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防雷的基本知识
2017-07-27 10:21:58 来源： 评论：0 点击：
一、概述
随着安全防范系统的应用范围日益广泛，雷电损害造成事故有逐年上升的趋势，系统设备因为雷击破坏的可能性大大增加，其后果有可能造成系统局部损坏，严重时会使整个系统瘫痪，并造成难以估量的经济损失，甚至会危及操作使用人员的生命。为了对安全防范系统采取有效的防雷保护措施，保障系统正常可靠的运行，首先应判断系统遭受雷击损害的主要原因以及雷电可能的侵入途径，尤其是容易遭受雷击的室外安全防范系统设备，在分析其损坏原因的基础上，正确选择和使用安全防范系统设备的防雷保护装置，以及研究和探讨信号、电源线路的敷设、屏蔽及接地方式等，对提高安全防范系统的抗雷击能力，优化系统的防雷水平起到很好的作用。
建筑物在遭受直接雷击或附近遭受直接雷击的情况下产生雷击电磁脉冲，在雷击中心1.5km～2km的范围内，都可能产生危险的过电压，损害沿线的设备，在它的作用下，线路和设备上因过电压和过电流会产生电涌，为将雷击电磁脉冲对安全防范系统的侵害达到最低程度，需对安全防范系统的遭受雷击的特殊性和普遍性加以探讨。
对以往遭雷击的系统进行分析，遭雷击的系统多数是因为没有按照相关的防雷规范进行设计和施工而造成的，因此学员应掌握有关防雷的知识和相关的规范，在设计、施工时严格把关，严格按照相关的防雷规范进行系统的设计、施工和维护。
二、基本知识
1、术语和定义及解释
1）直击雷——闪击直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。
在安全防范系统中雷电直接侵入室外的摄像机、报警探测器上造成设备损坏；雷电直接击在架空线缆上造成线缆熔断等，这些现象都可能是因为直击雷所造成的破坏。
2）雷电感应——闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花。
在安全防范系统中当避雷针遭雷击时，在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势，这现象叫电磁感应。当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云相反的电荷，这种感应电荷在低压架空线路上可达100KV，信号线路上可达40～60KV，这种现象叫静电感应。电磁感应和静电感应称为感应雷，又叫二次雷。它对设备的损害没有直击雷严重，但它发生的几率却要比直击雷大得多；安全防范系统电源线、信号线、控制线的传输或进入监控中心的金属管线遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿着这些金属导线侵入设备，形成巨大的电位差使设备损坏；
3）雷电浪涌——与雷电放电相联系的电磁辐射，所产生的电场和磁场能够耦合到电气(电子)系统中而产生破坏性的冲击电流或电压。
安全防范系统设备的防浪涌保护：对于安全防范系统，必须在各进出线缆安装、过压保护器，一旦线缆上感应过电压。由于过压保护器的作用，系统的各端口电压大致达到相等水平（即等电位），从而保护系统免遭损坏。
4）雷电活动区分类：根据年平均雷暴日的多少，雷电的活动区宜分为：少雷区、多雷区、高雷区和强雷区。
少雷区：年平均雷暴日在20天以下的地区；
多雷区：年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区；
高雷区：年平均雷暴日大于40天，不超过60天的地区；
强雷区：年平均雷暴日超过60天的地区。
5）防雷区的划分(见图2.1.1所示)：
LPZ0A区:本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减。
LPZ0B区：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度并没有衰减。
LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0n区更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。
LPZn+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。
注：n=1、2、……。
1）直击雷——闪击直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。
在安全防范系统中雷电直接侵入室外的摄像机、报警探测器上造成设备损坏；雷电直接击在架空线缆上造成线缆熔断等，这些现象都可能是因为直击雷所造成的破坏。
2）雷电感应——闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花。
在安全防范系统中当避雷针遭雷击时，在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势，这现象叫电磁感应。当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云相反的电荷，这种感应电荷在低压架空线路上可达100KV，信号线路上可达40～60KV，这种现象叫静电感应。电磁感应和静电感应称为感应雷，又叫二次雷。它对设备的损害没有直击雷严重，但它发生的几率却要比直击雷大得多；安全防范系统电源线、信号线、控制线的传输或进入监控中心的金属管线遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿着这些金属导线侵入设备，形成巨大的电位差使设备损坏；
3）雷电浪涌——与雷电放电相联系的电磁辐射，所产生的电场和磁场能够耦合到电气(电子)系统中而产生破坏性的冲击电流或电压。
安全防范系统设备的防浪涌保护：对于安全防范系统，必须在各进出线缆安装、过压保护器，一旦线缆上感应过电压。由于过压保护器的作用，系统的各端口电压大致达到相等水平（即等电位），从而保护系统免遭损坏。
4）雷电活动区分类：根据年平均雷暴日的多少，雷电的活动区宜分为：少雷区、多雷区、高雷区和强雷区。
少雷区：年平均雷暴日在20天以下的地区；
多雷区：年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区；
高雷区：年平均雷暴日大于40天，不超过60天的地区；
强雷区：年平均雷暴日超过60天的地区。
5）防雷区的划分(见图2.1.1所示)：
LPZ0A区:本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减。
LPZ0B区：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度并没有衰减。
LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0n区更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。
LPZn+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。
注：n=1、2、……。
图2.1.1建筑物雷电防护区（LPZ）的划分
6）建筑物的防雷分类：GB 50057《建筑物防雷规范》根据建筑的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性后果将建筑物分为三类，详见GB 50057第二章。
GB 50057第五章对接闪器的选择和布置中采用滚球法来确定接闪器的保护范围，滚球法是以hr为半径的一个球体，沿着需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，则该部分得到接闪器的保护。
规范设定：第一类建筑物的滚雷半径hr为30m；第二类建筑物的滚雷半径hr为45m；第三类建筑物的滚雷半径hr为60m。
7）建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择
根据GB 50343规范的雷电防护等级进行分类，分为A、B、C、D四级：
Ø A级：大型计算中心、大型通讯枢纽、国家金融中心、银行、机场、大型港口、火车枢纽站；国家级文物、档案库的视频安防监控系统和报警系统。
Ø B级：中型计算中心、中型通讯枢纽、移动通讯基站、大型体育场（馆）监控系统、证券中心；省级文物、档案库的视频安防监控系统和报警系统、雷达站、微波站、高速公路监控收费系统；中型电子医疗设备；四星级宾馆。
Ø C级：小型通讯枢纽、大中型有线电视系统、三星级以下宾馆。
Ø D级：除上述A、B、C级以外一般用途的电子信息系统设备。
8）外部防雷装置：由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用以防直击雷的防护装置。
安装接闪器主要的目的是为了保护建筑物免遭雷击引起火灾事故及人身安全事故，还能避免建筑物内的电气设备免遭损坏。
必须安装在直击雷非防护区（LPZ0A）的前端设备，应采取防直击雷的防护措施。在摄像机杆上设置避雷针。
9）内部防雷装置：由等电位连接系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统、浪涌保护器等组成，主要用于减小和防止雷电流在需防护的空间内所产生的电磁效应。
内部防雷系统则是防止雷电和其形式的过电压侵入设备中造成毁坏，是外部防雷系统无法保障的，为了实现内部防雷，需要在进出各保护区的电缆，金属管道等连接避雷装置及过电压保护器，并实行等电位接地。
10）等电位连接：设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。
为了消除雷电引起的毁坏性电位差，需要实行等电位接地，电源线、信号线、金属管道等都要进行等电位连接，各个内层保护区的界面处，同样要依此进行局部等电位连接，各个局部等电位连接体互相连接，最后与主等电位连接体连接。
11）等电位连接带：将金属装置、外来导电物、电力线路、通信线路及其他电缆连于其上以能与防雷装置做等电位连接的金属带。
12）等电位连接网络：由一个系统的诸外露导电部分做等电位连接的导体所组成的网络。
13）共用接地系统：将各部分防雷装置、建筑物金属构件、低压配电保护线(PE)、等电位连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地及接地装置等连接在一起的接地系统。
14）自然接地体：具有兼作接地功能的但不是为此目的而专门设置的与大地有良好接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土中的钢筋、埋地金属管道和设施的统称。
GB 50057第五章对接闪器的选择和布置中采用滚球法来确定接闪器的保护范围，滚球法是以hr为半径的一个球体，沿着需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，则该部分得到接闪器的保护。
规范设定：第一类建筑物的滚雷半径hr为30m；第二类建筑物的滚雷半径hr为45m；第三类建筑物的滚雷半径hr为60m。
7）建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择
根据GB 50343规范的雷电防护等级进行分类，分为A、B、C、D四级：
Ø A级：大型计算中心、大型通讯枢纽、国家金融中心、银行、机场、大型港口、火车枢纽站；国家级文物、档案库的视频安防监控系统和报警系统。
Ø B级：中型计算中心、中型通讯枢纽、移动通讯基站、大型体育场（馆）监控系统、证券中心；省级文物、档案库的视频安防监控系统和报警系统、雷达站、微波站、高速公路监控收费系统；中型电子医疗设备；四星级宾馆。
Ø C级：小型通讯枢纽、大中型有线电视系统、三星级以下宾馆。
Ø D级：除上述A、B、C级以外一般用途的电子信息系统设备。
8）外部防雷装置：由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用以防直击雷的防护装置。
安装接闪器主要的目的是为了保护建筑物免遭雷击引起火灾事故及人身安全事故，还能避免建筑物内的电气设备免遭损坏。
必须安装在直击雷非防护区（LPZ0A）的前端设备，应采取防直击雷的防护措施。在摄像机杆上设置避雷针。
9）内部防雷装置：由等电位连接系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统、浪涌保护器等组成，主要用于减小和防止雷电流在需防护的空间内所产生的电磁效应。
内部防雷系统则是防止雷电和其形式的过电压侵入设备中造成毁坏，是外部防雷系统无法保障的，为了实现内部防雷，需要在进出各保护区的电缆，金属管道等连接避雷装置及过电压保护器，并实行等电位接地。
10）等电位连接：设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。
为了消除雷电引起的毁坏性电位差，需要实行等电位接地，电源线、信号线、金属管道等都要进行等电位连接，各个内层保护区的界面处，同样要依此进行局部等电位连接，各个局部等电位连接体互相连接，最后与主等电位连接体连接。
11）等电位连接带：将金属装置、外来导电物、电力线路、通信线路及其他电缆连于其上以能与防雷装置做等电位连接的金属带。
12）等电位连接网络：由一个系统的诸外露导电部分做等电位连接的导体所组成的网络。
13）共用接地系统：将各部分防雷装置、建筑物金属构件、低压配电保护线(PE)、等电位连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地及接地装置等连接在一起的接地系统。
14）自然接地体：具有兼作接地功能的但不是为此目的而专门设置的与大地有良好接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土中的钢筋、埋地金属管道和设施的统称。
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