雷电防护的理论依据

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一．传统的防雷理论与技术 200多年前，英国科学家富兰克林（FRANKLIN）率先在技术上向雷电发起了挑战。1753年他公布了自己发明的避雷针。富兰克林在发明避雷针时原以为或是想以金属避雷针的尖端放电作用去中和雷云中的电荷，使雷云和大地间的电场减弱而不能击穿空气放电，从而避免雷击，预防灾害。所以那时的避雷针一定是尖的。但后来的研究表明，避雷针无法避免雷击的发生，它之所以能防止雷击，是因为高高耸立的避雷针改变了周围大气的电场分布，使得周围的雷云总是向它放电，也就是说避雷针只是比周围的物体更容易接受雷电。避雷针被雷击中而其它的物体受到保护。进一步的研究表明，避雷针的接闪电作用几乎只与其高度有关，而与外型无关。 自避雷针发明以来的相当长一段时间，人们基本上停留在那个技术阶段上，只是形式上有些改进，但基本思想没有突破。避雷针的发明在那个时期确实起到了保护人类生命和财产的重要作用。 二．现代雷电防护依据 根据到目前为止国家相关管理部门陆续颁发的有关雷电防护的法律、法规、枝术标准、行业标准，并参照国外有关的标准，作为我们防护的理论基础，并提出相应的防护解决方案。 1.防护强度标准 通常精密仪器设备（比如网络通讯设备、管理用计算机系统、精密实验用仪器设备等）都安置于国家标准规定的2类（或以上）防护单位中，依国内外标准规定应执行直接雷击防护标准。 国标GB50057-94《建筑物防雷设计规范》2000版规定大楼建筑物接闪能力应达到承受雷电流的标准，以波形为10/350µ s作为防护对象，雷电流按150KA等级考虑防护。建筑物内部的计算机系统设备也必须承受10/350µ s 75KA雷电流的冲击（IEC1312规定）。所以，在考虑机房系统防护时，必须考虑机房内10/350µ s 75KA的直接雷击防护。 2.防雷分区的划定 在IEC-1024《建筑物防雷》和IEC1312《雷电电磁脉冲的防护通则》中，根据雷击发生后，在不同区域内的物体可能遭受直接雷击和区域内（可能产生对设备的影响的）电磁场强度的不同，将雷击空间划分为不同的区域，“防雷区是指闪电电磁环境需要限定和控制的区域。各区以在其交界处的电磁环境有无明显的改变作为划分不同防雷区的特征”。具体到计算机信息系统的防雷保护中，应按建筑物需要保护的空间划分不同的防雷区域，以确定各防雷区空间的雷电电磁脉冲（LEMP）的强度，以确定其防护措施。 根据理论划分为：LPZOA、LPZOB、LPZ1、LPZ2—LPZn 3.电源和信息线路的分级防护 建筑物以外的防雷工作由电力部门负责，我们的防护重点主要放在建筑物以内。建筑物内的配电系统从电源进入建筑的主配电，到楼层分配电，到用户终端设备各部分配电的电气设备、器件具有不同的耐压等级；另外从保护器件方面讲，由于器件在防护雷电流（过电压），即泄流过程中防护的能力不同，残压剩余值不同，这就要求器件的选择配置时，既具备安全泄流能力又要合格的残压值，要满足这些条件只能通过分步过程来达到。 依国外标准，在建筑物内部，将防护分为三级。主配电第一级（B级），加装泄流能力强但残压值高的（B级）防雷器；楼层分配电第二级（C级），加采用两级保护组合器件。装泄流能力相对较弱，但残压较低的（C级）防雷器；终端设备前端第三级（D级）加装泄流能力相对较弱，残压更低的（D级）防雷器。 信息线路虽然可能遭袭的雷电过电压相对较小，但对其工作电压讲也是无法承受的，同样也需要分级泄放保护。 4.均压等电位理论 均压等电位系统是将机房的各种地线间及地线与大楼结构的主钢筋或避雷针引下线之间，各种金属导体比如金属管道、门窗等进行有效的连接，并同避雷器接地端相连，即全部采用共用接地系统，当雷电发生时，整个大楼及机房呈现系统等电位，防雷系统呈现工作状态。 均压等电位的作用在于三个方面的：一，当雷电流袭击建筑物时会有部分雷电流因来不及从引下线泄走而沿建筑物的金属部分流窜，部分电流可能窜至到人体接触得到的金属部分象设备外壳、金属管道等等，因其强度过大而导致人身伤害；二，当雷电流经引下线入地时，因地电阻的存在电流不能瞬间中和，因此在引下线周围的不同地点会具有不同的电位值，当这种不同的电位值被和大地接触的金属（比如埋地水管、下水管或设备接地线等）引入地上时，人体不同部位接触这不同的电位时便会受到伤害；三，当雷电流经引下线入地时，因地电阻的存在电流不能瞬间中和，因此在引下线周围会具有很高的电位值，这种电位值远远超出设备的耐压值，由地线和接地金属引入地上，必定会造成设备的损坏。均压等电位的作用将机房内（保护区内）的所有金属部分连接在一起，在雷电侵袭时，被连接在一起的所有导体同时具有一个电位值，整体电位被抬高，这时电位虽高对设备就没有了破坏性。工作人员在等电位下不会受到伤害，同时也保证整个系统安全有效地工作。 国标GR 50057-94《建筑物防雷设计规范》第3.1.2条中规定： 装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取等电位连接。 5．接地 接地在防雷的整个系统中是非常重要的一环，前面所有的步骤最终都是要通过接地系统，将雷电流顺畅导入地下。良好的接地系统是防雷这一系统工程的最后关键一步。 理想的建筑物避雷系统的接地装置，包括从接闪器及引下线的理想状态最好是无任何电阻，一旦雷击发生，不论雷电流有多大，接地装置上任意点对大地的电势差为零。因此，接地阻值应尽可能的小。 依据国家标准GB50174-93《电子计算机机房设计规定》规定，交流工作地和安全保护接地，接地电阻均不应大于4 ?，直流工作接地电阻应按计算机系统。 具体要求确定。通常国外计算机系统要求接地电阻小于1 ?。 根据IEC1024标准，机房交流工作地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置。 现今雷电保护依据的主要标准如下： (1) GB50057-94 2000版《建筑物防雷设计规范》 (2) IEC1312-1-1995 《雷电电磁脉冲的防护通则》 (3) GB50174-93 《电子计算机机房设计规范》 (4) GB2887-89 〈计算机场地安全要求〉 (5) GB50054-95 〈低压配电设计规范〉 (6) IEC1024-1：1990 《建筑防雷》 (7) ITU.TS.K21:1998 〈用户终端耐过电压和过电流能力〉 (8) ITU.TS.K20:1990 〈电信交换设备耐过电压和过电流〉 (9) GB11032-89 〈交流无间隙避雷针〉 (10) GA173-1998 〈计算机信息系统防雷保安器〉

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学习了 尤其是均压等电位部分