操作时经常出现许多问题,其中有许多具体操作

雷电对人身的危害及其防护

雷电对人身的危害及其防护 夏天是雷雨多发季节,雷电造成的灾害除经济损失外,还可造成人身伤害以致威胁到人的生命安全。 人是导电体,若被雷电直接击中头部,并且通过躯体传到地面,可以使心脏和神经麻痹,心脏可能停止跳动,或者发生室颤,就是心跳极不规则,心脏不能有效地射血,被击者无脉搏、无血压;脑神经受损可直接抑制心跳和呼吸中枢,使人几分钟内死亡。此外,尽管没有被雷电直接击中,也可能会造成伤害。这是由于人体距离雷击点很近时,一部分雷电电流可通过”跨步电压”进入人体。 对雷电的预防主要分为室内预防和室外预防两种。 1.室内预防雷击 (1)电视机的室外无线在雷雨天要与电视机脱离,而与接地线连接。 (2)雷雨天气应关好门窗,防止球形雷窜入室内造成危害。 (3)雷暴时,人体最好离开可能传来雷电侵入波的线路和设备1.5m以上。也就是说,尽量暂时不用电器,最好拔掉电源插头;不要打电话;不要靠近室内的金属设备如暖气片。自来水管、下水管;要尽量离开电源线、电话线、广播线,以防止这些线路和设备对人体的二次放电。另外,不要穿潮湿的衣服,不要靠近潮湿的墙壁。 2.室外如何避免雷击 (1)为了防止反击事故和跨步电压伤人,要远离建筑物的避雷针及其接地引下线。 (2)要远离各种天线、电线杆、高塔、烟囱、旗杆,如有条件应进入有宽大金属构架、有防雷设施的建筑物或金属壳的汽车和船只,但是帆布蓬车和拖拉机、摩托车等在雷电发生时是比较危险的,应尽快离开。 (3〕应尽量离开山丘、海滨、河边、池旁;应尽快离开铁丝网、金属晒衣绳、孤独的树木和没有防雷装置的孤立的小建筑等。 (4)雷雨天气尽量不要在旷野里行走。如果有急事需要赶路时,要穿塑料等不侵水的雨衣;要走的慢些,步子小点;不要骑在牲畜上或自行车上行走;不要用金属杆的雨伞,不要把带有金属杆的工具如铁锹、锄头扛在肩上。人在遭受

雷电对变电所的危害及防护

雷电对变电所的危害及防护 摘要:变电所电子设备受雷击影响概率大,应当引起重视。采取分区、分级,重点防护,可起到事半功倍的效果。 关键词:雷击防雷电子设备变电所 一前言 人类社会步入信息时代,各类先进的电子设备由于大量和广泛的运用,其遭受雷击危害机率大大增加。尤其是变电所内电子设备,依附于处在受避雷针保护范围内的一次设备,受雷击影响概率更大。且采用传统防雷措施,其防护多有不当,应当引起重视。 二雷击危害的几种方式 2.1 雷的直击和绕击 雷云单体浮在大地上空,其所带电荷拖着地表相反电荷犹如一个影子随风移动。如果途经变电所的避雷针或地表其它突出物,地电荷会导致突出物顶端电场畸变集中。闪电开始之前先是雷云底部的始发先导按间歇分级跃进方式向地表发展,当距地面50~100m时,由避雷针等地表突出物电场畸变集中的地方产生垂直向上的迎面先导。两者相接,进入直击或绕击的主放电阶段。 通常当地面上突出物的高度为h,雷云正下方的平均电场强度大于和等于580h-0.7kV/m时,则该突出物将容易受到直击雷。原因是高为h的避雷针可影响雷云单体向下的始发先导发展方向的半径,用公式表述为: R=16.3h0.61m 。该式还表明,地表安装独立避雷针后,将会在其附近出现大量的散击,甚至对避雷针进行直击,对受避雷针保护范围内的物体进行绕击。[1] 一次雷击主放电一般为几万安培到十几万安培。瞬间高热和电动力,会造成混凝土杆炸裂,小截面金属熔化,引起火灾和大爆炸,金属导体连接部分断裂破损,建筑物倒坍,电气设备损坏。 2.2 雷电反击 直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。假如地电阻为10Ω,一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。如果受雷击变电所输电线路来自另一个不同地网的变电所,那么上升的地电位与输电线上的电位将形成巨大反差,导致与输电线路相连的电气设备的损坏。不仅仅是输电线路、动力电缆,凡是引进变电所的金属管线都会引起雷电反击。 另一种雷电反击,对变电所的电子设备危害也不容忽视。雷电流沿变电所的接地网散流,支线上的雷电流和各点电位差异很大。连接在不同等电位地网上的电子设备。如果其间有电信号联系,那么超过其容许承受能力的地电位差将导致设备损坏。 2.3 感应雷 直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射,导致设备过电压放电,则为

论电子信息系统的雷电防护工程技术(doc 7页)

论电子信息系统的雷电防护工程技术(doc 7页)

一般用途的电子信息系统雷电防护技术 彭立新赖乐圆 信息时代的到来,给我们的生活生产带来十分的便利,信息技术的普及也给我们的生产力带来极大的提高。目前,信息技术设备已在人类的各个领域广泛应用。然而,以微电子技术为基础的电子信息设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快,其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲的能力差,极易遭受雷电的危害,特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。因此,国际电工委员会将雷电灾害称为“信息时代的公害”。为了消除这一公害,人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探索,并从理论与实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。本文简略介绍一般用途的电子信息系统设备雷电防护技术。 一、定义 一般用途的电子信息系统设备,依据国标《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB 50343-2004)的划分,按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级 建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择表 雷电防护等级电子信息系统 A级1、大型计算中心、大型通信枢纽、国家金融中心、银行、机场、大型港口、火车枢纽站等。 2、甲级安全防范系统,如国家文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。 3、大型电子医疗设备、五星级宾馆。 B级1、中型计算中心、中型通信枢纽、移动通信基站、大型体育场(馆)监控系统、证券中心。 2、乙级安全防范系统,如省级文物、档案馆的闭路电视监控和报警系统。 3、雷达站、微波站、高速公路监控和收费系统。 4、中型电子医疗设备 5、四星级宾馆。 C级1、小型通信枢纽、电信局。 2、大中型有线电视系统。 3、三星级以下宾馆。 D级除上述A、B、C级以外一般用途的电子信息系统设备。

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