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雷峰防雷
有效防止因雷击而造成损害
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雷电检测与防护技术

发布时间:2012-5-16 点击:1711

为了避免雷击变乱的发作,更好地维护人民的生命和国度财富平安,而对防雷安装、雷击风险评价及与雷电相关的平安事项进行检测。防雷安装包罗外部防雷安装和内部防雷安装,外部防雷安装含接闪器、引下线、接地安装,内部防雷安装含电磁屏障、等电位衔接、电涌维护器(SPD)及综合布线系统。还为了更好地避免雷击变乱的发作,对某些非凡项目做出了应进行雷击风险评价的规则。
    检测办法
    检测办法是对应着平安要求的内容规则了若何施行检测。该局部对雷击风险评价、接闪器、引下线、接地安装、电磁屏障、等电位衔接、电涌维护器(SPD)、综合布线系统及相关平安事项的检测办法进行了仔细的规则。   
    检测要求、检测功课平安要求、检测数据整顿
    检测要求包括根本要求、检测分类和检测周期、检测流程和功课要求,个中对检测任务的治理、任务流程及检测仪器的要乞降运用办法做出严厉的规则;检测功课平安要求对检测人员的平安办法、平安功课留意事项进行了规则;检测数据整顿对的记载和构成进行了规则。

雷电防护技能
    各类修建物、电力系统、通讯系统、大型物理安装、电子核算机及火箭发射系统等等,对雷电防护的要求各别。 

修建物的防护
    可采用直击雷防护安装。它由接闪局部、引下线和接地安装构成,有避雷针、避雷带、避雷网和避雷线等类型。沿屋脊、屋檐敷设的金属导体(避雷带)或网格状导体(避雷网),或凌驾屋面竖立的金属棒以及金属屋面和金属构件等,统称为接闪安装或接闪器。衔接接闪安装与接地安装的金属导体称为防雷引下线(简称引下线)。为将接闪器雷电流分散到大地中而埋设在泥土中的金属导体(接地极)和衔接线总称为接地安装。应用修建物屋顶的金属构件和修建物内部的钢筋构成一个全体的大网笼称为笼式避雷网。它具有优越的分流、均压和屏障效果,是维护功能最好的防雷方法。 

电力系统的防护
    发电厂和变电所普遍运用自力避雷针。变电架构上的避雷针(110千伏及以上电压变电所)和烟囱、水塔上的避雷针可防护直击雷。大中型变电所常需装置8~10支高30米左右的避雷针群。装于发电厂烟囱上的避雷针可用来维护发电厂,其高度可达120米。如许,直击雷防护的牢靠性可达平安运转1000~1300年的耐雷目标(MTBF)。有些变电所是用避雷线来维护。为防护由输电线传入的雷电侵入波,可采用阀型避雷器或氧化锌避雷器。对其维护功能及通流能量等要求甚高,还需严厉作到全伏秒特征与被维护的变压器等相共同(图5), 避雷器的尺寸亦甚重大,如500千伏变电所的避雷器高达5米以上。110、220千伏变电所对侵入波的防护,其均匀无毛病工夫MTBF运转值辨别可达80年和200年,330~500千伏级的目的值均为300~500年。继电维护和节制回路多用电缆的金属屏障层,并在两头接地,或将绝缘电线、塑料电缆穿入铁管,将两头接地,以防护感应雷和侵入波。对发电机的雷电侵入波防护,则采用扭转电机专用避雷器,并配以由50~100米长的金属屏障电缆(电缆埋入地中且在两头和中心设置多点接地)和电缆首端的避雷器及其前方的避雷针或避雷线维护段(作为第一道防地)构成进线维护段。这一维护系统能确保发电机的MTBF达100~300年。若采用防雷线圈(不必电缆)和避雷器的维护方法,MTBF超越600年。输电线路用避雷线维护。110千伏、220千伏、330~500千伏线路辨别可到达均匀变乱 0.2次、0.17次和0.1次/百公里年。为使避雷针、避雷线的安插处于屏障雷闪的最佳地位和取得较好的核算办法,并将维护掉效率──绕击率(即每1000次雷击,绕过维护安装而击于被维护物上的次数)限制到最低限制,自1925~1926年美国人Peek在实行室用“人工雷”初次对避雷针模子进行实验以来,不断在进行研讨。中国在避雷针设计、核算上较为进步前辈,实践绕击率已到达0.5%。列国为研讨超高压、特高压输电的长间隙和绝缘子串的雷电冲击特征、变电设备的冲击特征,先后制出高达3600千伏、4800千伏、6000千伏、甚至10000千伏的冲击电压发作器,用以进行很多的实验研讨任务。 
  
通讯系统的防护
    通讯明线普通不设直击雷维护, 只在单个主要电杆上装设凌驾杆顶 0.5米或略长一点的钢棒(普通为4毫米直径),并用引下线接地。 对地下通讯电缆,为避免雷击,依据国际电信电报征询委员会(CCITT)的建议接纳下列维护办法。对主要的电缆(好像轴电缆):若泥土电阻率ρ<100欧米时,不专设维护;ρ=100~1000欧米时,在电缆上方埋设1根屏障(排流)线,埋深约为电缆埋深的1/2;ρ=1001~3000欧米时,设2根屏障线,或采用铠装电缆;ρ>3000欧米时,将电缆敷设在铁管中。对较非必须的电缆:若ρ≤1000欧米,不设屏障线;ρ>1000欧米,且位于雷电频频地域,设1~2根屏障线。 
  微波通讯站、卫星地上站、雷达站、播送台、电视台等的防雷采用根本一样的办法。首要有: 
  ①天线防雷:宜设直击雷维护,避雷针可固定在天线架上,对天线维护角45°。避雷针应防止对天线方位角内电波的屏障影响。若安插上有坚苦时可采用玻璃钢支柱,在其上敷设截面积为25平方毫米的铜绞线作接闪器的引下线。接地电阻普通不超越5欧,在泥土电阻率较低的有前提地域,不宜超越1欧。接地体应环绕塔基做成闭合环形,以减小接触电压和跨步电压。 
  ②机房防雷:波导管或同轴电缆的金属外皮,至少应在上、下两头与塔身金属构造衔接,并在引进机房处与接地网衔接。机房若未在天线避雷针的维护局限之内,应另设直击雷防护。可在房顶周围敷设闭合的避雷带,它可兼作均压带之用。沿机房的四角敷设引下线,并兼作平均带,在地下与环绕机房周围敷设的程度闭合接地带衔接。当机房较大时,需添加引下线,使两相邻引下线间的间隔不超越18米。在机房内,环绕机房周围,在地上设接地母线。此母线在四角与机房外的接地带衔接,衔接点间的间隔不大于18米。房内各类电缆的金属外皮,金属外壳和不带电的金属局部、各类金属管道、金属门框、金属进风道、走线架、滤波器架等,以及维护接地、任务接地,均应以最短间隔与环形接地母线衔接。机房内的电力线、通讯线均应有金属外皮或屏障层,或敷设在钢管内并将外皮两头接地。如许,设备和导线即处在一个法拉第笼内。电力线、通讯线均应在机房内装设放电器。在微波站,机房的接地网与微波塔接地网之间,至少应敷设两根接地均压带,以平衡电位。 
  ③台站供电设备防雷:变压器的高压、低压侧均应装设阀型避雷器。 

托卡马克、串列加快器等大型物理安装的防护
    托卡马克安装普通装于机房内,雷电防护易于处理。机房如为钢筋混凝土构造,只需将其各部件的钢筋衔接在一同,并在机房周围做闭合环形接地即可。砖构造的机房需在房顶设避雷网,并连线使其接地。供电电源假如与架空线路衔接,应装设避雷器防护雷电波的侵袭。节制回路应采用有屏障层的导线,将金属皮在两头接地。数万安的单向脉冲电流对电子核算机和节制回路形成强壮的搅扰,后两者必需接纳屏障电缆等办法,处理电磁兼容性问题。还还要特殊留意这种大电流对接地安装所形成的侵蚀影响,需加大接地体的截面。串列加快器在防雷方面可接纳上述类似的办法。对其靶点无法防护,由于参加维护器件将影响粒子的走向,只可在其外围尽量削减雷片子响。此外,其电子核算机应采用完全自力的接地网,以处理电磁兼容性问题。若将核算机接地敷设在防雷接地和维护接地网中心,因为电阻耦协作用,相当于两接地网相连,结果欠佳。 
  
大型电子核算机的防护
    现代电子核算机对雷电极为敏感。即便几公里以外的高空雷闪或对地雷闪也有能够招致电子核算机的误算或击穿,由于0.07高斯的磁场强度可形成元件掉效,2.4高斯即可使元件击穿。所以关于特殊主要的核算机,应接纳办法防护远方的感应雷。那些与微波塔(站)、雷达站、卫星地上站装在统一巨大修建物内的大型核算机,因为上述各挺拔天线的引雷效果,防雷办法更为需要,需采用分流、屏障、搭接、接地、维护系统(D.S.B.G.P系统)。①分流(D):楼顶装设凌驾天线的避雷针,将很多电流引到大楼金属构造和接地网,进行分流和降低电位。②屏障(S):一切波导管、旌旗灯号线、核算机各导线均采用屏障线或穿入铁管,且屏障层或铁管的两头接地。③搭接(B):一切电缆衔接处、电缆与机械衔接处进行电气搭接。④接地(G):整个大楼的一切金属架构、管道、导线金属屏障层或穿线铁管连在一同与总地网衔接,构成法拉第笼。大楼内的防雷接地、任务接地、维护接地均需连在一同,以平衡电位。总接地网首要由沿大楼周围敷设闭合的接地带组成。为处理电磁兼容性问题,核算机的逻辑接地可用电缆外包绝缘层,引到楼下数十米以外独自接地。为避免还击,需在入户处用一放电器接于电缆金属皮与主地网间,在雷击时执行暂态均压。⑤维护(P):核算机引出的旌旗灯号线应装设多级维护,以避免旌旗灯号线遭雷击或发作雷电感应时侵入波损坏核算机。上述维护方法,其MTBF值约在100年左右。 

火箭发射系统和地下核爆炸实验系统的防护
    这种高技能安装对雷电极为敏感,对防雷牢靠性的要求甚高。70年月美国阿波罗登月火箭在飞翔中经过雷云时,触发闪电,击坏了核算机和电源设备,然后惹起美国注重,展开了航天器防雷方案的研讨,并呼吁国际科学界赐与支撑。80年月末,又曾有5个待发射火箭在雷暴中因闪电触发了3支火箭,后果4支火箭销毁。这再次惹起列国航天任务者的存眷。 
  火箭发射系统由发射塔架、火箭、测控电缆和测试车间、主控室构成,需经过约为1∶10的雷电模仿实验,研讨其呼应特征,才干选定优化防雷方案。发射塔架和火箭避免直击雷较为牢靠的办法是采用自力避雷针,但这也需思索雷绕击于塔架的状况(发作概率约为0.005~0.01)。作为第二道防地,塔架优越接地分流,经过各摆杆和测控电缆流到箭体的电流约为雷电流的18%。此时经过各测控电缆侵入箭内的侵入波应不致惹起元件击穿,或招致掉控而焚烧发射。此外,采用雷击自力避雷针时,思索火箭测控导线中的雷电感应影响也必需采用屏障办法。在设计中必需经过实验,确定箭内电路的呼应特征和耐受雷电冲击波的才能,使防雷系统与被维护系统在雷电暂态进程中互相共同,还做到箭内部电磁兼容以及箭内-箭外电磁兼容。当电磁兼容性问题能妥帖处理时,可采用塔架上装设避雷针方案。中国、苏联、日本等国接纳自力避雷针方法。美国80年月初开端采用塔架上装设避雷针方法,如休斯敦航天飞机发射中间即采用这种方案。为了尽量削减雷电流直接流过发射塔架的概率,用一螺旋形玻璃钢棒支撑接闪器,大都状况下雷电流由接闪器的3根金属拉线泄入大地,只要很大的雷电流(估量 150千安以上)才经过玻璃棒放电后流入发射塔架。 
  箭内的电力、电子元件和爆破螺栓、电子核算机等需具有必然的抗搅扰才能,它应与防雷系统的防护才能相顺应,并经过实验验证。美国规则,对一些火箭,侵入箭内的冲击波不得超越 300伏。由各电缆传至主控室、测试车间的冲击波,因为塔架接地的分流效果,以及电缆的屏障、搭接、接地等维护效果,抵达末尾仪表处普通已无风险。因为各测控旌旗灯号线路的电磁兼容性要求极高,这种高技能系统的测控和旌旗灯号电缆的接地与普通民用设备的多点接当地式分歧(发射基地的供电系统即采用多点接地),必需采用单点接地技能,以避免搅扰电波乱窜。 
  一个接地系统的结果,取决于系统中两点之间能够存在的电位差及经过该系统的电流巨细。一个好的“地”,其电位应该是:与电路中任何功用局部的电位比拟都可疏忽不计。依据系统的特点,发射中间的各子系统辨别采用浮地(如某些核算机的逻辑“地”)、单点接地和多点接当地式。发射中间的单点接地址设置在测试室内,这一“地”电位(接地参考点)由十几条同轴电缆的心线接到箭体和主控室,同轴电缆的外皮用绝缘子必需与地绝缘。电气搭接是指在两金属外表间树立低阻抗的通路,并且以对电磁场的尽能够紧密屏障为最佳。实验标明,那种凡间运用的球珠搭接,在高技能范畴不克不及契合要求,只要实体的具体闭合搭接才干明显削减心线中的搅扰电压。测控电缆的屏障层只需有一个 1毫米直径的小孔,即能使电缆的转移阻抗(亦即侵入箭中的冲击波)明显增大。主控室和测试车间均应在室外周围敷设闭合的环形接地。发射塔架区则设置极为有用的直径约为60米的主接地网,网格为1×1平方米,每个节点打入长约2米的垂直电极,接地网的接地电阻在0.6欧以下。为避免雷电感应在间隙处发生火花放电,招致火箭加注液体燃料后走漏挥发易燃气体而燃烧爆炸,塔顶扭转平台及箭外围自行塔的一切门窗都应各设两个电气搭接。这有利于释放扭转平台能够发生的静电蕴蓄。绑缚式同步卫星火箭的4只助推火箭,其每只与主箭衔接的2个螺栓,都必需包管优越的电气衔接,以便4个助推火箭下端的两个消静电针能释放整个多级火箭箭体在空气中飞翔时所发生的静电电荷。不然主箭箭体发生的电荷蕴蓄到必然水平就会发生具有强壮放电电流的静电击穿景象。这种放电是一种毁坏性很大的强搅扰源,可以形成箭内电子元件损坏或引爆爆炸螺栓。欧洲 2号火箭即因未能处置好飞翔中的静电蕴蓄问题而招致空中爆炸。

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