建筑物防雷的變與不變

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【摘  要】回顧了建筑物防雷發(fā)展的歷程和防雷觀念更新的情況，指出現(xiàn)在防雷的基本原理和一些誤解，以及筆者對防雷接地和安裝過電壓保護(hù)器的看法。 

【關(guān)鍵詞】建筑物防雷；防雷接地；電磁閉鎖聯(lián)結(jié)  近20年來，建筑物防雷技術(shù)獲得很快的發(fā)展。回顧建筑物防雷發(fā)展的歷程，反思建筑物防雷技術(shù)的變遷，探索其中的道理，這對改進(jìn)與提高防雷技術(shù)水平有益處。筆者冒昧地討論這個題目，只做拋磚引玉，歡迎大家批評指正。  1 建筑物防雷技術(shù)的變化  a.重視雷電電磁感應(yīng)作用。以前建筑物防雷以防直擊雷為主，側(cè)重機(jī)械性破壞和雷電反擊；現(xiàn)在則以防感應(yīng)雷擊為主，側(cè)重雷電的電磁感應(yīng)效應(yīng)。獨立避雷針附近電磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，對稱引下避雷網(wǎng)內(nèi)的電磁感應(yīng)強(qiáng)度可明顯減弱，實體法拉第籠內(nèi)的感應(yīng)電磁場強(qiáng)度為零。  b.注意防雷方式的系統(tǒng)性。以前建筑物防雷就想到裝避雷針，現(xiàn)在注意到雷電的各種引入渠道。雷電保護(hù)區(qū)（lpz）的劃分是從多級保護(hù)發(fā)展而來，采用了系統(tǒng)論的方法。其界面的劃分是以電氣節(jié)點分段的。有人把它誤解為隔墻分界，沒有從電工學(xué)的角度去理解雷電防護(hù)區(qū)的概念。  c.接地結(jié)構(gòu)、等電位聯(lián)結(jié)與電氣接線的關(guān)聯(lián)變化。以前接地是否合格以接地電阻值為準(zhǔn)，現(xiàn)在則側(cè)重于接地結(jié)構(gòu)兼顧接地電阻值。由于建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的頻率增高，其接地結(jié)構(gòu)、等電位聯(lián)結(jié)和電氣接線的方法都發(fā)生了變化。設(shè)計者必須有電磁兼容的理論和實踐知識。主要內(nèi)容有：共地才是合理的選擇；電源接地系統(tǒng)的制式；電氣設(shè)備的工作頻率對接地結(jié)構(gòu)的要求和對等電位聯(lián)結(jié)方式的選擇。  2 建筑物防雷技術(shù)的不變之處  防雷的理論基礎(chǔ)仍然是安全的引雷入地。閃電電源不是一個電壓源，而是一個電流源，更嚴(yán)格地說它是一個電流波。防雷裝置是給雷電流提供一條或幾條低阻抗的通道。一次雷電放電總的能量并不大，不過幾十kwh，但其瞬時功率很大。雷電的耗能是一個自動調(diào)節(jié)過程，并聯(lián)分布的電路中電阻低的分路其分流電流最大，耗能按電流的平方增大，所以雷電能量主要消耗在阻值小的支路上。在雷擊點的地電位產(chǎn)生浮動，其電壓可達(dá)幾百kv，在那里的電氣設(shè)備其絕緣有被擊穿的危險，采用spd（電涌保護(hù)器）暫態(tài)等電位聯(lián)結(jié)的辦法可使那里的電氣設(shè)備免于損壞。一棟建筑物的雷電耗能渠道要設(shè)計好，其防雷接地電阻值不宜太大，要防止雷電流向電源系統(tǒng)反灌的危險。一般建筑物的接地電阻值應(yīng)小于20～30歐姆。因為線路波阻抗為300歐姆，取接地電阻值小于它的1/10可以認(rèn)為是安全的。有人認(rèn)為，有了等電位聯(lián)結(jié)就不要考慮接地電阻了，并以飛機(jī)為例進(jìn)行解說。須知飛機(jī)是孤立系統(tǒng)，它可以不要接地，建筑物有外引電路則不能不要接地，過去我們強(qiáng)調(diào)接地結(jié)構(gòu)，不提接地電阻值，那是為了糾正片面強(qiáng)調(diào)降低接地電阻值的做法。例如有人稱“通訊系統(tǒng)工程的接地電阻值要小于0.1歐姆”等，而現(xiàn)在有人稱“接地電阻值可以不限”。這是不可以隨便說的，要按具體情況進(jìn)行分析，凡是有外接電網(wǎng)的仍要限定接地電阻值。經(jīng)驗表明有防雷裝置仍出事故，多是接地不良或接地線斷線所致，所以防雷接地裝置檢測的管理不可取消。另外需要提醒的是，高頻接地電阻測量儀和脈沖接地電阻測量儀不適用于測量接地電阻值，卻特別適用于測量接地線斷線。它們對于接地線斷線特別敏感，而一般接地電阻測量儀往往難于發(fā)現(xiàn)局部的斷線。  我們特別提倡用鋼管或電纜做進(jìn)線保護(hù)，是因為它們有良好的分流和屏蔽性能。天線進(jìn)線防雷就是用鋼管和電纜完成通訊和防雷的雙重功用的，在進(jìn)口處要加裝spd，在機(jī)柜處也要加裝spd，并在兩處與防雷接地相連。用鋼管和電纜做進(jìn)線保護(hù)的道理可以用嚴(yán)格的電路和電磁方程來證明。幾十年各地變電站和建筑物防雷經(jīng)驗用鋼管和電纜做進(jìn)線保護(hù)非常安全可靠。  有人在做雷達(dá)機(jī)房防雷設(shè)計中，為了預(yù)防地電位升高反擊過電壓，在電源線上裝spd作等電位聯(lián)結(jié)用，他們將此spd的通流容量按一級spd規(guī)定的雷電流波形10/350μs選型，這一做法不妥。雷達(dá)站電源和通訊線路都有屏蔽，當(dāng)室內(nèi)電源線路和通訊線路由屏蔽電纜和鋼管引入時，因為它有電磁閉鎖的功能，在這樣的封閉電路中不可能通過大的反擊雷電流，反擊雷電流將沿屏蔽層排放。所以這樣的室內(nèi)電路中可不裝第一級spd，即波形為10/350μs的過電壓保護(hù)器，只裝防感應(yīng)過電壓的第二級和第三級spd即可。某些國外防雷公司大力推銷大容量的過電壓保護(hù)器，對此應(yīng)有分析的選用，以免造成浪費。有人對這一點很不放心，也問過國外代理商，得到的答復(fù)是：“從天上降下來的雷電流，其波形是10/350μs的，在lpz0區(qū)與lpz1區(qū)交界處首先要防10/350μs的雷電流”。這一回答是答非所問，我們切不可為它所迷惑。因為10/350μs的雷電流將沿屏蔽電纜和鋼管的屏蔽層排放，lpz1區(qū)內(nèi)只有感應(yīng)過電壓仍可鏈入電源和電訊線路，所以可以省去第一級spd。  過去有人認(rèn)定建筑物防雷就是裝避雷針，現(xiàn)在有人認(rèn)定了spd。仿佛裝了spd就放心，spd的容量越大心里越踏實。其實這是一種錯誤的認(rèn)識。防雷設(shè)計人員要對通訊建筑物的防雷要求有全面的了解，對雷電的干擾途徑及其解耦辦法有清楚地了解，不可片面的處理防雷工程，若顧此失彼仍然可出事故。雷達(dá)站、通訊站和遙控站的附近往往有很多電氣線路，這些線路受雷電感應(yīng)是造成雷電事故多發(fā)的原因。這些線路都必須用金屬線槽、鋼管屏蔽起來，或者用屏蔽電纜聯(lián)結(jié)。不規(guī)范的亂拉線是招禍的舉措，一定要改正。現(xiàn)在有了綜合布線的規(guī)范，它是電磁兼容最新研究成果，應(yīng)該學(xué)習(xí)借鑒。我國建筑界現(xiàn)在正推廣upvc管布設(shè)電源線，但這種布線方法沒有屏蔽效應(yīng)。  3 總結(jié)  3.1 信息系統(tǒng)防雷的重要性使防雷技術(shù)全面改觀，表現(xiàn)在重視感應(yīng)雷的防護(hù)、防雷工程系統(tǒng)化綜合化、與電磁兼容技術(shù)的緊密結(jié)合。  3.2 現(xiàn)在防雷接地的標(biāo)準(zhǔn)既要看接地結(jié)構(gòu)，也要注意接地電阻值不可太大。  3.3 選擇spd最大通流容量時要對防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行分析，在有電磁閉鎖線路屏蔽時，室內(nèi)電路可以省去第一級spd.