建筑物中電子信息設(shè)備雷擊電磁脈沖_secret

1、建筑物中電子信息設(shè)備雷擊電磁脈沖(LEMP)和電涌防護淺議GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范2000年修訂版頒布實施已經(jīng)3年多了，作為國家工程建設(shè)的強制性標準之一，在工程設(shè)計中如何貫徹執(zhí)行，仍有許多工作要做。近年來，隨著我國加入WTO的需要，國家標準規(guī)范向國際標準規(guī)范靠攏的步伐不斷加快。建筑物防雷設(shè)計規(guī)范緊跟IEC最新標準，及時修訂增加了第六章“防雷擊電磁脈沖”的相關(guān)內(nèi)容，對于完善建筑物內(nèi)電子信息設(shè)備的LEMP防護起了很好的作用。但從目前我所了解的情況看，在具體工程設(shè)計中距全面地貫徹實施GB50057規(guī)范修訂條文還有較大的差距。許多設(shè)計人員對LEMP防護措施及SPD的選用配置還較陌生，這固

2、然與規(guī)范條文的可操作性有關(guān)，也與缺乏實用性強的設(shè)計手冊有關(guān)。比如關(guān)于建筑物綜合防雷技術(shù)中的“接閃、分流、均壓(等電位)、接地、屏蔽、電涌保護”等幾大技術(shù)措施中，電磁屏蔽技術(shù)及SPD保護技術(shù)是兩大重點也是難點之一。這里的困難是如何確定各類建筑物或房間的屏蔽參數(shù)，這與內(nèi)部的電子信息系統(tǒng)及設(shè)備有關(guān)，而工程設(shè)計中除特殊試驗室(如微波暗室)及大型電子信息系統(tǒng)機房需要特別關(guān)注并計算其屏蔽效能外，大量一般性的工業(yè)與民用建筑物中，工藝均未提或提不出相關(guān)的電磁環(huán)境要求的定量指標。因此作為防雷設(shè)計人員，只能在利用建筑物鋼筋或金屬體(如鋼結(jié)構(gòu)或外墻裝飾金屬壁板等)兼作防雷引下線，分流接地體以及防雷和電氣安全用等電位

3、聯(lián)結(jié)時，兼顧到電磁屏蔽要求。因此應(yīng)盡量將建筑物及房間外墻空間六面體中的結(jié)構(gòu)金屬體(如鋼筋混凝土板、梁、柱及基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋體，鋼結(jié)構(gòu)板、梁、柱)，金屬或?qū)щ姷匕濉⒔饘匍T框架、電梯軌道、吊車、電纜橋架，各類工藝或動力金屬管道等大尺寸及網(wǎng)格狀的金屬體均作等電位聯(lián)結(jié)并接地，這樣做一般均能滿足內(nèi)部普通電子信息設(shè)備的電磁環(huán)境要求。當然，這里還要注意到電力信號線路，特別是電子信號控制線路的屏蔽要求。弱電線路宜采用屏蔽電纜或穿鐵管金屬封閉線槽配線，強電線路如有要求(如電子廠房機房)也宜采用金屬管或封閉線槽配線。另一個重點難點防雷措施則是電涌保護器 (SPD)的選用和配置問題。IEC新近推出了關(guān)于SPD的制造和使

4、用方面的IEC6164-3系列標準，并準備將原來的TC37(避雷器)技術(shù)委員會制定的避雷器標準與TC37A制定的IEC61643系列“電涌保護器”標準相協(xié)調(diào)。因此，可以說SPD既是一個“老產(chǎn)品”，又是IEC新標準提出的更高要求的“新產(chǎn)品”，IEC新標準對連接至低壓配電系統(tǒng)和電信信號網(wǎng)絡(luò)的SPD的性能要求、試驗方法、選擇和使用原則均提出了較原低壓避雷器標準更為詳盡和嚴格的要求。我國的有關(guān)部門和行業(yè)亦將IEC61643系列標準等同或等效地轉(zhuǎn)化為了國家標準或行業(yè)標準。下面僅就幾個問題談一點個人的淺見。1 關(guān)于雷電參數(shù)和SPD的試驗電流波形及等級參數(shù)問題GB50057-94標準所規(guī)定的各類防雷建筑物的

5、雷電流參量是等同采用IECl024-1-1標準所規(guī)定的參量值。而IEC關(guān)于雷電流參量的規(guī)定亦是根據(jù)國際大電網(wǎng)會議的相關(guān)資料及大量實測的雷電流的積累次數(shù)分布曲線而制定的，是各類建筑防雷設(shè)施性能評價的依據(jù)。我國已加入WTO，等同或等效采用國際相關(guān)標準既是必要的也是必須的。在此基礎(chǔ)上制定的SPD的試驗電流波形以及試驗參數(shù)也同樣是依據(jù)了IEC相關(guān)標準。試驗電流電壓波形是按照產(chǎn)品的試驗考核目的而設(shè)計的，當考核安裝于LPZOA或LPZOB區(qū)與LPZl區(qū)交界處的SPD允許通過的電涌能量時，試驗電流采用10/350s(1級分類試驗)的長波形是必要的，10/350s波形并非自然界發(fā)生的實際雷擊電流波形，而是考慮

6、了一次閃電中的首次雷擊和后續(xù)多次雷擊的全部能量而設(shè)計的試驗電流波形。采用820s的相對較短的試驗電流波形則降低了性能要求；即使是采用等效通過能量原則的820s大電流參數(shù)的SPD(級分類試驗)來代替I級分類試驗的SPD亦應(yīng)通過試驗來確定。至于SPD的標稱放電電流(In)、最大放電電流(Imax級分類試驗SPD)或沖擊放電電流(IimpI級分類試驗SPD)究竟取多大合適?個人認為應(yīng)按不同的雷電環(huán)境、被保護設(shè)備的的重要性以及系統(tǒng)中雷電流的分布計算結(jié)果而具體分析確定；不同行業(yè)有不同的要求，適用于電力系統(tǒng)的參數(shù)水平不一定適用于通信、鐵道、石化等特殊建、構(gòu)筑物。2 關(guān)于雷電流在低壓配電系統(tǒng)中的分配問題IE

7、C及GB標準中給出了一個雷擊建筑物時，50的雷電流經(jīng)防雷接地裝置人地，另外50的雷電流則分別均等分流人進出建筑物的各種服務(wù)性管線(包括等電位聯(lián)結(jié)并接地的電力線、通信線，各種埋地金屬管道等)設(shè)施中的估算方法。這種粗略的估算方法，目的是為了評估等電位聯(lián)結(jié)用接線夾和SPD的通流能力。雖然不夠精確，但工程使用中為偏于安全還常常忽略通信線等管線的分流值。這樣選擇的SPD通流量雖然偏大，但卻較為安全。IECl312-3認為在低壓系統(tǒng)中影響雷電流分配的因素較多，有電纜長度、變壓器阻抗、變壓器接地電阻、用戶側(cè)接地電阻以及并接用戶數(shù)量等。當只評估通過SPD的10350s的長波尾階段的低速率變化的雷電流的能量時，

8、可以忽略只在雷電流的波頭時間內(nèi)起作用的線路電感，流人低壓系統(tǒng)中的雷電流可只按電力系統(tǒng)與接地裝置的歐姆電阻來分配。同理，當閃電直擊建筑物時，如果只考核通過SPD的能量，也可不考慮長波雷電流的高頻效應(yīng)，而只按建筑物、管道及配電系統(tǒng)等的歐姆電阻來計算電流分配。至于計算屏蔽電纜的芯、皮之間的雷電流分配也是同一道理，即可以不按高頻效應(yīng)的波阻抗來計算雷電流分流值。總之，工程上認為上述雷電流估算方法較為簡單實用，精確計算每條線路上的雷電流是很困難的；其次，作為計算基礎(chǔ)的雷電流參量也只能按標準規(guī)定，而自然界的雷電流是隨機的、變化的，并且存在著跳出標準參量的可能性。3 關(guān)于SPD的級位配置在具體工程設(shè)計中，究竟

9、在低壓配電系統(tǒng)中配置多少級SPD，其SPD的安裝位置如何確定，這也是工程設(shè)計人員亟待解決的問題。SPD的級位配置主要取決于被保護系統(tǒng)和設(shè)備的絕緣配合要求，即末級SPD的保護水平(UD)加上其兩端引線的感應(yīng)電壓之和并計及末端的反射波效應(yīng)應(yīng)小于被保護系統(tǒng)和設(shè)備的絕緣耐沖擊電壓水平(及抗擾度要求)，當采用一至二級SPD即能達到且其允許通流能力也符合要求時，則可不裝設(shè)第三級SPD(安裝于被保護設(shè)備內(nèi)的SPD除外，它由設(shè)備制造者考慮)。SPD的裝設(shè)級位數(shù)并不是越多越好，相反，過多的SPD級位可能導(dǎo)致故障率的上升。當被保護系統(tǒng)和設(shè)備的耐沖擊水平較低或極低時，就需要裝設(shè)多級$PD而逐級限壓，以達到絕緣配合的要求。而SPD的安裝位置一般均在不同防雷區(qū)(LPZ)的交界處附近的配電盤或配電箱上，至于變壓器低壓側(cè)的第一級SPD則可安裝于變壓器出線端子處(可保護主開關(guān))，也可安裝于低壓總開關(guān)的電源側(cè)，具體由工程設(shè)計決定。這里要注意的問題是：當SPD的安裝接線方式為 “3+1”方式，即安裝于L-N及N-PE之間時，其保護水平應(yīng)為安裝于L-N線的SPD與N-PE線上的SPD的Up之和。另外，對于長度超過30m的配電干線，由于線路上的波過程以及在線路節(jié)點上的反射波效應(yīng)，將導(dǎo)致線路末端電涌電壓的明顯升高從而達不到保護水平的要求，此時應(yīng)在線路節(jié)點