摘 要对直击雷、雷电感应、雷电浪涌进行分析,重点论述雷电浪涌对弱电设备的危害,介绍电涌保护器原理和选择要求。
关键词雷电浪涌;电涌保护器
中图分类号P4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0113-01
今年以来,兴安盟气象灾害频繁,特别是汛期形势严峻,雷电灾害和局部暴雨引发的的洪水等次生灾害较历年明显增多。兴安盟气象局十分重视气象防灾减灾工作,组织开展了灾害性天气预测预警技术方法研究,努力提高预报准确率,利用各种信息传播手段,提高气象灾害预警信息时效,扩大气象灾害预警信息覆盖面,积极采取多种形式,加强气象灾害防御科普知识宣传,广泛引起社会各界和公众的高度重视,最大程度减轻气象灾害和极端天气气候事件造成的损失,确保人民生命财产安全。
1对雷电的认识
雷电是一种常见的大气放电现象。当地面含水蒸汽的空气受热不断地上升到高空,形成积雨云,在上升的过程,由于气流的摩擦以及地球磁场的作用,云的不同部位聚集着大量的正或负电荷,形成雷雨云,而地面因受到近地面雷雨云的电荷感应,也会带上与云底极性相反的电荷。当雷云电场达到一定强度时,就会击穿空气,形成一条狭窄的放电通道,发出耀眼的强光—闪电,而闪电通道上的高温会使空气急剧膨胀,从而产生冲击波—雷声。
2010年6月3日受局地对流云团影响,乌兰浩特市部分地区出现了雷阵雨。卫东办事处明星村发生雷暴天气,下午16:20时左右雷击导致一人死亡,无其他财产损失。6月3日下午15:00—15:30时之间兴安盟气象台、乌兰浩特市气象局均发布了短时天气预报,内容为“预计2小时之内乌兰浩特市周边地区将出现雷雨天气,请注意防御”的短信气象服务。再次提醒各单位要高度重视强对流天气的监测、短时预报和预警工作,以对人民群众生命财产高度负责的精神做好气象保障服务,同时多渠道、多手段的开展气象灾害防御的科普宣传工作,提高广大公众防灾避险能力。
随着科学技术进步,微电子技术的不断发展,用微电子器件组成的弱电设备在日常生产生活中广泛得到应用,人们在受益于弱电设备的极大方便的同时,也受到其一旦损坏就损失巨大的困扰。一般弱电设备是指国家规定的安全电压等级内用电设备和载有语音、图像、数据等信息的信息设备。主要有现代计算机、现代通信、现代自动控制和现代图像显示、综合布线、系统集成等现代信息设备以及其他现代高新技术设备。实际中,在规划设计电子系统的同时,往往对其防雷未加考虑或考虑不够,一旦雷击,设备损坏是必然的,甚至使整个系统瘫痪,造成无可挽回的损失。尽管有些采取了简单的防雷接地措施,但还有因雷击使弱电设备损坏或数据丢失。
2雷电危害
现代化的城市中高层建筑日益增多,造成雷电场击穿空气的距离缩短。更重要的是,随着科技的进步,微电设备被广泛应用,城市通信电源大幅增多,局地电磁场发生奇变,特别是弱电产品普遍绝缘强度低,过电压耐受力差,容易遭受雷电侵袭,从某种意义上说,科技越发达,雷击对人们的威胁就越大。由于雷电释放的能量相当大,产生的强大电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的雷云电场和强烈的电磁辐射等物理效应给弱电设备带来了多种危害。雷电危害可分成直击雷、雷电感应和雷电磁波侵入三种。通过各种有效的办法可将雷害的程度降到最低。
2.1直击雷
雷电直接击在建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象,称之为直接雷击。雷电流在闪击中直接进入金属管道或导线时,它们沿着金属管道或导线可以传送到很远的地方。除了沿管道或导线产生电或热效应破坏之外,它还会危及与其机械和电气连接的金属设施或用电设备,对金属设施或用电设备的机械结构和电气结构产生破坏作用,并可危及有关操作和使用人员的安全。雷电流从导线传递到用电设备,将出现一个强大的雷电冲击波及其反射分量。
2.2雷电感应
雷电感应是雷云之间或雷云对地放电时,或强雷云电场经过上空时,在附近的传输信号线路、电力线路、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备。雷电感应的电流变化梯度很大,会产生强大的交变电磁场,使得周围的金属构件产生感应电流,并可能向周围物体放电,如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸,而感应到正在连接弱电设备的导线上就会损坏设备或数据。雷电感应虽然没有直接雷击猛烈,但其发生的几率比直击雷高得多。
2.3雷电浪涌
雷电浪涌是近年来由于弱电设备的不断应用而引起人们极大重视的一种雷电危害形式。是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应或被击中的电流浪涌引起的,是最常见的电子设备危害。一方面由于电子设备内部结构高度集成化,从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降,另一方面由于信号来源路径增多,浪涌电压可以从多途径窜入弱电设备。浪涌的主要形式是电源浪涌、信号浪涌。从浪涌源可分为雷击浪涌、静电浪涌、操作浪涌和其它电磁干扰浪涌。
3电涌保护器
电涌保护器至少应包含一个非线性电压限制元件,用于限制暂态过电压和分流浪涌电流的装置。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。
4选择浪涌保护器(SPD)
4.1电源浪涌保护器
选择电源过电压保护器(浪涌保护器)时必须考虑供电电压的不稳定性,低压电源接地形式,标称导通电压Un(动作电压)、最大持续运行电压(额定电压)Uc、额定通流容量In、最大通流容量Imax(或冲击电流Iimp)、残压Ures(或电压保护水平Up)、响应时间tA等参数根据具体情况进行选用。一般经过Ⅰ、Ⅱ类试验的SPD可用于第一级,Ⅱ、Ⅲ类试验的SPD可用于安装在靠近设备处,并考虑各级SPD之间的能量配合,SPD连接线尽可能短且直。即最大限度地消除雷电流通过时在SPD两端接线上的寄生电阻电感产生的电压降,应尽量采用凯文接线方式。
4.2信号浪涌保护器
信号系统部分的浪涌防护,这需要根据通信设备的对雷电的敏感度、运行电压Uc、额定通流容量In、电压保护水平Up、响应时间tA、数据传输速率Vs、插入损耗Ae、功率、驻波比、频率、阻抗、接口形式等参数根据具体情况来确定。应在所有信息系统进入建筑物的电缆芯线上对地加装浪涌保护器,电缆中的空线应接地,并做好屏蔽接地,光缆内加强钢芯两端应就近接地。
5结论
雷电危害是有目共睹的,只有采取正确、全面的防雷措施才是保证弱电设备安全可靠运行的关键。弱电设备的防雷问题是一个综合性的工作,尤其是弱电设备的雷电浪涌防护还重视不够,常常因其设备损坏,所以要加强弱电设备的雷电浪涌防护。首先要完善弱电设备建筑物的直击雷的防护和共用接地系统,其次要泄放沿金属管线引入的过电流,最后应限制被保护设备上浪涌过电压幅值。还应注意弱电设备的等电位接地经济发展性能。
参考文献
[1]建筑物电子信息系统防雷技术规范.GB50343-2004.
[2]GB/T 21431-2008建筑物防雷装置检测技术规范,第5.8.1.1.4条.
作者简介
吴继芳(1966—),汉族,四川人,大学学历,工程师。主要从事防雷研究工作。