雷电感应防护（精选七篇）
雷电感应防护 篇1
1.1 电源系统
三相四线制380V交流供电线路从台站大院外附近穿金属管埋地引入, 采用中线与保护线合一的TN-C供电制式供电, 进入办公楼总配电箱 (先经断路器再到熔断器) , 由总配电箱把220V交流电分至办公楼各层分配电箱, 再至系统设备。从配电箱到设备几乎无其它电涌保护措施;
1.2 感应雷防护方面
一般采用屏蔽、等电位连接、分流 (安装适配信号与电源SPD) 、接地等来解决。观测场自动站建设较为集中, 进出线缆布局综合考虑, 但在均压、局部的屏蔽、等电位连接等方面处理不妥;机房内业务系统先后建成, 综合布线较为困难;机房内未做等电位连接板 (带) , 进出机房线缆未做等电位连接处理;机房室内外大部分设备等电位连接及诸多接地保护等措施不到位。
1.3 雷电波入侵及雷电反击防护方面
雷电波入侵与雷电反击将产生感应过电压和雷击过电压, 与外部直击雷 (或感应雷) 有关, 采用综合防治——接闪传导、屏蔽、均压、分流 (SPD保护) 、接地等, 才能将雷害减少到最低限度。本台站尤其是业务机房进出线缆的屏蔽与接地、均压措施及接地网布设均存在安全隐患。
从雷电感应、雷电波入侵角度分析不难发现, 进行合理的改造设计才能保障台站业务系统正常运行。
2 台站防雷类别与等级、雷电防护区划分确认
2.1 台站防雷类别与等级
依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》, 办公楼年预计雷击次数按下式计算:
N=k Ng Ae;Ng=0.024Td1.3;H<100米, 则Ae=[LW+2 (L+W) ·H (200-H) +πH (200-H) ]·10-6。
式中:N建筑物预计雷击次数 (次/a) ;k雷击次数校正系数;取一般情况, K值取1;g建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/ (km2·a) ];Ae与建筑物截收相同雷击次数的等效面积 (km2) ;Td该地区的年平均雷电日数;L、W、H建筑物长、宽、高 (m)
据统计, 龙南县1959~2010年平均雷暴日为53.9 d/a, 已知办公楼长L、宽W、高H分别为21.6m、14.1m、12.7m, , 根据以上年预计雷击次数公式计算可知:
办公楼的预计雷击次数为:N=k Ng Ae=1×0.024×178.26×[304.56+71.4×48.772+7469.149]×10-6≈0.048次/a。
依据以上计算, 并参照GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第2.0.4条 (第三类建筑物情况) 的情况之一“预计雷击次数大于或等于0.012次/a, 且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物”, 本台站办公楼直击雷防护应按第三类防雷建筑物进行改造设计。
台站观测场防雷类别则根据“在设有低压电气系统和电子系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下, 当该建筑物不属于第一类、第二类和第三类防雷建筑物, 并不处于其他建筑物或物体的保护范围内时, 宜将其划属第三类防雷建筑物”定为第三类防雷建筑物[3]。龙南县气象站属一般气象站, 年平均雷暴日为53.9d/a, 根据QX 30-2004场室防雷等级划分为二级。
3 电源系统电涌防护设计
3.1 电源系统供电制式的改造
由TN-C制式零地合一的三相四线制供电制式改造为重复接地的三相五线制TN-S系统供电。即在办公楼总配电箱处将零地合一线接地, 由此分设出中性线与地线, 相线、零线、地线构成三相五线制安全供电。
3.2 电源的电涌防护设计
在感应雷的防护中, 电涌保护器能根据各种线路中出现的过电压、过电流及时作出反应, 泄放线路中的过电流而达到保护设备的目的。本台站属第三类防雷建筑物, 防雷等级为二级, 配电系统中应安装三级电涌保护器 (SPD) 进行防护。10/350μs、8/20μs分别是直击雷、感应雷波形, 可根据GB50057-94 (2000版) 附录六规定的各类建筑物雷击雷电流确定电涌保护器最大放电电流, 对照电涌保护器说明中通过电涌时的最大箝压、有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流, 合理作出对各级电涌SPD的型号选择。
结合本台站实际, 办公楼各级SPD电涌防护安装位置和要求如下: (1) SPD1:并联安装在办公楼总配电箱总开关后 (即LPZ0A/LPZ0B与LPZ1区交界处) , 每条相线和中性线上选用标称放电电流In≥60k A、电压保护水平 (残压) ≤2.5k V的SPD; (2) SPD2:并联安装在各楼层分配电箱上 (即LPZ1与LPZ2区交界处) , 每条相线和中性线上选用标称放电电流In≥15k A、电压保护水平≤1.5k V的SPD; (3) SPD3:安装在机房设备前端, 每条相线和中性线上选用标称放电电流In≥5k A、电压保护水平≤0.9KV的SPD; (4) SPD1与SPD2电缆距离宜≥15m, 限压型SPD间线路长度宜≥5m。
观测场照明及自动站设备系统用电有220V、5V、9V三种电源, 宜在观测场电源盒空气开关后输出电源处安装In≥40k A (8/20μs) 的SPD。
SPD安装时注意几点: (1) SPD安装接地与连接, 连接线采用绝缘多股铜芯导线, 三相线、中性线、地线颜色分别为黄、蓝、红、黑、黄绿色; (2) 类型规格材料:SPD1采用开关型或限压型, 其余保护采用限压型;连接相线铜导线截面与接地端连接铜导线截面要求:SPD1中分别为16mm2、25 mm2;SPD2中分别为10mm2、16 mm2;SPD3中分别为6mm2、10 mm2; (3) 连接方法:线鼻子压接, 热搪锡处理; (4) 连接线0.5m的处理:信号SPD中, 直接把接地线接配线架, 配线架到M型等电位带间用0.5m的16 mm2绝缘多股铜芯导线连接;电源SPD中, 采用接地线接空开盒, 空开盒再采用导线接地。 (5) 后于空开盒安装SPD。因空气开关动作时间是毫秒级, 雷电浪涌时间是微秒级, 雷电流通过时, 空开因其反应速度慢并不会跳闸, 雷电流通过空开后再通过SPD泄放入地。
4 台站内部 (雷电感应、雷电波入侵) 防护
感应雷产生感应过电压, 有两种情况:带电云体接近致使地面架空导线或导电突出物顶部感应大量电荷而产生高电位;巨大雷电冲击电流致使周围空间产生强磁场而在邻近导体中产生高电动势。雷电波入侵明显区别于雷电感应的一点是高电位沿导线以脉冲波的形式引入内部发生闪击造成雷击事故。鉴于此, 台站内部雷电防护改造需对分流、均压、屏蔽、安全距离等措施进行综合考虑。从雷电波入侵途径、防雷击电磁脉冲 (即防过电流和过电压) 、等电位连接三方面考虑进行防护。
4.1 雷电波入侵防护措施
办公楼雷电波入侵途径有三种:直击雷击中室外金属导线, 闪电高电压沿导线上侵入室内;间接雷的电磁脉冲致室外金属导线感应高电位沿导线侵入;云地闪致使雷电流经引下线流入接地体形成高电压, 通过电路零线、保护接地等线路入侵。防护措施: (1) 低压架空线进出处装设避雷器 (即如前所述电源电涌保护器SPD1) 并与绝缘铁脚、金属器具等接地; (2) 办公楼电缆进出端将电缆金属外皮、支撑线缆的钢绞线等与电气设备接地相连; (3) 进出办公楼的金属水管进出口处就近防雷接地装置上。以上接地冲击接地电阻宜≤30欧姆。
观测场至办公楼, 对电源和数据传输线全程采用走地沟或埋地方式引入, 铠装电缆进入气象观测场处将铠装金属物接地。自动站数据采集处理过程中, 各自动观测设备数据传输线先接入具有泄流作用的CAWS-FL02防雷板中, 数据经自动站采集器处理送入室内主控计算机, 此段由观测场至综合业务室的数据传输线≥65m, 全程宜套金属管置于电缆沟处, 传输线屏蔽层及金属管在观测场地网边缘宜就近接入地网, 进入办公楼计算机前数据传输线安装RS232串口隔离器。
4.2 防雷电电磁脉冲措施
4.2.1 屏蔽
建筑物的初级屏蔽:办公楼外部屏蔽较好, 基础钢筋到屋面钢筋、各楼层钢筋到金属门窗框架或绑扎或焊接;屋顶旗杆、设备金属架、外墙立面空调外机架等大尺寸金属件应焊接相连并防锈、接地处理;观测场内金属围栏、CWS600型自动站采集箱、百叶箱支架、雨量传感器、雨量计 (器) 、地温变送器等金属外壳应就近与其地沟内地网进行电气连接。
台站各种线缆 (含穿线金属管) 屏蔽: (1) 办公楼采用的屏蔽电缆屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接; (2) 机房内计算机等设备金属外壳与防静电地板下地铜带网格连接进行有效接地;空调设备电源线、控制线宜穿金属管屏蔽; (3) 观测场内, 观测设备数据传输线、监控系统线缆宜穿金属管敷设, 金属管、数据线外屏蔽层进入电缆沟处、外转接盒处、观测场地网边缘处应就近接入地网。
综合业务室设备级屏蔽:本台站业务设备系统与网络结构 (星型拓扑结构) 如图1所示。
可在设备前安装适配SPD并接地进行雷击电涌保护。 (1) 调制解调器前:前端加装信号SPD, 接口型式如RJ11、RJ45; (2) 路由器、交换机前:加装RJ45接口的100M以太网类型SPD; (3) 计算机前端网络数据线:接口型式RS232或RJ45的信号SPD; (4) GPS/MET基准水汽观测站:在通信线进入通信终端前, 加装通信线 (数据线) 电涌防护设备, 选型如:国产中光GB236D9-12数据线保护器;在GPS的射频线进入主机前, 加装电涌防护设备, 设备选型如:国产中光ZGB003 TNC射频线保护器; (5) CMACast卫星接收设备:射频电缆线进入卫星接收机前加装N、BNC型接口同轴接口电缆SPD;网络线进入处理机前加装信号SPD; (6) 监控系统:室外摄像头立杆电源与信号线进出箱处安装力升达REP-VPD3/DSK3三合一 (控制、视频、电源) SPD (In≥40k A (8/20μs) 的SPD) ;监控主机前的电源、视频、控制线路分别加装电源SPD、视频信号与控制信号SPD。
为保障数据信号传输线上安装SPD后信息系统的正常运行, 其接口、传输速率、特性阻抗、插入损耗、频带宽度等均必须能满足传输线路要求。
4.2.2 等电位连接
根据前述等电位连接网的设计, 综合业务机房设计的M型等电位连接带宜以最短距离直接承接机柜、机架、设备外壳, 计算机逻辑地、交流地、防静电接地、金属屏蔽线外屏蔽层、电涌保护的SPD接地。M型连接带与楼层等电位分地排相连, 并至办公楼等电位总地排接地, 与办公楼接地装置形成共用接地系统。整幢办公楼接地系统与观测场地网连接, 可最大限度地消除台站因雷击产生的高电位损坏观测场观测设备和机房设备。
5 结束语
气象台站作为地理位置特殊区域, 应依据当地气候、环境等因素和雷电活动规律, 根据气象自动站场室设备易遭的特点与网络系统具体情况, 从内、外防雷综合考虑, 对办公楼、观测场注重等电位连接与共用接地系统、屏蔽及安装电涌保护器综合防护, 才能达到良好的雷电防护效果。
摘要：该文通过对龙南县气象站雷电感应与雷电波入侵可能引发雷电灾害因素分析, 依据相应的防雷技术规范, 遵循综合治理、层层设防、整体防御原则, 对台站观测场、办公楼 (重点是综合业务值班室) 等, 提出了雷电防护综合改造设计具体思路与措施。
关键词：气象站,雷电感应,雷电波,改造设计
参考文献
[1]GB50343-2004, 建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].
[2]QX4-2000.自动气象站场室防雷技术规范[S].
[3]GB50057-1994 (2000版) , 建筑物防雷设计规范[S]
[4]IEC61312, 雷电电磁脉冲的防护[S].
[5]梅卫群, 江燕如.建筑防雷工程与设计[M].3版.北京:气象出版社, 2008.
飞机线路雷电感应仿真分析 篇2
雷电对飞机的危害分直接效应和间接效应,直接效应可导致飞机发生熔融、击穿和结构变形等物理畸变,而间接效应则会使飞机电性能失效或损坏,导致飞机的极限损失。
民用飞机为取得适航证必须开展整机雷电间接效应防护试验,但是开展整机试验需要耗费大量人力物力财力,且易受干扰,导致试验结果不够精确。[1]近几年随着电磁计算方法与电磁仿真软件开发技术的不断提高,3D电磁仿真软件在对整机和设备进行电磁精确计算方面发挥了越来越大的作用。在国外,有学者利用各种数值算法对雷电间接效应进行仿真分析。国内对飞机雷击间接效应的研究主要集中在飞机雷击附着点及雷击附着区域的划分上。[2]因此,开展飞机线路雷电感应仿真分析研究非常有必要。
文章采用CST MS工作室的TLM(传输线矩阵法)求解器对西门诺尔PA44型飞机进行数值仿真分析。根据ARP5416A飞机雷击测试方法的要求,采用A分量来模拟雷击环境。建立飞机的3D模型,在模型中设置两个机箱、一根普通单线以及一根同轴线,设置飞机特定孔缝,分析特定雷击路径击中飞机时机身表面电流分布以及通过孔缝耦合后内部电缆的耦合情况。
1 西门诺尔PA44型飞机建模
1.1 飞机建模及参数设置
飞机模型长8.41米,翼展11.75米,高2.59米,因暂不考虑飞机窗户上的屏蔽金属网,机舱内的甲板以及甲板上的座椅等这些结构对电磁兼容的影响,故建模时将这些内容省略掉,模型如图1所示。
若要将飞机上许多细小的缝隙全部构建出来,工程量太庞大,因此,建模时利用软件“精简化模型”模块对模型中的部件进行“精简置换”,大大提高了仿真速度和精度。故在其缝隙置换设置中,在飞机的门与机身处设置宽0.006m,深0.002m的缝隙。另外,飞机窗户需要进行屏蔽金属网的设置,以免雷击信号直接进入飞机内部,造成仿真失败。模型设置中使用100格/英寸的金属网,其方格宽度为0.205mm，孔的深度为0.001mm。如图1所示。
1.2 飞机机箱和线路的添加
建模过程中,为模拟飞机遭受雷击时内部线路所受到的影响,在飞机机头合适部位及机身后部各设置一个0.8m×0.4m×0.3m的金属机箱,并设置一根单线和一根同轴电缆连接两个机箱。
1.3 仿真设置
1.3.1 激励源设置
飞机闪电间接效应试验可采用大电流脉冲注入方法,将电流分量直接注入雷电附着点。为模拟脉冲电流注入试验条件,仿真中通过两段从飞机附着点和分离点延伸出来的理想导线来实现。仿真中雷电流注入方式有多条路径可供选择,文章将雷击路径设置为从飞机机头进入,从飞机机尾击出,如图1所示。
SAEARP5412和ARP5416标准给出的机载电子电气系统闪电间接效应试验波形主要以电流分量A为主,低空飞行的飞机会受到此类波形的影响,[3]下面以电流波形A为例进行分析,其表达式为,I0=218810A,α=11354s-1,β=647265s-1,波形如图2所示。
1.3.2 网格及边界设置
CST仿真中网格的设置决定了仿真的质量与速度。文章选择自适应网格加密,程序会进行网格加密迭代,并通过内置的专家系统,自动判断最佳的网格疏密,达到设定的精度后终止计算,从而得到速度和精度的统一。文章主要研究飞机在空中遭受雷击时的情形,选择吸收场作为边界,即飞机仿真的辐射等不会经过边界的其他作用后再次对飞机仿真产生干扰,则将维度设置为扩展30%。
1.3.3 探针设置
如图1所示,在飞机的表面和内部遍布探针,主要用于对飞机各点的状态的监控。每个探针均有电场和磁场在三个方向的分量,它们可以探测飞机在时域或频域求解所得的电流、电压量。
1.4 启动仿真
仿真启用CST MS时域全波电磁仿真,采用传输线矩阵算法(TLM算法)。启动算法时,该软件会自动对网格进行优化,并对仿真内容进行离散化处理,以此来减少仿真的时间。
2 仿真结果及分析
2.1 飞机金属蒙皮屏蔽效果
雷电击中飞机后会在飞机表面形成强大的震荡电流,同时也会在飞机内部产生相应的感应电场,西门诺尔PA44型飞机蒙皮采用铝合金,它有着很好的屏蔽效果。如图3所示为飞机蒙皮与机箱感应电场的频域图,由图可以看出,机箱上感应电场相对于飞机表面蒙皮感应电场大约有70d B的衰减。
2.2飞机表面电流分布
如图4所示为雷击过程中75ns、225ns、750ns、1.5μs四个时刻的飞机表面电流分布图。从图中可以看出,在雷击作用下,飞机机翼前后缘、水平尾翼、垂直尾翼和发动机上会产生较强的感应电场,这些地方就有可能成为雷击附着点。
2.3 单线与同轴线的感应电流
遭受雷击后,会在飞机内部产生感应电场,飞机的各个线路上也会产生感应电流。单线与同轴线对于这些感应场会有不同的表现,由于单线没有外屏蔽层,所以其对于导线外的电场感应非常敏感,会产生较大的感应电流。而对于同轴线而言,因其内部导体外有一层屏蔽网,能够很好地屏蔽掉外部电场,所以同轴线内部导体受外部电场影响较小。如图5所示,在雷击作用下单线的瞬态冲击电流最高可达200μA,同轴线上的瞬间冲击电流最高只有约0.5μA。
单线与同轴线的感应电流频谱对比如图6所示,在0~30MHz的频段上,单线上的感应电流要比同轴线上的高出60d B,由此可见相对单线而言,同轴线具有非常好的屏蔽性能。因此,单线在飞机上主要用于远离雷电流通道区域及雷击不敏感设备的连接和电流传输,例如,照明设备电路。同轴线一般只用于飞机上重要敏感设备的信号传输,如导航系统。
3 结论
数值仿真技术对飞机闪电间接效应的测试有着非常重要的工程价值。应用数值仿真软件的关键在于如何建立合理的模型及如何设置正确的仿真参数,使得仿真环境能更真实地反映实际情况。本文依据SAEARP5412和ARP5416等标准的相关规定,用基于传输线矩阵法的仿真软件CST对西门诺尔PA44型飞机闪电间接效应进行研究,重点分析了在特定雷击路径下,飞机表面电流分布情况以及内部特定线路的耦合情况,仿真结果基本符合相关理论成果。由此可见,该方法可以对飞机闪电间接效应测试进行有效地模拟,为飞机雷电防护设计提供实验方法和设计依据,具有重要的工程意义。
摘要：为了分析雷电对飞机的间接效应尤其是对内部线路的影响,文章以西门诺尔PA44型飞机为例,建立飞机的等比3D模型,并在模型中设置两个机箱、一根普通单线以及一根同轴线,再借助CST MS工作室对飞机进行雷击仿真,初步分析雷击时纯金属飞机机身表面电流分布以及内部电缆的耦合情况。
关键词：雷电间接效应,飞机线路,电磁耦合,CST,感应电流
参考文献
[1]陈奇平,方金鹏,王万富.整机雷电间接效应防护试验的若干技术探讨[J].微波学报,2012,8:305-308.
[2]温浩,侯新宇,王宏.飞机模型雷击附着点试验研究[J].高电压技术,2006,32(7):90-92.
雷电感应防护 篇3
随着经济的发展, 用电设备越来越多;同时全球气温变暖, 极端天气也越来越多, 雷电灾害越来越严重, 雷电对电子设备的破坏力是巨大的, 所造成的损失也是惊人的。雷电对用电设备的破坏途径主要是两个方面, 一个是雷电直接击中用电设备;一个是间接雷击中用电设备。经过本人多年实践认为间接雷击中的“雷电感应”对电子设备破坏力最大, 而人们在防雷过程中往往只注重防雷电直击, 而忽略“雷电感应”。本文结合笔者在本单位的多年实践, 通过对“雷电感应”所产生的机理分析, 找出防范“雷电感应”的方法, 其中有些在我单位经过几年的实践证明确实是行之有效的好方法。
1 对雷电感应的分析
1.1 雷电感应对输变线路的侵袭
图1为雷电感应对高压输变电线路的侵袭示意图, 雷云带有的大量电荷对大地进行放电时瞬间产生巨大的雷电电流, 该电流是一个巨大的脉冲电流, 具有极大的电流变化率, 在电流的周围也就产生一个巨大的变化磁场B, 在该变化磁场的作用下, 高压线及其周围的线路中会产生感生电动势, 而该感生电动势具有强大的波坏力。在笔者多年的实践中发现, 易遭受雷击的地区, 几乎所有的被雷击坏的电子设备都是通过该设备与外部连线造成损坏的, 一个是通过电源线引入的雷电, 一个是通过信号线引入的雷电。本文重点对电源系统进行分析与防治。
1.2 雷电感应的特性
无论是高压输电线路, 还是低压线, 都是由多根导线组成, 由于线与线之间距离很近, 并且都是平行走线的, 雷电感应产生的破坏电压在每根线中产生的感生电动势的相位和幅度都是相同和相等的, 笔者用一根粗电缆对电容器放电 (模拟雷电) , 在平行摆放的两根导线中测试感应电压的幅度和相位, 所得的波形如图2所示, 从图中可以看出, 在两根平行放置的导线产生的感应电压相位和幅度基本相同。
1.3 对电子设备的侵袭
我们所使用的市电几乎都是三相四线制, 是将外电高压电经过三相变压器变压到相电压为380V、线电压为220V的三线四线制使用。图3所示是高压变压器, 外电高压三线A、B、C分别连接变压器的三个绕组的一端, 三个绕组的另一端接在一起并与大地相连接。在变压器的输出端三个输出绕组的一端连在一起与大地相连接, 同时该端也作为三相四线制的一个输出端 (零线N) , 而三个绕组另一端分别作为三个输出端 (火线A、B、C) 。该变压器输出端A、B、C之间的电压为相电压, 是380伏, 线电压 (A与N、B与N、C与N之间的电压) 为220伏, 我们民用的市电一般都取线电压, 也就是A、B、C三项其中一项与零线之间的电压。
由此可见当有雷电感应在输入端的A、B、C产生的破坏电压时, 在变压器的输出端的A、B、C与地 (零线) 也会产生破坏电压, 而我们市电用户恰恰使用这一电压, 这就难免造成用电设备的损坏。在实际防雷工作中, 一般都会加装避雷器来防范雷击, 可在实际使用当中, 在笔者的单位无论如何加装避雷器及改善接地性能, 也更换过不同品牌的避雷器, 就是不能完全杜绝用电设备遭受雷击而损坏。究其可能的原因有:避雷器的保护电压过高、反应时间过慢以及接地电阻过大等。本人基于以上的分析, 找出了一些的防雷方法, 并在多年的实践当中证明十分有效。
2 对雷电感应的防治
2.1 采用380V/220V变压器进行隔离
选用功率相当的380/220伏的变压器, 变压器的输入端接380V, 也就是相电压 (两根火线之间的电压) , 输出端即输出220伏的电压, 将该220伏的交流电作为交流电源使用。当打雷时在每一根相线上产生的感应电压的大小和相位都相同, 三个相线上产生的感应电压大小相位都是相同的, 在雷电脉冲到来时, 在380V的输入端电压同时升高, 相线之间没有“雷电感应”产生的电压的存在, 在220V的输出端就不会有雷电感应电压输出, 设备也就不受损坏了。在笔者单位, 对220伏电源进行改造, 经过改造后我们已经使用了两个夏季, 在改造前每年多有多台的电子设备被雷击损坏, 改造后没有发生一次雷击而损坏。
2.2 将三相变压器的输入端的“星”接改成“角”接
如图4所示, 是三相变压器输入端“角”接接线图, 将输入端由“星”形接法接改为“角”型接法, 输出端接法不变, 由此可看出, 当有雷电感应脉冲电压进到输入端时, 由于该脉冲电压的幅度和相位都相同, 在输入绕组的线圈三端, 雷电产生的脉冲电压会同时升高和减小, 而在线圈的两端之间没有雷电感应电压产生, 线圈中就没有雷电电流流过, 那么在次级的输出端也就没有雷电感应电压了, 即达到防雷的目的。根据同样道理, 也可在三相电中加装“星接”/“角接”1:1隔离变压器, 也可以起到同样的效果。 (该方法只是理论分析, 笔者没有经过实际实践, 如需改动要与变压器厂家联系, 因为变压器的初级匝数要相应的增加) 。
2.3 在线路上串接电感线圈
雷电感应防护 篇4
随着经济和生产力的发展,生产生活对输配电线路供电可靠性的要求越来越高。我国主要配电网由于绝大多数无避雷线保护,自身绝缘水平较低,最易发生雷害事故,引起绝缘子闪络、线路断线等故障[1]。国内外经过科学的研究,引起配电线路故障的主要原因是感应雷,约占90%以上[2,3,4]。针对雷击架空输配电线路附近大地时,将引起架空线路上产生感应过电压,国内外大多数研究者通过雷电回击数学模型计算雷电通道周围电磁场,然后,在建立雷电通道周围电磁场与线路的耦合模型计算线路感应过电压,由于这些研究方法存在建立数学模型的复杂性与考虑配电线路运行环境的因素多,需要大量的微分、积分数学推导计算,非常复杂,并且与防雷措施的选择相关性不明显。
本文利用ANSYS有限元分析软件中的电磁场分析功能,构建雷击架空线路附近时在配电线路上产生过电压的仿真模型,仿真分析配电线路上的感应雷电流与磁场强度的变化特征,研究雷击对线路的影响规律,能够更加直观、准确地为配电线路感应过电压的动态范围及其变化规律的分析计算提供理论上的支持;为防止线路感应过电压的危害,提供具体的配电线路防雷措施方面给出指导,是一种有益的研究方法的探索和尝试,有一定的创新型和实用参考价值。
1 配电线路感应雷模型
1.1 防雷规程计算线路感应过电压
架空线路感应雷过电压的计算是电力线路绝缘设计,采取防雷保护措施的参考依据。国内外许多研究者先后提出了多种计算雷击导线附近大地时,架空线路上产生的感应雷过电压的计算方法(如:Chowdhuri-Gross模型法、Heidlen模型法、规程法等)。由于前两种计算方法中微分、积分运算较复杂,并且在国内外也并没有十分广泛的研究与应用,本文采用参考文献[5]中的防雷规程法计算感应雷过电压:利用静电场镜像理论推导,并且与实际线路上静电场感应雷过电压进行修正,相对前两种感应雷过电压的计算比较简单、实用可靠。
输配电线路防雷工程设计按规程规定[5],当雷击点与线路的水平距离S大于65 m时,雷击线路附近大地时线路上产生的感应过电压幅值Ug为:
上式中,I为雷电流幅值,kA;hd为导线对地平均高度,m;S为雷击点距离架空线的距离,m。
1.2 建立35 kV配电线路的感应雷模型
本文以典型配电网35 k V架空线路为研究对象,假设35 k V架空配电线路上没有安装避雷线和耦合地线,三相线路的排列结构示意图,如图1所示。
A相导线离地为11.8 m,B相离地为14.3 m,C相离地为11.8 m,A相导线与C相导线间的距离为2.98 m,B相导线离A、C相导线的垂直距离为2.5 m,B导线在A相导线与C相导线的连线之间;雷击地面的雷电流参数为:5 k A,2.6/50μs,假设在100μs后雷电流衰减为0,雷击大地点距离中间导线左侧70 m处,如图2所示。
考虑配电线路的一般情况,假设配电网35 kV架空线路的参数:导线半径为a=0.87 cm,导线长度l为4 km,电阻率为2.349×10-7Ω·m,导线单位长度的电感为L0=μ/2π·lg(2h/a)(H),单位长度的电容为C0=1/L0v2(F),雷电波传播的速度为v=1.5×108(m/s)。雷击线路附近的周围环境参数:空气磁导率为μ=4π×10-7(H/m),空气介电常数为ε0=8.854×10-12(F/m);采用AI-6301自动抗干扰地网电阻测量仪测量土壤电阻率,仿真中设定大地的土壤电阻率为250Ω·m。
利用ANSYS有限元分析软件中的电磁场分析技术[6],根据配电线路运行情况、周围环境特征与雷电流强度等因素,构建雷击配电网35 kV架空线路附近大地的模型,通过仿真估算架空线路在雷击作用下,引起三相导线上的感应雷电流的情况及电磁场强度分布特征的变化特点[7,8]。
2 线路上感应雷电流及磁场强度的分析
雷击线路附近地面时,由于线路上的静电感应与空间电磁场的激烈变化将在雷电通道周围建立强大的磁场,架空线路处于变化的磁场中将感应出过电压。靠近雷击点的导线在静电分量与电磁分量的共同作用下,将引起架空配电线路过电压,导致绝缘子闪络,损坏线路设备的绝缘。
2.1 不同雷击时间线路感应雷电流及磁场强度分析
考虑雷击时间发生在A相瞬间相位为0、90、-60°的情况,建立对应上述场景的仿真模型,仿真三相导线在雷电流达到最大(2.6μs)时各导线上的感应电流及磁场强度的分布情况。在2.6μs时,三相导线上分别感应的雷电流数值,如表1所示。
当A相瞬间相位为0°时,此时B相瞬间相位为-120°,C相瞬间相位为120°时,雷击架空线路附近大地,仿真获得三相导线的磁场强度分布情况,如图3所示。
当A相瞬间相位为90°时,此时B相瞬间相位为-30°,C相瞬间相位为210°时,雷击架空线路附近大地,仿真获得三相导线的磁场强度分布情况,如图4所示。
当A相瞬间相位为-60°时,此时B相瞬间相位为180°,C相瞬间相位为60°时,雷击架空线路附近大地,仿真获得三相导线的磁场强度分布情况,如图5所示。
通过分析不同雷击时间线路感应雷电流及磁场强度的数据可知:
(1)在任何时间加雷电流,各相导线上产生的感应雷电流基本保持不变,导线上磁场强度及磁感应强度都不变,因此,导线上瞬时相位对感应雷电流、磁场强度及磁感应强度的大小没有影响;
(2)A相的感应雷电流最大,A相感应雷电流比B相的感应雷电流大2.16 A,比C相感应雷电流大4.36 A。由于A相导线靠近雷击点,导线上感应电荷相对比较多,在雷击放电瞬间,引起A相导线上的感应雷电流最大;
当雷击地面的雷电流为5 kA,引起A相导线上感应雷电流达到34.86 A,然而,我国现行标准推荐雷电流幅值分别的概率为lg P=-I/88,并结合中国气象局对雷电强度的科学研究结果,表明雷电流强度主要集中在几十甚至上百千安培。因此,强烈的雷击电流将引起架空线路上产生更大的感应过电压,严重超过线路的绝缘能力,损坏绝缘设备,将对配电线路产生严重的影响:
(1)雷电频繁地区,雷击架空线路附近树木,将在线路上产生感应过电压,严重超过线路绝缘能力,易引起线路绝缘子闪络,导致架空线路接地故障;
(2)线路遭受雷击过电压,雷电流将沿线路向导线两侧传播,容易导致配电线路设备(配电变压器、绝缘子、避雷器等)绝缘损坏;
(3)感应过电压超过线路绝缘水平,将引起配电网架空绝缘导线雷击断线事故现象,影响供电可靠性。
针对雷击感应过电压的危害,建议在线路的“易击点”与“易击相”上,安装线路避雷器,当感应雷电流超过一定数值,线路避雷器将加入分流,大部分雷电流通过避雷器流入大地,降低绝缘子两端的电压强度;架空绝缘线上安装防弧金具,当过电压到达一定程度,防弧金具间隙先行放电,将雷电流引导流入大地,降低绝缘子长时间承受过电压影响,将减少雷击引起的线路故障。
2.2 雷击地面引起导线上磁场强度变化的分析
为了研究配电线路供电稳定可靠,考虑雷击配电线路附近大地时,架空线路上磁场强度的变化特征,从而为线路防雷设计、防雷改造方面提供有价值的参考。利用ANSYS有限元分析软件构建模型,通过仿真不加雷电流导线磁场强度与加载雷击电流后在2.6μs时导线的磁场强度的情况,在雷电流的作用下导线上的磁场强度H产生激烈变化,如下面的表2所示。
配电线路的磁场强度,三相导线在正常工作时,线路上的磁场强度非常小,产生的电压可以忽略不计,因此,线路绝缘子只承受工频电压作用;然而,配电线路附近发生雷击地面的情况,引起线路的磁场强度由零点几安培每米突变到几千安培每米。如A相导线受到雷电的影响,磁场强度瞬间(2.6μs)突变为7 932 A/m,突变3 050 769倍,B相导线磁场强度突变23 795倍,C相导线磁场强度突变25 746倍。由于架空线路上空间电磁场瞬间突变,线路受静电感应与电磁感应的共同作用,将在线路上产生数值上百千伏的雷击过电压,引起线路局部过电压,导致绝缘子闪络。
针对上述现象,在易击段、易击点或运行中发生过雷击故障的杆塔,建议适当地采取安装保护间隙或线路避雷器等防护措施。输配电线路安装线路避雷器能够抑制线路过电压,释放雷电流,保障线路绝缘子安全可靠运行[9]。
2.3 分析不同时刻线路上感应雷电流及磁场强度
雷击地面时,分别获取经过2.6、50、100μs的感应雷电流数值,如表3所示。
通过构建的模型,仿真各时间三相导线上的磁场分布特征。经过2.6μs时三相导线上的磁场强度分布特征,如图6所示。
经过50μs时三相导线上的磁场强度分布特征,如图7所示。
在这个时候,C相感应雷电流稍微大于B相的感应雷电流,A相的感应电流和磁场强度仍然为最大。相比2.6μs时,三相导线上的感应雷电流均有增大。
经过100μs时三相导线的磁场强度分布特征,如图8所示。
在这个时候,雷击电流已衰减为0,导线上仍有感应雷电流的存在,且三相导线的感应雷电流基本上一样,相比于此前的50μs,感应雷电流已减小非常多。
A、B、C三相导线上的磁场强度分布的数值情况,如表4所示。
根据以上仿真结果,对比分析表3中的感应雷电流数值、磁场强度的分布图与表4磁场强度的数据,可知:
(1)感应雷电流最大值出现在50μs时刻附近,相对雷击地面的雷电流2.6/50μs,具有明显的滞后特征,大约滞后接近30μs才到达幅值。
(2)导线上的感应雷电流波形与雷击地面的雷电流波形具有相似特征。电流先逐渐增大,增大到最大值之后,再逐渐减小,说明感应雷电流受雷击电流的影响明显。
(3)雷击点距离A相导线最近,引起A相感应雷电流相比B、C相的感应雷电流较大,说明感应雷电流受雷击距离的影响。
(4)B、C相感应雷电流,先是B相较大,之后C相较大,由于雷击地面的电流2.6μs之后,雷击电流减小,并同时受A相的相互影响。
(5)A相导线上的磁场强度变化最大,在50μs时到达12 603 A/m,其次,C相导线上的磁场强度到达9 673 A/m,B相到达7 329 A/m。架空线路处于地面附近上空,受雷击地面引起周围空间电磁场的激烈变化的影响,并且导线间的电磁场相互作用,引起三相导线上的磁场强度时刻变化。
配电线路附近遭受强雷击,引起架空线路上的磁场强度瞬间突变,产生过电压,将导致绝缘子在30μs左右闪络(击穿),造成接地短路。为了提高配电线路的供电可靠性,根据不同地区配电线路的运行特征,并结合感应过电压及磁场强度的特点,建议采取一些防护措施:
(1)安装线路避雷器进行保护[10,11],选用正常的型号线路避雷器,避雷器的动作特性要求能够在过电压达到峰值前比绝缘子先动作,将雷电流泄入大地,而在绝缘子上仅造成小的电压波动,不会造成绝缘子闪络。
(2)配电线路安装保护间隙与自动重合闸配合使用,把保护间隙并联在绝缘子串两端[12,13],当雷击产生过电压时,保护间隙先行放电,将感应雷电流泄入大地,从而起到防止绝缘子闪络,保障线路供电可靠性。
(3)采用绝缘性能比较好的钢化玻璃绝缘子,提高线路耐雷水平。
3 地表磁场强度的分析
建立雷电地面的仿真模型,以距离雷击点最近的杆塔B相导线垂直地面的点为原点,并向杆塔两边延伸的方向作为横坐标,左边(A相侧)为横坐标的负方向,右边(C相侧)为横坐标的正方向,其单位为(m);纵坐标表示地面上的磁场强度,其单位为(A/m),雷击架空线路附近,地表磁场强度因雷击而产生相应的变化,仿真获得地表磁场强度H在2.6、50、100μs时的分布特征,局部放大图如图9所示。
对比分析,引起地表磁场强度H的分布不是单调增加或减少,且靠近雷击点的地表磁场强度H分布变化极大。地面上的磁场强度H在200 m附近出现最大值。地面上磁场强度H的分布不仅受雷击电流的影响,同时还受导线上感应过电压的影响。
雷击配电线路附近大地时,由于线路架设在地表上,引起地表磁场强度激烈变化,根据工程电磁场分析原理,线路受地表磁场的影响,将在配电线路上产生感应过电压。雷击产生的感应过电压在线路上传播,当传播到线路绝缘薄弱处,将导致绝缘损坏,导致线路故障。绝缘水平一定,在受到地表磁场强度瞬间变化,线路绝缘子将承受瞬间过电压的冲击,将引起闪络或击穿事故。
4 结语
通过利用ANSYS有限元分析软件,结合感应雷规程算法、配电线路参数与线路周围环境因素等,对35 kV架空线路附近遭受雷击,在线路上产生感应雷电流及磁场强度变化特征进行仿真分析:
(1)三相导线上瞬时相位对感应雷电流的大小、磁场强度及磁感应强度没有影响,而雷击点与输电线路之间的距离和雷电流强度是影响雷击过电压的决定性因素。
(2)雷电流作用将会使导线上的磁场强度产生剧烈的变化,相应的磁感应强度也产生剧烈的变化。A相导线上的磁场强度瞬间(2.6μs)突变为7 932 A/m,突变3 050 769倍,靠近雷击点的导线磁场强度变化更加剧烈,由于感应过电压的暂态叠加,使局部感应过电压急剧增大,较易产生局部的绝缘能力不足而导致绝缘失效,导致配电线路事故发生,影响线路供电稳定。
(3)感应雷电流相对于雷击电流具有明显的滞后性,相比雷击地面的雷电流2.6/50μs,滞后大约30μs出现幅值。
(4)地表磁场强度不是简单的单调分布,由于受雷击电流和导线上感应雷电流的共同影响,且雷电流为负值而感应雷电流为正值,引起地表磁场强度激烈变化。架空线路受表面空间电磁场激变,感应出过电压,导致配电线路故障。
浅析雷电防护 篇5
公元前1500年殷商甲骨文中就有“雷”字, 稍晚的西周青铜器上亦有“电”字, 它指的就是闪电。东汉哲学家王充在《论衡》中对雷电就作过如下描述:“雷者火也。以人中雷而死, 即殉其身, 中火则须发烧焦。”北宋科学家沈括著《梦溪笔谈》描述更详:“今乃金石皆铄而草木无一毁者, 非人情所测也。佛书言, ‘龙火得水而炽, 人火得水而灭’, 此理信然。”明季四公子之一的科学家方以智进一步概括之:“雷火所及, 金石消熔而漆器不坏。”我国对雷电现象的科学观察和忠实客观的记述早于欧美逾千年以上, 而对其本质的研究与揭示却又晚于欧美百余年。古代的所谓圣人之流借雷电之可怕威力喻世人, 认为雷电是神灵之一, 它要惩恶, 可是暴君多, 百姓中恶人更多, 并未畏之而改恶从善。在科学极不发达的古代社会, 这是无可奈何的结果。但是到了今天, 我们必须要人士雷电的本质, 在防雷工程上做到滴水不漏。
雷电的物理本质, 就是高电压。雷电高电压就是大气高电压。雷电放电的本质, 就是高电压的放电。而雷电击伤人 (畜) , 击死人 (畜) , 雷电击毁设备, 击毁建筑物, 以及雷电引起的各种灾害, 都是雷电高电压对人或目标物的袭击造成的伤害与损坏的结果。
雷电有一次雷与二次雷之分。一次雷就是直击雷, 二次雷是伴随直击雷而形成的, 如感应雷, 雷电电磁辐射于扰, 地电位反击, 地电位分布不均以及接触电压与跨步电压等。它们都是高电压, 只是数值的高低有所不同。
雷电放电, 就是高电压放电。直击雷的放电的主要形式是击穿。在高电压工程中, 击穿是指在空气 (间隙) 中的放电。击穿后强大的雷电电流通过空气, 形成强烈的电弧, 同时伴随着剧烈的光亮与声响。
二次雷电压比直击雷电压低很多, 二次雷的放电除击穿外, 还有沿面闪络、滑闪以及火花放电 (跳火) 等形式。还有不少雷电的伤害并没有或看不见放电的出现, 而只是强大的雷电电流瞬间流过身体, 如雷电的电容感应电流流过身体造成的损害。
二、雷电放电的产生
根据科学家的观察和测量, 对地放电的雷云绝大多数是负极性的, 自雷云向大地发展的先导通道中分布的电荷 (净电荷) 与雷云的极性相同。随着带负电荷的先导通道向大地发展, 在附近地面上感应产生的正电荷也在增加。当先导通道发展到离地面某一高度时, 先导头部与地面之间的空气隙被击穿, 雷电通道中的主放电过程开始, 沿先导通道向上继续发展。主放电产生大量正负电荷, 正电荷与先导通道中的负电荷中和, 而新产生的负电荷则沿主放电通道流入大地。这些相向运动的正负电荷形成强大的主放电电流。
而对于闪电来说, 闪电沿大树或者金属架空物或者避雷针引下线入地时, 都会使流经的途径产生电位降。这些物体的各部位相对于大地均有瞬时的高电压, 其值取决于闪电电流和这些部位与大地之间的电阻。当人的手或者身体的任何部位与它们接触时, 身体的接触点与站在地面上的双脚之间就有高电压。一名叫Charlotte的妇女在拧开水龙头放水时, 恰好落地雷击中自来水管, 她的手与脚之间的高电压使她毙命。这种情况在我国华南地区室内也常遇到。
三、雷电高电压的防护
下面就人身防雷、建筑防雷、雷电电磁脉冲防护、现代防雷等方面来介绍如何对雷电高电压进行防护。
1、人身防雷
雷电造成人身事故大致可分为三类。第一种是直接受到雷击, 包括直击雷和感应雷。第二种是本人未受雷击, 而是雷击间接产生的灾祸, 例如雷电火灾、雷击造成的交通事故、设备事故导致人身伤亡。第三种则介乎前两者之间, 例如津巴布韦的21个农民的死亡事件, 受到雷击的人本来不一定伤亡, 而茅草的大火使之全部烧死;又如新民市4名坐炕上看电视的妇女被电昏倒在地, 起因于电视机遭雷击。
所以, 在室内, 如果没有确切知道所在的建筑物是采取了全套防雷措施, 则在雷暴当空时, 就不要接触金属管道、导线, 特别是不要紧邻一些常落雷的高大金属构筑物。因为闪电击中高金属构筑物时造成的电位升高, 产生反击, 使临近的金属管道、接地的导线都带上了高电压, 最好人与它们离开一段距离。
在室外遇到雷暴, 有几种情况。在城镇里行走, 要离开大树、高的建筑物 (如电线杆、铁塔、金属煤气罐等) , 以防旁侧闪击和跨步电压。从雷雨中进入房屋时, 如大门是金属的, 则有可能受到感应雷击。上下长途汽车时也有可能受到感应雷击, 或者发生跨步电压。
若在野外, 看到雷暴来临, 如在金属的大轮船内, 则不必忧虑;如在小木船上, 则应弃船上岸, 尽快离开岸边, 因为这种大地的电阻突变处易落雷点。
总之, 要记住闪电容易落地的路径, 离它远一些, 避免旁侧闪络和跨步电压的产生。
2、建筑防雷
最早的避雷装置是富兰克林设计的避雷针。它可以分为三部分:接闪器、引下线和接地体。接闪器最初的形式是富兰克林所设计的磨尖的铁棒。
20世纪初, 在电力系统中应用到输电线路上时创造了避雷线, 即是一根或者两根假设在输电线上方的钢线, 称之为避雷线。由于它简单有效, 所以在房屋建筑上也推广了这种形式的接闪器。
而建筑物顶上四周的金属杆, 也可以是扁平的金属带, 它既可以在房檐上方四周, 也可以布设在易受雷击的屋脊、屋角上, 还可以布设在需要重点保护的屋顶上的陶瓷或者琉璃的龙、兽上方, 我们称它为避雷带。
1958年后我国开始采用避雷网作接闪器, 这是最好的防雷措施, 几乎国内外新建的大楼都采用了这个措施。这种设计的最大优点是充分利用现代大楼建筑物本身的结构, 把避雷装置与建筑物本身完美地结合为一个整体, 实现了麦克斯韦所倡议的法拉第笼防雷理想, 既有最佳的防雷效果, 又经济、牢固、持久、美观, 常称这一整体避雷装置为笼式避雷网。
3、雷电电磁脉冲防护
雷电电磁脉冲简记为LEMP。雷电电磁脉冲防护的概念包含很广, 可以说除直击雷以外的所有各种雷击灾害的防护都包括进去了。可以这么说, 除了建筑物和室外的人身防雷外, 其他的种种防雷都属于LEMP防护。
现代工业生产和城乡居民生活中遇到的雷灾大部分来自于大量的形形色色的架空导体。架空导线很长, 又穿越旷野, 很易遭直击雷, 闪电的高电压沿这些架空导线传送到各地, 造成设备损坏或起火。在其上方布设接地的避雷线, 可以比较有效的防护直击雷。
现在建筑物的供电线路多为埋地进入建筑物内, 从防雷的角度考虑, 这是良策, 可以限制过电压波的侵入。
4、现代防雷
首先, 对防雷实行预报预警, 采取统一规划。
雷暴现象的出现总是大范围的, 就如台风的运行一样, 是可以预测预知的, 但是成灾的范围却不同, 是无法预测预知的。因此气象部门完全有科技力量对雷击进行预报预警, 并且对整个城市地区的防雷采取统一规划。
其次, 有效利用躲、引、拒三种策略。
所谓躲, 亦即闪电临空, 拔掉电子设备插头等类似行为。所谓引, 亦即把空中闪电能量引导入地, 不让它随机落地。所谓拒, 亦即不让闪电落到指定的建筑, 而这种策略若与人工引雷的引结合使用, 就可以使拒的策略更得到保证。
可见, 现代防雷工作的复杂性已经大为增加, 雷电防御已扩展到系统防护, 因此防雷工作必须依据经验, 结合新时代的新知识, 认真负责地认识和研究现代防雷技术, 才能有效的提高雷灾防御的综合能力。
四、雷电防护另外的思考
迄今为止, 国际和国内所有防雷规范都是离不开富兰克林的引雷入地的思想, 因此都强调接地, 并且当做是最重要的防雷措施。
可是科技发展正动摇着接地的必需。等离子避雷技术根本不需要接地, 古代的绝缘避雷现象的发现说明接地反而加剧直击雷害, 切忌接地工程。移动通信和笔记本电脑的流行, 无线化技术将上升为主流, 今后的防雷是否还要坚持接地?相反, 等离子避雷与绝缘避雷取代富兰克林避雷, 再加上光纤通信和无线化技术的发展, 将引发建筑和输配电领域的设计改革, 提高人身和设备的安全, 降低费用。
参考文献
[1]梅忠恕.认识雷电的高电压本质[C].四川省通信学会2009年学术年会论文集.2009.
雷电感应防护 篇6
1 依法加强防雷减灾工作
防雷减灾是一项涉及到国民经济建设、人民生命财产安全的工作。国家行政审批制度改革要求气象部门在履行防雷减灾行政许可职能时, 必须依法行政, 规范服务, 切实解决好防雷减灾为公共安全服务、为安全生产服务的问题, 因此, 作为气象主管机构应注重提高社会防雷减灾意识的基础上, 不断增加防雷减灾的科技含量, 加强队伍素质建设, 提升服务水平。根据《中华人民共和国气象法》、《中华人民共和国安全生产法》等法律法规要求, 加强防雷减灾工作, 依法认真履行防雷的社会管理和公共服务职责, 以“服务经济社会发展, 构建和谐平安椒江”为目标, 大力推进防雷减灾工作, 为经济建设和社会发展提供良好的安全条件。进一步统一思想, 提高认识, 牢固树立危机意识、安全意识和责任意识, 认真贯彻防雷减灾工作的有关法律法规及国家、省、市的有关要求, 强化落实防雷安全工作, 最大限度地减少因雷击造成的损失。
2 宣传与安全员培训相结合提高防雷减灾意识
组织气象专家下街道社区、企业及中小学宣讲防雷减灾知识, 并利用世界气象日等科普宣传日组织人员到社区、广场及农村送发雷电减灾防御知识等科普读物, 加强防雷政策法规、雷电防御知识、雷灾信息等宣传, 提高全社会雷电灾害防御意识, 为防雷技术服务工作营造良好氛围;提高群众防雷安全的自觉性和主动性, 宣传及时上报雷灾事故重要性;加强雷电防御知识教育, 消除群众迷信和恐惧心理, 提高群众避险、自救、互救能力。组织防雷安全员参加培训, 学习雷电成因和雷灾的危害、防雷管理的法律法规、防雷工作的组织管理、防雷设施常见问题和维护等内容, 同时散发防雷宣传材料等, 使防雷安全员全面了解雷电灾害概况、相关法律法规和防雷基本知识, 明确防雷安全员职责和工作着力点, 以进一步提高防雷安全意识和雷电灾害的应急处置能力, 相应提升了防雷减灾公共服务能力和社会满意度, 增进了与服务单位的相互了解与沟通。
3 进一步推广农村防雷设施建设
大力推进公共气象服务均等化, 把加强农村防雷安全做为重点工作, 完善各街道 (乡镇) 的农村防雷减灾体系, 政府有关部门加大农村防雷经费投入, 在农村地区推广安装防雷装置, 在农村人员密集场所设置天气预警显示屏, 充分发挥各街道气象协理员、各村气象信息员的作用, 强化防雷安全的重要性, 引导和帮助农民按农村防雷设计规范建造民房.
4 坚持做好学校防雷安全工作
进一步加强学校防雷, 完善学校内、外部防雷设施建设, 加强对学生的防雷知识和防雷应急措施的宣传, 在重要及人员密集场所或者易受雷击位置设置警示牌;政府进一步加大学校的防雷建设投入;指导学校建立防雷安全工作制度与雷电灾害应急预案。
5 把好防雷设施设计、验收关及重点单位定期年检工作
加大对新 (改、扩) 建建筑物防雷装置设计审核、施工监督、竣工检测验收的力度, 严把防雷设施工程验收关, 规范合格证发放标准, 未取得验收合格证书的建筑不得投入使用。危险环境和重点单位及企业防雷设施年检工作不放松, 主动通知单位年检时间, 及时完成相关单位年检工作。加大对人员密集的公共建筑, 易燃易爆等易发重大雷击事故场所和易遭雷击危害的单位防雷设施安全检查力度, 促使各单位完善防雷设施和应急预案, 制订计划帮助创建气象应急准备工作达标企业。
6 积极做好雷电风险评估工作
加强防灾减灾、保障公共安全高度, 充分认识开展雷电灾害风险评估工作的重要性, 采取有力措施加强和规范雷电灾害风险评估工作, 逐步拓展雷电风险评估业务, 提升防雷技术服务科技含量, 为大型建筑物设计把好源头关, 完善雷电灾害风险评估业务体制机制, 让雷电风险评估业务推广渐入佳境。
7 努力做好评价回访服务关
努力做好评价回访服务关。开展雷击风险评估、防雷装置设计评价、防雷装置竣工检测、防雷装置定期检测业务回访工作, 统一由委托电信部门进行回访, 并根据回访反馈中出现的出具检测报告有点慢以及雷电风险评估费用偏高等问题再次进行有针对性地的电话回访, 以此来督促服务工作。通过回访调查发现, 与客户解释、沟通不到位是导致发生回访不满意的主要原因。对自身工作中的不足, 通过加强自身建设加以改进, 缩短检测报告出具时间以及根据有关政策对雷评收费做出减免, 以提高客户满意度。
8 结语
尽管防雷减灾工作在最近几年有了很大的发展, 但要满足社会经济发展的需要还有一定的距离。作为气象行政主管机构, 我们应切实转变观念, 牢固树立公共安全理念, 不断完善现行的工作模式和运行机制, 不断完善自身在防雷减灾行政许可中的行为, 强化服务意识, 增加防雷减灾科研及硬件投入, 政府加大投入, 相关部门的配合联动, 普及防雷科普, 建立防雷减灾规范化服务质量体系, 才可能为安全生产和社会经济发展提供优质服务。
摘要：雷电灾害是联合国公布的十大自然灾害之一, 在全球每年因为雷电造成的人员伤亡、财产损失的发生次数越来越频繁。随着经济的发展, 高建筑的建设, 为雷电灾害的发生提供了有利的条件, 使得雷电灾害呈逐年上升的趋势。我国地域广阔、防雷基础设施差、人民群众防雷意识弱等特点, 使得防雷减灾的管理成为了我国防雷工作的薄弱环节, 加强防雷的工作不容忽视。
信息系统的雷电防护 篇7
雷电对信息系统的侵害方式主要有: (1) 雷击损坏线缆 (2) 雷击电磁脉冲通过线缆侵入室内损坏电子设备 ; (3) 雷击电磁脉冲通过电磁感应和静电感应损坏电子设备。
近些年, 因雷电灾害损坏的计算机系统及设备大幅上升雷电灾害不仅会造成设备永久性损坏, 更重要的是计算机系统中断和瘫痪会造成不可估量的直接与间接的巨大经济损失和影响, 我国的雷电灾害损失80%以上涉及电子、通讯和配电系统。因此, 越来越多的单位开始重视计算机机房和计算机网络的雷电防护工作, 为此做好这项工作尤为重要。但在雷电防护工程中, 电源系统保护、信号保护、等电位连接和各种接地中任何一个环节疏漏都可能导致防护的失败。
二、雷电的入侵形式
雷电入侵信息系统主要有直击雷、感应雷、电波侵入、雷电的地电位反击等。直击雷是雷电直接击中设备或线路;雷电波侵入是雷电击中供电线路、信号线路而产生过电压;雷电的地电位反击是通过接地体入侵信息系统。因此, 对计算机系统的雷电防护要从这几个方面入手, 在雷电有可能入侵的各个关口层层设防。
三、信息系统的防护措施
1.直击雷防护
直击雷防护是计算机信息系统LEMP防护的基础, 其作用是有效保护建筑物本身不受直击雷的破坏, 为建筑物内部的设备起到一个良好的初级电磁屏蔽作用。一般来说, 如果计算机机房选址得当, 设备摆放规范, 各种线路铺设间距合理, 计算机信息系统遭受直击雷的可能性较小。但是与机房内设备有线路连接的卫星天线等通常安装在建筑物的顶部, 但高出建筑物的防雷设施不足以对其进行保护, 一旦遭受直击雷, 就会将强大的雷电流沿天线、信号线引入机房, 毁坏计算机网络设备。因此, 在考虑建筑物直击雷防护设施时, 要对建筑物顶部的设备采取防护措施, 可以在与设备有一定安全距离处, 根据有关规定计算好高度架设避雷针, 引下线与建筑物原有的避雷带 (网) 做好多点连接。此外, 架空电缆、信号线等要采取屏蔽措施, 或做埋地处理, 其埋地长度应大于15米。
2.等电位连接与共用接地
为了减少防雷空间内各种金属部件和各个系统之间的电位差, 保证建筑物内信息系统、电气设备、电子设备的正常工作, 抑制外部干扰, 并保证电气、电子设备和操作人员的人身安全, 所有各类电气、电子信息设备均应采取等电位连接与接地措施, 形成一个电气连续的整体, 这样可以避免在不同金属外壳或构架之间出现电位差, 而这种电位差往往是产生电磁干扰和造成雷电反击的原因。在现代建筑物中, 为了节省室内空间, 电子信息系统中各设备的布置往往是相当紧凑的, 设备之间难以隔开足够的空间距离。当建筑物受到雷击时, 其防雷系统各部分均会出现暂态电位升高, 如果各设备之间没有等电位连接, 则有可能会引起雷电反击而使设备损坏。根据IEC和GB有关计算机机房的标准, 机房地线有两类;独立地线和共用地线。但从防雷角度来看, 必须使用共地, 目的是减少雷电的高压反击。但由于计算机信息技术的飞速发展, 许多新机器对用电环境要求非常苛刻, 如果强行机械地把机房直流地、静电地、保护地、交流地、防雷地等统统连接一起, 就会发现:服务器、小型机不工作;局域网速度较慢, 不适应工作;主板莫名其妙地被烧毁。原因很简单, 由于系统的用电环境不好, 三相严重不平衡, 零地混接, 导致地线电流过大, 造成零地电压大于1伏。共地的基本目的是希望达到等电位, 防止雷电的反击, 如果强行等电位, 必将造成不良后果。
3.屏蔽
屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加在信息技术设备和网络系统上的电磁干扰或过电压能量, 具体分为:建筑物初级屏蔽、设备屏蔽、各种线缆 (含穿线金属管) 屏蔽等。 (1) 建筑物外部设施屏蔽措施。所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等连接在一起, 并与防雷装置相连, 如屋顶金属表面、立面金属表面、混凝土内部钢筋和金属门窗框架, 组成一个法接第体系。根据设备的耐压水平做多级屏蔽。屏蔽效果取决于初级屏蔽网的衰减程度、屏蔽层厚度 (最好接近电磁波的波长) 、网孔密度 (密度越大效果越好) 、屏蔽材料 (低频时采用高层磁材料, 高频时采用铜材、铅材等) 。屏蔽中特别注意对各种空洞的密封, 如门、窗、金属管道、通信线路、电力线缆的入口及线缆的金属线纺织网、软硬导管、桥架等。 (2) 线路屏蔽。采用屏蔽线缆或将线缆穿金属管, 其屏蔽或屏蔽钢管至少在两端, 宜在防雷区交界处做等电位连接。使用金属丝编织屏蔽电缆在电磁波频率较高时, 其波长接近编织网孔尺寸, 波的投入增加, 因此最好再穿一层金属管。光缆的屏蔽不应忽略。一般, 直埋光缆很少受雷击, 但是光缆的金属保护层和内部加固金属芯和防护金属层断开, 进行等电位连接, 埋地光缆有必要安装屏蔽线。
4.合理布线
雷电磁场变化必对金属导体形成感应, 产生感应电压和感应电流。另外金属导体间的电磁耦合将形成电磁干扰, 都将对信息系统构成威胁。因此, 除综合布线自身的安全防护外, 还必须合理控制线缆间安全距离和线路的走向, 消除不必要的电磁耦合。
5.电涌防护
电涌防护分信号部分的防护和电源部分的防护, 电涌防护的主要措施是加装电涌保护器 (SPD) 。 (1) 信号部分SPD的选择。对于信号SPD, 由于信号避雷器串接在通信线路中, 所以信号避雷器除了满足防雷性能特征外, 还必须满足信号传输带宽等网络性能指标的要求。 (2) 电源部分SPD的选择。电源系统属于设备与外界有直接联系的能跟, 也是计算机信息系统容易遭受雷电损害的主要途径。电源部分原则上应采用多级SPD进行保护 , 至少进行三级以上的防护 ;第一级保护在供电系统入口处如总配电室的总空气开关下端, 安装大容量的能承受大电流和高能量浪涌的电涌保护器, 将大量的浪涌电流分流到大地; 第二级保护在被保护设备的房间电源安装电涌保护器, 以进一步吸收通过第一级电涌保护器的剩余浪涌能量, 起到抑制瞬态过压的保护;第三级保护在电气设备的电源输入端, 安装电涌保护器, 达到完全消除微小瞬态过电压的目的, 作为设备末级精细保护。因为信息系统中电源的敏感性, 所以必须采用较低的残压值。同时还必须考虑到电磁干扰对信息系统的影响, 因此带滤波的分流设计应当更加理想。