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防雷措施

发布时间: 2020-12-04  点击次数: 690次

一、避雷针防雷

1752年富兰克林发明了*一根避雷针,当时认为避雷针在雷雨云的感应下,产生放电,能中和雷雨云中所带的电荷,从而避免雷击,而经过多次实验表明,避雷针在雷雨云的电场作用下,所释放的电量一般只有几个微安到几十个微安,而一次中等的雷电能释放大约25-30库仑的电量,相当于几千根避雷针在几十分钟内放电的总电量,从而指出,避雷针在雷暴期间放电电流太小了,它的作用是把闪电引向自身,并沿着它流入大地。而避雷针所产生的二次效应,即感应过电压和反击过电压,避雷针本身无法解决。传统的阀式避雷器,真空放电管等,也已不适应现代通信设备的避雷要求,已停用。氧化锌避雷器由于导通性能好,导通时间快而被广泛应用,但它的残压较高对高速率或精密设备仍难以胜任防雷需要。例如:当di/dt=100KA/2.6μs时避雷针的二次雷击效应在附近平行导线上产生的感应电压:

 

Vj=0.2[λn(1000/a-1/2]*di/dt×10-6

式中a为避雷针至平行导线的距离

经计算平行导线感应电压与距离a的关系为:

 a(m)        5      10     100    200    300    400    500   600

 Vj(KV/m)   36.9  31.6    13.9   8.5    5.4     3.2   1.49  0.08

通过避雷针的雷电生的高电位反击效应:

Vx=L0H(di/dt)+ir+iR

r为测试点至接地体的电阻      i通过引下线的雷电流100KA

L0为引下线单位长度电感    L0= (1.67μH/m)

H为测试点距大地的高度,取H=10      R为接地电阻

当r=0,R=10Ω时,Vx=1.6MV

当r=0,R=0Ω时,Vx=0.6MV

   从以上情况看,避雷针局限性集中反映在di/dt上,如想法减少di/dt时,即减少△i,增加dt值,都会使避雷的效果提高。目前,常用的避雷针有几种基本形式,一是传统的避雷针,主要是吸引雷电流,通过良好的接地将雷电流传导到地,来保护特定目标。二是提早电流发射终端,它的曲率半径较大,有更强的积累电荷的能力,由于这个积累,它将在更远的距离内击穿空气发射电流,因此更易于与雷击的步进先导放电接通,拦截了附近目标的雷击,如接闪器就是利用这个道理。三是电子流延缓发射装置,它的曲率半径小,积累电荷很少时就会放电,放散电荷形成电晕,降低目标顶端电势,避免或延缓离子化通道的形成,减少雷击的几率。还有根据阻抗限流和箱位分流原理开发的避雷针。避雷的关键是引雷入地,入地好就可以减少或避免雷击,引雷入地传统的方法用扁铁引雷入地,也有的用铜线引雷入地,还有的用引线电缆引雷入地,这是较好的方法,同轴电缆特性阻抗低,使雷电流直接入地,同时有两层屏蔽,大大减少了雷电的感应电压,保护了特定防雷目标。

微波通信天线比较高,馈线较长,馈线接地良好是避雷的良好措施之一,因此要求馈线在天线端、中间、进机房前采取三处接地处理,馈线较长的可在中间增加接地点,保证接地良好,以进行多级防护。

目前,有些厂家为满足现代化设备的防雷需要,研究开发了新型避雷针装置,如中光的ZGZ繁列、ZGU系列,易事达接闪器和引线电缆装置等。

二、接地电阻的降低

在传统的接地工程中,通常使用扁铁、铜棒等作接地材料,山区沙石或高阻土壤使用时,需加入食盐、木炭等,后发展为化学降阻剂以及非金属接地模块,均使接地电阻有所降低。

1、非金属接地模块具有较强的保湿性,吸湿性,充分发挥了接地体中电解质的导电作用,增大了接地体和土壤的接触面积,从而增大了接地体本身的散流面积,减少了接地体和土壤的接触电阻。

2、化学降阻剂是普遍使用的一种接地材料,接地电阻降低效果比较显著。因化学降阻剂中,主要合成高分子材料占5-8%,电解质物质占8-9%,水成份占80%左右,所以它的粘度较低,凝固前渗透性*,在灌到接地体坑内,几分钟就可以通过沙石缝向土壤深层渗透。凝固后,它紧紧包裹在接地体周围,并与土壤紧密连接,形成一个较大的导电体,且导电体在大地中出现树枝状的延伸体,产生树枝效应,这样就可以大大降低接地电极与土壤表面的接触电阻,起到降阻的功效。

使用了化学降阻剂增大了接地极尺寸,降低了接地电阻值: R=(ρ/2πL)〔λn(L2/dh)+K〕

式中 ρ为土壤的电阻率    L为水平接地体的总长度H为水平接地体的埋设深度

D为水平接地体的直径或等效直径K为水平接地体的形状系数(一般在0-8之间)

显然对于一定土质P值是一定的,因而要降低接地电阻值就只能增大电极的几何尺寸,化学降阻剂总成份是电解质水溶液,渗透率较强,当凝固后,与金属接地体紧密连在一起,相当加大了电极尺寸,再加上其树枝效应,使接地体体积大大增大,从而降低了接地电阻数值。如二七微波站在地线改造中,对旧坑进行了改造,更换了化学降阻剂,又增了新坑2个,使用化学降阻剂近2000公斤,增加接地体长度560M左右。经过地线改造后,接地电阻有明显改善,原来测试接地电阻20多欧姆,现能降到10Ω以下,个别地方降到2Ω左右。

3、地线形成封闭的闭合环路

正确的连接和接地可有效的防止地电位的变化,对通信设备造成危害。所谓连接就是将设备所有电气和金属物体连接起来,使其电位一致。这种连接就叫等电位连接,起到均衡电位的作用,即雷电发生时,通过连接,使设备之间电位等值变化,防止了因设备之间电位大小不一致,对人体和设备的危害。所谓接地就是将设备连接在一起,通过接地体与大地相通,随时将雷电流泄放入地,确保设备和人身的安全。玛斯特公司推荐采用单点接地电位基准,我们通信单位也是这样做的。所谓单点接地电位基准就是所有站内设备接地点在一点上,即所有站内设备取单一接地点的电位作为电位基准,且仅取自一点。如图所示:

外部埋设均衡环

所有站内设备都连接到接地母线上,每一机架用一根接地直接连接到母线上,雷电发生时,跨越通信设备的跨步电压仍然会有,但由于所有设备外壳电位取自一点,设备之间不存在电位差,从而避免损坏设备。

地线的埋设要形成一个闭合的封闭环路,可以使电位均衡,不存在电位差,可以避免设备和人身遭受雷击。

三、电源线路的避雷

雷鸣电闪,用肉眼观察,雷电只是瞬间一闪,实际上它是由一系列的放电过程组成的,放电约1/1000秒,停止约2/100秒,再放电,再停止……,此脉冲一直持续到电位差不足以再维持其放电。雷击时的通断作用在雷击点产生感生电流,也叫雷电冲击波。供电线路是地球表面分布,金属材料多的线路之一,大量供电线路仍以架空为主体,雷电冲击波容易从供电线路侵入,并破坏电源设备,甚至损坏通信系统。根据我省雷害事故的统计分析,在雷害事故中约60%以上是因供电线路防雷效果差而引入雷击的,因而供电线路防雷是整个系统防雷的关键之一,从27微波站几次雷击情况看,也是供电线路引起雷击造成断相保护部分电源配电设备损坏。

高压输电线路虽有高压避雷器(阀型避雷器)但由于动作慢(动作时间是微秒级)残压高,该特性会引起低压输电线路过电压,也就是暂太过电压(浪涌电压)可以采用分阶层安装浪涌控制设备,首先在主进线上安装一个高容量浪涌抑制器,再在主配电盘负载侧安装浪涌抑制器,抑制外来的浪涌电压,考虑到云对云的放电也能在内部线路感应产生暂态过电压,再增加一级浪涌抑制器,为了保护敏感的大规模集成电路设备,可在负荷侧再加一组浪涌抑制器。

   现在各厂生产的避雷设备较多,如中光公司的EGB1电源系列电子避雷器,易事达的并联浪涌抑制器,玛斯特公司的浪涌抑制器,DK公司的系列电源避雷箱等。易事达还生产一种串联式浪涌抑制滤波器,它带有高能钳位器件和特别的滤波电路,也是当今较先进的浪涌衰减技术。(但价格较昂贵)。目前,经常使用的电源浪涌防护产品一般为金属氧化物压敏电阻材料,它的特点是一旦电压超过了箝位电压时,它立即进入箝位状态,限制了电压升高,从而保护了设备,每当进入箝位状态,就会有1MA左右的电流通过压敏电阻入地。

同时,也要加强高低压避雷阀的维护和测试,采取多种形式的避雷防护,保证电源供电线路路感应雷的雷击。

四、线、信号线的防雷

随着信息产业的技术发展,科学技术不断进步,高速率、数字化、智能化、微型化、大容量通信越来越普及,而微电子数字通信系统集成化程度较高,承受脉冲的能力比较弱,而信号线引进的雷电冲击波强度较大,往往遭受雷电袭击而损坏设备,造成通信线路中断,影响设备安全运行。为防止雷电侵入信号线路,在线路上把雷电脉冲泄放掉或堵住宅,一般信号避雷器采用分流,多级泄放、引流入地技术,当信号线受雷电感应电压超过一定值时,避雷器将限制电压变化,并将雷电能量或其它干扰信号释放入地,从而保证通信设备的安全,信号线避雷器主要工作原理是当没有雷电时,防雷元件呈高阻状态对电路信号没有任何影响,一旦输入端出现感应雷电波时,该防雷器件很快从高阻状态跃变为低阻状态,将雷电泄放到大地,防止了雷电波的侵入,保护了设备和人身安全。 总之,雷电的发生是没有规律性的,是随机的事件,我们要高度重视,采取多种手段进行综合性防治,使雷害减少到低限度,保证通信设备的安全和人身安全。

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