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雷電電磁脈沖的防護(hù)機(jī)理及措施
由于以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的各種信息設(shè)備耐過電壓、過電流和抗雷電電磁脈沖(LEMP)的能力差,極易遭受雷電的危害,特別是雷電電磁脈沖造成的損害更嚴(yán)重,因此雷電電磁脈沖的防護(hù)問題在防雷工作中便顯得尤為重要。本文介紹其防護(hù)機(jī)理和幾種基本防護(hù)措施。
1 雷電電磁脈沖的防護(hù)機(jī)理
雷電放電是自然界強(qiáng)大的脈沖放電過程,也是自然電磁干擾源中*強(qiáng)大的一種。雷電電磁干擾的傳輸途徑也是多渠道的。當(dāng)閃電直接擊中避雷裝置接閃器或在建筑物附近發(fā)生時(shí),雷電電磁脈沖從作為發(fā)生源的閃電通道向周圍很遠(yuǎn)的地方進(jìn)行傳輸。傳輸途徑大致分為“路”和“場”兩種。“路”即是導(dǎo)線傳輸?shù)膫鲗?dǎo)干擾,雷電電磁脈沖通過電力、信號(hào)等金屬管線或地下管線(地電位反擊)進(jìn)行傳輸;“場”是空間傳輸?shù)妮椛涓蓴_,閃電通道和引導(dǎo)閃電電流的導(dǎo)引物體大都起著輻射天線的作用,它們向周圍空間輻射雷電電磁波。因此,可以通過斷“路”和封“場”對雷電電磁脈沖進(jìn)行防護(hù)。
2 雷電電磁脈沖的防護(hù)措施
2.1 攔截
即直擊雷防護(hù),是防雷的**道防線,也是進(jìn)行任何方式的防雷所必須的,對其他防雷措施起著至關(guān)重要的作用。其避雷裝置一般由接閃器(避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等)、引下線、接地裝置組成。當(dāng)雷云對地放電,雷電先導(dǎo)發(fā)展到一定程度時(shí),按有關(guān)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范要求設(shè)計(jì)和安裝的避雷裝置,其均勻分布的接閃器就會(huì)向空中的雷電先導(dǎo)發(fā)出迎面先導(dǎo),改變雷電先導(dǎo)的發(fā)展方向,并引向自己,通過引下線經(jīng)接地裝置將雷電流較均勻地分流人地,對雷電起到攔截作用,可大幅度削弱雷電能量。
電源線和信號(hào)線的屏蔽:對電源線和信號(hào)線采用有金屬屏蔽層的電纜或穿鋼管,利用金屬屏蔽層或鋼管進(jìn)行屏蔽。儀器和設(shè)備的屏蔽:將電磁脈沖干擾敏感的微電子設(shè)備和儀器,采用連續(xù)的金屬層封閉起來,對要求更高的還應(yīng)考慮設(shè)置屏蔽室等。
2.3 均壓
即等電位連接,根據(jù)國際電工委員會(huì)IEC對雷電保護(hù)區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn),將需要保護(hù)的空間劃分為不同等級(jí)的雷電保護(hù)區(qū)(LPZ)。在不同的防雷保護(hù)區(qū)界面處,將穿過界面和防雷區(qū)內(nèi)相互分開的不帶電金屬物體,如各種金屬管道、線纜屏蔽層、設(shè)備的金屬底座、金屬外殼等,用等電位連接導(dǎo)線進(jìn)行電氣連接,以及帶電金屬物體如電源線、各種信號(hào)傳輸線等通過SPD連接,使其構(gòu)成等電位連接網(wǎng)絡(luò),從而消除它們之間的電位差,達(dá)到電位均衡。
在實(shí)際工作中,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):等電位連接應(yīng)采用S型星形結(jié)構(gòu)或M型網(wǎng)形結(jié)構(gòu)這兩種基本形式的等電位連接網(wǎng)絡(luò)之一,在復(fù)雜系統(tǒng)中,也可對兩種型式進(jìn)行組合;穿過各個(gè)防雷區(qū)界面的所有導(dǎo)電物應(yīng)在界面處做等電位連接,并和其內(nèi)部的其他局部金屬物,采用一局部等電位連接帶做等電位連接。
2.4 分流
由于雷電過電壓的能量很大,單一的措施或一道防線將無法消除雷電過電壓的侵害。為了把雷電所造成的危害減小到**的承受范圍之內(nèi),按照劃分的防雷保護(hù)區(qū)對雷電能量采取多級(jí)防護(hù)措施進(jìn)行分級(jí)泄放,在每個(gè)防雷區(qū)的界面處做等電位連接并接地,這樣,不僅做到了電位均衡,同時(shí)也對雷電能量進(jìn)行了分流,為后續(xù)防雷區(qū)的防護(hù)打下了良好的基礎(chǔ)。里應(yīng)該提出的是,穿過防雷保護(hù)區(qū)界面的帶電的金屬導(dǎo)體,如電源、信號(hào)線等是雷電電磁脈沖侵入的重要途徑,也是造成雷電災(zāi)害的重要因素,我們常采用SPD將雷電流分流人地來限制過電壓波發(fā)展的目的。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn):SPD一般需要多級(jí)防護(hù),至于采用幾級(jí),要首先進(jìn)行評(píng)估,做到**、可靠、節(jié)約的原則;各級(jí)SPD的規(guī)格耍與各級(jí)可能承擔(dān)的雷電能量和各級(jí)設(shè)備的耐壓配合;安裝SPD要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行,才能有效限制雷電過電壓。
2.5 接地
接地是分流和排泄直接雷擊和雷電電磁干擾能量的*有效手段之一,其目的就是把雷電流通過低電阻的接地體向大地泄放,從而起到保護(hù)作用。沒有完善的接地系統(tǒng),就不會(huì)有防雷裝置的可靠性,接地系統(tǒng)的性能將直接決定著各種防雷措施的效果。接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除嚴(yán)格規(guī)范外,還應(yīng)注意以下三點(diǎn):每個(gè)建筑物應(yīng)采用共用接地系統(tǒng),但**類防雷建筑物的獨(dú)立避雷針及其接地裝置除外;當(dāng)其與臨近的建筑物之間有電力和通訊電纜連通時(shí),宜將其接地裝置互相連接;雖
然每種接地對接地電阻的要求不同,但在共用接地系統(tǒng)時(shí),應(yīng)以要求的*小接地電阻為準(zhǔn)。
雖然雷電電磁脈沖的防護(hù)機(jī)理及措施很多,但是,它們之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系,在具體防雷工作中,應(yīng)根據(jù)不同情況,進(jìn)行綜合分析,采取*合理、*有效的方法,才能充分發(fā)揮各種措施的防雷效果。
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