照明工程中的雷电防护

国智

1． 引言
雷电的产生：大气中的强对流会伴随着电荷分布的变化，大气电场也会随之发生变化，从而形成雷雨云（专业称“积雨云” ），雷雨云团之间或雷雨云团与大地之间就可能发生剧烈的放电现象，这种强烈的放电就是闪电，又称雷电或雷击。目前世界上还没有一个完善的理论将雷电现象解释清楚，人们只能用统计学和实验的方法来分析研究雷电现象。
雷电具有普遍性，一个地区的雷电发生频率一般用年雷暴日来表示。我国东部地区大部分属多雷区、高雷区和强雷区，广东、海南有些地区年平均雷暴日为100天以上。
雷电具有有害性，我国平均每年因雷击灾害所造成的损失为几十亿元，广东2002年已统计的发生雷害2263起，造成损失3亿多元。
雷电灾害是随机、小概率事件，但同时又是必然事件，所以我们要象重视防火一样重视防雷，才能减少和防止雷电灾害的发生。
2． 雷电的危害和雷电防护区
2.1 雷电危害
直击雷：直击雷是雷雨云对大地或建筑物的放电现象。它产生强大的脉冲电流、炽热的高温、猛烈的电动力损坏放电通道上的建筑物、输电线、室外电气、电子设备，击死击伤人员，同时产生的强烈的电磁感应和电磁辐射，对周围的电气、电子设备造成损坏或干扰。
雷击电磁脉冲（LEMP）：雷击电磁脉冲是由于雷雨云之间和雷雨云与大地之间放电时，产生的电磁感应、电磁辐射以及雷雨云与输电线静电感应电荷在雷击放电瞬间泄放产生的过电压过电流通过连接建筑物内外各种金属管道、电源线、信号线、天馈线等侵入损坏室内外的电气、电子设备。
对直击雷的防护是采用避雷针、避雷带（网、线）等传统的外部避雷装置都是行之有效的。但外部防雷装置的引下线产生的强雷击电磁脉冲又会对建筑物内的电子设备产生危害。
2.2 雷电防护区
直击雷非防护区（LPZ0A区）：本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。
直击雷防护区（LPZ0B区）：本区的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应很少能遭到大于所选滚球半径的直接雷击；但本区内电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。
第一屏蔽保护区（LPZ1区）：本区内的各类物体不可能遭受直接雷击，流经各类导体的雷电流已经分流，比LPZ0B区进一步减小；且由于屏蔽措施，本区的电磁场强度也已得到了初步的衰减。为了进一步减小雷击电磁脉冲的影响，可设第二屏蔽保护区LPZ2和第三屏蔽保护区LPZ3。
照明系统一般都位于LPZ0B区，个别位于LPZ0A区。这两个区域都是雷击电磁脉冲没有得到任何衰减，会遭受到直击雷和强雷击电磁脉冲损害，应严加防护。
3． 照明系统对建筑物内信息系统雷电防护的影响
3.1 照明系统引入雷电的途径和危害
景观照明系统一般由灯具、控制系统、供电线路和灯具支撑物组成。
景观照明系统一般都置于建筑物之外，灯具支撑物可能位于LPZ0A区且靠近建筑物，这些灯杆都可能成为接闪器、引下线。雷击时直击雷直接侵入照明系统供电线路进而进入建筑物内信息系统和供电系统。并通过供电线路击毁室内电子设备或对人身造成伤害。
另外，如果灯具和线路位于LPZ0B区，雷击所产生的电磁脉冲会感应到室外照明灯的供电线路，并由此在供电线路上产生、传输雷电过电压、过电流，进而破坏室内外电子设备，即所谓感应雷害。这种情况已经成为雷电危害中比例最高的。
雷电通过室外照明系统所产生的破坏，还表现为由于室外照明支撑物、线路遭到或感应雷电能量引起室内电磁环境的突变，或引起瞬间地电位的不均衡，由此造成电子系统的损坏。
3.2 对照明灯具和控制系统的破坏
雷电能量可能直接破坏室外照明灯具和其控制系统，照明系统的终端是灯具，目前常用的灯为高压钠灯、高压汞灯、金属卤灯、陶瓷金属卤灯等。一般耐浪涌电压能力为上千伏甚至更高些，而实际上因雷电产生的过电压一般为几十至上百千伏，这种雷击产生的浪涌电压可能使照明系统中的灯具和控制系统损坏。目前的照明系统的灯具和控制系统价格不菲，另外部分照明灯安装在高处，更换困难，因此应采取必要措施进行防护。
3.3 灯具的干扰
   由于照明系统的介入所引起的问题中还有一点是不可忽视的，就是灯具本身对电网的污染。目前常用灯具为高压钠灯、高压汞灯、金属卤灯、陶瓷金属卤灯等。这些灯在照明时产生较高能量的高次谐波污染了供电电网，对信息系统产生干扰。
4． 照明工程中的雷电防护措施
4.1 一般措施
照明工程的雷电防护措施主要是对供电系统的防护，保证雷击过电压被限制
到所要求的值。其主要措施是单独供电、加装电涌保护器（SPD）、屏蔽、接地等。
照明系统应单独进行供电，保证与建筑物内供电系统在一定程度上分离。
在供电配电系统中加装电涌保护器（SPD），对雷击产生的过电压进行限制，分走电涌电流到地保护照明系统。一般选用通流量较大的SPD。如果考虑到雷电对SPD本身的破坏和SPD劣化损坏，SPD不可能得到及时更换，应采用具有备份功能的防雷产品，如CPM40TA等。
对供电线路进行屏蔽，如用屏蔽电缆，对高层室外的供电线应穿入金属管，金属管应就近与建筑物接地端子连接有效接地。
照明系统应可靠接地，支撑照明灯的杆和座本身可做引下线，所以必须用金属制作，并要有效接地并应与建筑物共用接地系统连接。接地体最好选非金属复合材料，这样可使接地电阻达到要求值，又节省了贵金属。
这是一般的做法，仍然存在很多问题。
4.2 存在问题和解决方案
4.1的做法存在的主要问题是，所采用的模块型SPD只是单级并联保护，雷电电涌到达SPD的连接节点时，不可能停止和待SPD启动放电，而会进一步沿线路向前发展，就仍然存在破坏设备和伤害人身的可能；即使电涌到达所要保护的区域（或设备）之前SPD启动，其残压很高，微电子设备仍然可能损坏。
一种新型的多级集成（IMP）SPD可以解决此难题。
IMP是将多级防护集成在一体的全新的防护技术，主要原理是利用阻流延迟装置将多种性能的过电压放电模块集成在一起，通过阻流延迟—放电—过压嵌位将雷电能量释放，其响应速度快，相当于半导体的速度水平，残压也很低。解决了防雷难题填补了我国防雷产品的空白。
有照明系统的建筑物电网中，因为高次谐波存在会干扰信息系统，为了保证信息系统正常工作必须加装低通滤波器，使高次谐波进不了信息系统的供电电网。
因为SPD和低通滤波器都可加装在信息系统电源输入端，因而中力公司开发了复合式多级集成（MMP）SPD，MIMP既能有效的防雷，又能滤掉高次谐波。例如：中力公司生产的MMP CPC系列（例如：CPC-100型）。MMP是目前照明系统防雷和抗干扰比较理想的产品。
由于照明系统雷电防护的专业性和复杂性，应根据具体情况作出全面的雷电防护解决方案，并进行评估后方可实施。
本文中建筑物雷电防护着重介绍了在有照明系统情况下的特殊措施，当然建筑物优良外部防雷设施、良好的屏蔽、有效的共用接地和等电位连接都是必不可少的。要做好综合防雷才能真正防止或减少雷电造成的损害。