建筑物防雷的变与不变

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【摘  要】回顾了建筑物防雷发展的历程和防雷观念更新的情况，指出现在防雷的基本原理和一些误解，以及笔者对防雷接地和安装过电压保护器的看法。 

【关键词】建筑物防雷；防雷接地；电磁闭锁联结  近20年来，建筑物防雷技术获得很快的发展。回顾建筑物防雷发展的历程，反思建筑物防雷技术的变迁，探索其中的道理，这对改进与提高防雷技术水平有益处。笔者冒昧地讨论这个题目，只做抛砖引玉，欢迎大家批评指正。  1 建筑物防雷技术的变化  a.重视雷电电磁感应作用。以前建筑物防雷以防直击雷为主，侧重机械性破坏和雷电反击；现在则以防感应雷击为主，侧重雷电的电磁感应效应。独立避雷针附近电磁感应强度最大，对称引下避雷网内的电磁感应强度可明显减弱，实体法拉第笼内的感应电磁场强度为零。  b.注意防雷方式的系统性。以前建筑物防雷就想到装避雷针，现在注意到雷电的各种引入渠道。雷电保护区（lpz）的划分是从多级保护发展而来，采用了系统论的方法。其界面的划分是以电气节点分段的。有人把它误解为隔墙分界，没有从电工学的角度去理解雷电防护区的概念。  c.接地结构、等电位联结与电气接线的关联变化。以前接地是否合格以接地电阻值为准，现在则侧重于接地结构兼顾接地电阻值。由于建筑物内电气设备的频率增高，其接地结构、等电位联结和电气接线的方法都发生了变化。设计者必须有电磁兼容的理论和实践知识。主要内容有：共地才是合理的选择；电源接地系统的制式；电气设备的工作频率对接地结构的要求和对等电位联结方式的选择。  2 建筑物防雷技术的不变之处  防雷的理论基础仍然是安全的引雷入地。闪电电源不是一个电压源，而是一个电流源，更严格地说它是一个电流波。防雷装置是给雷电流提供一条或几条低阻抗的通道。一次雷电放电总的能量并不大，不过几十kwh，但其瞬时功率很大。雷电的耗能是一个自动调节过程，并联分布的电路中电阻低的分路其分流电流最大，耗能按电流的平方增大，所以雷电能量主要消耗在阻值小的支路上。在雷击点的地电位产生浮动，其电压可达几百kv，在那里的电气设备其绝缘有被击穿的危险，采用spd（电涌保护器）暂态等电位联结的办法可使那里的电气设备免于损坏。一栋建筑物的雷电耗能渠道要设计好，其防雷接地电阻值不宜太大，要防止雷电流向电源系统反灌的危险。一般建筑物的接地电阻值应小于20～30欧姆。因为线路波阻抗为300欧姆，取接地电阻值小于它的1/10可以认为是安全的。有人认为，有了等电位联结就不要考虑接地电阻了，并以飞机为例进行解说。须知飞机是孤立系统，它可以不要接地，建筑物有外引电路则不能不要接地，过去我们强调接地结构，不提接地电阻值，那是为了纠正片面强调降低接地电阻值的做法。例如有人称“通讯系统工程的接地电阻值要小于0.1欧姆”等，而现在有人称“接地电阻值可以不限”。这是不可以随便说的，要按具体情况进行分析，凡是有外接电网的仍要限定接地电阻值。经验表明有防雷装置仍出事故，多是接地不良或接地线断线所致，所以防雷接地装置检测的管理不可取消。另外需要提醒的是，高频接地电阻测量仪和脉冲接地电阻测量仪不适用于测量接地电阻值，却特别适用于测量接地线断线。它们对于接地线断线特别敏感，而一般接地电阻测量仪往往难于发现局部的断线。  我们特别提倡用钢管或电缆做进线保护，是因为它们有良好的分流和屏蔽性能。天线进线防雷就是用钢管和电缆完成通讯和防雷的双重功用的，在进口处要加装spd，在机柜处也要加装spd，并在两处与防雷接地相连。用钢管和电缆做进线保护的道理可以用严格的电路和电磁方程来证明。几十年各地变电站和建筑物防雷经验用钢管和电缆做进线保护非常安全可靠。  有人在做雷达机房防雷设计中，为了预防地电位升高反击过电压，在电源线上装spd作等电位联结用，他们将此spd的通流容量按一级spd规定的雷电流波形10/350μs选型，这一做法不妥。雷达站电源和通讯线路都有屏蔽，当室内电源线路和通讯线路由屏蔽电缆和钢管引入时，因为它有电磁闭锁的功能，在这样的封闭电路中不可能通过大的反击雷电流，反击雷电流将沿屏蔽层排放。所以这样的室内电路中可不装第一级spd，即波形为10/350μs的过电压保护器，只装防感应过电压的第二级和第三级spd即可。某些国外防雷公司大力推销大容量的过电压保护器，对此应有分析的选用，以免造成浪费。有人对这一点很不放心，也问过国外代理商，得到的答复是：“从天上降下来的雷电流，其波形是10/350μs的，在lpz0区与lpz1区交界处首先要防10/350μs的雷电流”。这一回答是答非所问，我们切不可为它所迷惑。因为10/350μs的雷电流将沿屏蔽电缆和钢管的屏蔽层排放，lpz1区内只有感应过电压仍可链入电源和电讯线路，所以可以省去第一级spd。  过去有人认定建筑物防雷就是装避雷针，现在有人认定了spd。仿佛装了spd就放心，spd的容量越大心里越踏实。其实这是一种错误的认识。防雷设计人员要对通讯建筑物的防雷要求有全面的了解，对雷电的干扰途径及其解耦办法有清楚地了解，不可片面的处理防雷工程，若顾此失彼仍然可出事故。雷达站、通讯站和遥控站的附近往往有很多电气线路，这些线路受雷电感应是造成雷电事故多发的原因。这些线路都必须用金属线槽、钢管屏蔽起来，或者用屏蔽电缆联结。不规范的乱拉线是招祸的举措，一定要改正。现在有了综合布线的规范，它是电磁兼容最新研究成果，应该学习借鉴。我国建筑界现在正推广upvc管布设电源线，但这种布线方法没有屏蔽效应。  3 总结  3.1 信息系统防雷的重要性使防雷技术全面改观，表现在重视感应雷的防护、防雷工程系统化综合化、与电磁兼容技术的紧密结合。  3.2 现在防雷接地的标准既要看接地结构，也要注意接地电阻值不可太大。  3.3 选择spd最大通流容量时要对防雷接地系统进行分析，在有电磁闭锁线路屏蔽时，室内电路可以省去第一级spd.