通用模板(雷电分类感应雷).

二、雷电基本概念
雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象,它给人类的生活带来很大影响,雷电造成的灾害自古以来一直威胁着人类和地球上的一切生物。

随着科学技术的发展,在现代生活中,雷电除仍对生命造成危害,使建筑物和森林发生火灾,更严重的是对电力、广播电视、航空航天、邮电通讯、国防建设、交通运输、石油化工、电子工业等几乎是各行各业产生危害,尤其是电子计算机的普及和微电子设备对雷电电磁脉冲的敏感,更使雷电灾害的危害程度加剧,经济损失剧增。

今日已是电子时代,日益繁忙庞杂的事务通过高速电脑、自动化设备及通讯设备得以井然有序,而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低,其数量和规模不断扩大,因而它们受到过电压特别是雷电袭击而受到损害的可能性就大大增加,其后果可能使整个系统运行中断,并造成难以估量的经济损失,雷电和浪涌电压成为电子时代的一大公害。

雷电的破坏力极大,以雷击中心1.5km~2km范围内都可能产生危险过电压,损害线路上的设备。

随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛,雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。

目前比较流行的防雷方法是采用外部防雷,即采用避雷针(或避雷带、避雷网、引下线和接地系统构成外部防雷系统。

主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故。

但是防雷仅有外部防雷是不够的,雷电波会侵入各电气通道(如电源线、信号线的金属管道等,由其产生的高电压和浪涌电压对通讯设备、网络、信息、系统有极大的危害,轻则毁坏线路,重则损害设备,乃至系统瘫痪,造成难以估算的损失。

所以必须进行内部防雷,防止雷电和其他内部过电压侵入设备中造成损坏,这是外部防雷系统无法保证的。

为了实现内部避雷,需要在进出建筑物的各保护区上的电缆、金属管道上安装连接避雷及过压保护器,并实行等电位连接,防止由雷电产生的高电压和浪涌电压造成的设备损害。

明析瞬间过电压产生途径和危害是正确采取防护措施的前提。

1、瞬间过电压的产生
瞬间过电压是指在微妙至毫秒之内所产生的的尖峰冲击电压而非一般电源上的所谓过压(一般电源过压可能维持数秒及以上,瞬间过电压有两种产生途径:雷击和电气开关动作。

(1.一般构筑物避雷网只能保护其本身免受直击雷损害,雷击会通过以下两种方式破坏电子设备:①直击到电源输入线,经电源线进入而损害设备,因电力线上安装的各种保护间隙和电力避雷器,只可把线对地的电压限制到小于6000伏(IEEE C62.41,而线对线无法控制。

②以感应方式(电阻性、电感性、电容性偶合到电源、信号线上,最终损害设备。

(2.当电流在导体上流动时,会产生磁场存储能量并与电流大小和导线长度成正比,当电器设备(大负荷开关时便会产生瞬间过电压而损害设备。

2、瞬间过电压对电子设备的危害
瞬间过电压使电子设备讯号或数据的传输与存储都受到干扰甚至丢失,至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪;重复影响而降低电子设备寿命甚至立即烧毁元器件及设备。

这一切都会给生产和工作带来较大损失。

当今人类科学技术的发展已进入了高度信息化的发展阶段,但是仍然在受到能源、环境和安全等因素的困扰,特别是安全问题,对我们的工作和生活的影响日益深刻,在不考虑人为因素的情况下,自古至今我们人类始终以积极的探索精神面对自然灾害并与之进行着顽强的斗争,当人类进入微电子时代以来,随着人们使用的各种精密的电子设备在雷电灾害中越来越频繁的被毁坏,经过积极的探索,今天,科学的发展已使人们找到了雷电毁坏设备的原因,并找到了利用更先进的设备对雷电灾害进行积极防护的办法。

近50年来,人们使用的电子设备的工作电压越来越低,(1960年代的电子管的工作电压是800V 左右,而今天已广泛使用的集成电路—如笔记本电脑的CPU 的工作电压已低到 0.8V ! 这样,50年前对电子设备不会造成毁坏的雷电磁脉冲,对于抗电压
波动及电磁干扰能力极低的微电子集成电路而言,所能造成的毁坏结果是可想而知的。

科学研究表明,雷击即便没有直接击中建筑物,也会对建筑物内的微电子设备造成毁坏,因为只要雷击中心点发生在距建筑物半径2.5Km 范围内,在此范围内的空间里就会产生极强的电磁场,所有从这个电磁场中穿越的供电线路,网络和信号线路等,都会因电磁感应而在线路上产生浪涌过电压,并沿着线路进入大楼内的设备输入端口,从而将电子设备烧毁。

(如下图所示
1950 1960 1970 1980 1990 时间
晶体管
集成电路 2000
个人电脑
凡穿越距直击雷落雷点2.5KM范围内的电源、网络、信号线缆全部会感应到浪涌过电压。

3、雷击损坏设备的几种形式
雷击损坏电气设备及集成度极高的数据网络安防控制设备的形式有:
直击雷所谓直击雷,是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上,因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。

由于直击雷的电磁场有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。

在地球上任一时刻平均有2000多个雷暴在进行着,平均每秒有100次闪电,每个闪电的强度可以高达10亿伏。

一个中等强度的雷暴的功率有108瓦,相当一个小型核电站的输出功率。

全球平均每年因雷电灾害造成的直接损失就超过10亿美元,死亡人数在3000人以上,这个统计没有包括中国。

美国有精确统计,见表1-1,平均每年有100多人死于雷击,250人受伤。

1970-1983年的统计,则有1154人死于雷击,同期死于龙卷风和飓风灾害的人数则为1341人,可见两种灾害对人的伤害是差不多的。

表1-1 1950—1969年期间美国48个州雷击伤亡人数统计表
雷击着火是森林业的最重要灾害之一。

全球每天放生云地闪平均约800万次,若按雷电平均分布估算,世界上410万公顷森林,每天要遭50万次雷击,每年平均火灾达5万次,在美国,每年约有10000次森林和野地起火是闪电造成的。

美国西部针叶林地区的森林火灾中60%是雷击引起的。

加拿大的不列颠哥伦比亚省的森林火灾有40%是雷击造成的。

雷电不仅烧毁森林,而且还会破坏森林中的生态过程,如1972年8月美国佛罗里达州的一片桔林遭雷,52公顷土地上的3255棵树受损害,6个月后,其中2327棵死亡或濒于死亡,只好全部拔掉,据研究,认为是雷电损害了树群的
根系。

此外,树皮被雷劈掉是常有的事,从而引起树林的虫害。

自从富兰克林发明避雷针后,建筑物似乎不该有雷灾了事实上这方面的灾害仍不容低估,仅美国农村,每年平均约有2000家以上农户住房遭雷击损坏或起火。

近年来由于收音机和电视机普及到广大农村,自装天线、乱拉电源线,致使建筑物受雷击成灾的情况有所增长。

现在建筑物的受雷击大都有一个新特点,就是与科学技术的大发展有关联,一种是由于高的建筑物的兴起,如微波站天线塔、BP机发射天线塔、突出建筑物屋顶的金属结构……都会吸引落雷而使本身所在建筑及附近建筑遭到祸害。

另一种是增设的种种架空长导线引雷入室使避雷装置失去作用。

而灾害的对象也发生转移,主要不是建筑物本身的损失,而是室内的电器、电子设备被毁,甚至祸及人身。

据《预防时报》报道,1987-1990年四年间,日本发生82起计算机机房雷击事故,平均每年20起。

在我国,每年发生的雷击事件数以万计,人员伤亡和财产损失十分严重。

计算机机房遭雷击的事件也频频发生,例如据报道:
1、2009年6月3日,中国北京首都机场三处遭雷击,击坏部分设备。

2、2000年9月20~21日,北京大范围遭雷击,击坏延庆、顺义、房山等
多个单位的计算机、通信等设备。

3、2000年8月8日四川人和镇重庆华新国际城市发展有限公司遭雷击,
击坏两个卫星天线,直接经济损失102万元,间接经济损失15万元。

4、2000年7月17日天津大港区浮板玻璃有限公司遭雷击,自动化生产线
因雷击发生故障,称重传感器被损坏,直接经济损失3万元,停产三
天,间接经济损失约80万元。

5、2000年7月16日天津西青开发区今晚报社造纸有限公司遭雷击,生产
供电线路被雷击瘫痪,设备损坏,经济损失约3.8万元。

6、2000年7月16日天津市市内电话局下属烟台道局和王顶堤局遭雷击,
经济损失约6万元。

7、2000年7月16日,天津西青开发区苏波洛克水损失60万元。

8、2000年7月11日,韶关市西郊收费站遭雷击击坏收费监控系统,大泥
有限公司遭雷击,击坏程控交换机、内部计算机网络等设备,经济损
失约1.2万元。

9、2000年6月16日,襄汾市老东关街遭雷电,原料库的棉垛和尼龙垛被
雷击并引起大火,后经抢救扑灭,直接经济损失51万元。

10、2000年5月25日,内蒙古包头铝业集团电解一、二分公司电解自控系
统遭雷击损失100万元。

11、2000年5月17日,天津外贸纸箱厂遭雷击,致使生产控制线损坏,经
济损失约24万元。

以上统计仅仅是对雷击造成的直接损失进行评估,由此造成的间接损失并未计算入内。

直击雷蕴含极大的能量,电压峰值可达5000KV,具有极大的破坏力。

如建筑物直接被雷电击中,巨大的雷电流沿引下线入地,会造成以下三种影响:a:巨大的雷电流在数微秒时间内流下地,使地电位迅速抬高,造成反击事故,危害人身和设备安全。

b:雷电流产生强大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。

C:雷电流流经电气设备产生极高的热量,造成火灾或爆炸事故。

上图表明直击雷击中大楼顶端的避雷针后,强大的雷电流沿着接地下引线泄放入地的过程中,在下引线四周会产生强大的交变电磁场,位于建筑物内部但靠近外墙引下线的地方所摆放的电子网络设备,都可能会被引下线周围的强磁场感应到的过电压所烧毁.,所有距离雷击中心2.5公里内的供电线路、通信线路、网络环路等都有可能被感应到浪涌电压,形成浪涌电流。

经过电源回路、通信网络回路窜入设备端口,从而造成设备芯片永久性的破坏,使通信中断,数据丢失。

传导雷远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压,由室外电源线路和通信线路传至建筑物内,损坏电气设备。

感应雷云层之间的频繁放电产生强大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压,峰值可达50KV。

传导雷、感应雷效果图
开关过电压供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、电源线路短路等,都能在电源线路上产生高压脉冲,其脉冲电压可达到线电压的3.5倍,从而损坏设备。

破坏效果与雷击类似。

如下图所示:
由此产生的雷电过电压对电子设备的破坏主要有以下几个方面:
1、损坏元器件
a、过高的过电压击穿半导体结,造成永久性损坏;
b、较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压范围之内,亦使器件的工
作寿命大大缩短;
c、电能转化为热能,毁坏触点、导线及印刷电路板,甚至造成火灾;
2、设备误动作及破坏数据文件。

因此,应该根据实际情况具体分析,采取相应的防雷保护措施,确保计算机系统的安全工作。

4、雷击浪涌过电压侵入设备的通道
雷击浪涌过电压侵入设备的通道有三个:
①浪涌过电压通过设备的供电线路窜入设备的电源端口,烧毁设备的整流开关电源,进而使设备失去供电而停止工作
②浪涌过电压通过设备接入网络、信号及安防系统数据控制线路窜入设备,由于设备的数据信号采集端口的工作电压特别低,根本无法承受瞬间上千伏的浪涌过电压的冲击,被烧毁是不可避免的。

③通过设备的接地回路击毁设备,雷电打在建筑物的附近,或击中建筑物
的外部避雷装置,雷电流沿着引下线向地泄放的过程中,入地点与建筑物内的设
备接地排的电位差会极大,这个电位差会通过地电位反击的形式经过设备的接地线将设备击毁。

我们知道了雷电流击毁设备的这几个通道,及浪涌过电压毁坏设备的主要形式,那么针对它就可以采取相应的防护措施了。

对于一个需要保护的系统来说,只有将进出该系统的电源线、信号线等都对地安装相应的SPD,这时雷击时系统内各部分之间的电位大致相等,因而就不会造成设备损坏。

如果只在电源线安装电源SPD,而信号线不安装SPD,那么雷击电源线时,电源SPD导通,电源线和地线的电位会抬升很高,而信号线和远处连接可能是低电位,这时在该系统就引入了一个较大的电位差,可能会造成了设备的损坏。

5、整体防雷的保护措施
电磁兼容原理将传统的或单一的防雷措施归结为整体防雷保护
传统的局部的防雷措施主要为利用楼顶或附近的铁塔进行雷电的直击雷防护。

采用这种单一的防护措施已经不适合于电子信息系统，即采用传统的防雷措施已经不能满足电子信息系统的雷电防护的要求，因此国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994 在 2000 年 8 月 24 日做了局部修订并实施，同时增加“防雷击电磁脉冲”的章节；国家标准《建筑物电子信息系统防雷技术规范》也已于2004 年 5 月开始执行，上述两个国家标准都充分体现了对于大量使用电子设备的
系统一定要根据电磁兼容（EMC）原理，把局部或单一的防护措施归结到系统防雷，即整体防护的概念。

防雷的保护对象有三：建筑(或构筑物、设备和人，三者要统筹兼顾。

由于我国地域辽阔，气象条件差异很大，加以我们对雷电灾害的了解还在发展，故我们考虑防雷的原则是：尊重科学，从实际出发，因地制宜，即重视防雷规范的原则，又要有一定的灵活性。

现代防雷的技术原则强调全方位防护，综合治理，层层设防，把防雷看作是一个系统工程。

这是由于雷电的危害作用无孔不入，在整个空间范围侵害微电子设备，最难防范。

对于任何建筑物及其内的设备和人的现代防雷技术措施，可以综合概括为以下几点：㈠、B 即Bonding B Bonding，其中文意思为“搭接” ，或称为“均衡连接”“等电位连、接” 。

即把各种金属物用粗的铜导线焊接起来，或把他们直接焊接起来，以保证等电位连接。

雷电流的峰值非常大，其流过之处都立即升至很高的电位(相对大地而言，
因此对于周围尚处于大地电位的金属物会产生旁侧闪络放电，又使后者的电位陡然升高，它又会对其附近的尚处于大地电位的设备或人产生旁侧闪络。

所以等电位连接是防雷设施中极为关键的一项。

等电位连接也包括物体和结构件之间、或者同一物体的各部分金属外套之间作导电性的连接。

㈡、C 即 Conducting C Conducting，其中文意思为“传导” 。

我们称之为避雷针的装置，霹雷针是一个接地的金属装置，高端比建筑物要高，吸引闪电，把闪电的强电流传导到大地中去，从而防止闪电电流经过建筑物。

㈢、D 代表 Dividing D Dividing，其中文意思是“分流” 。

凡是从室外来的导线(包括电力电源线、电话线、信号线或者这类电缆的金属外套等都要并联一种避雷器至接地线。

不仅是在入户处，在每个需要作防雷保护的仪器设备的入机壳处都要装。

其作用是把循导线传入的过电压波在避雷器处经避雷器分流入地，也就是类似于把雷电流的所有入侵通道堵截了，而且不只一级堵截。

㈣、G 代表 Grounding G Grounding，其中文意思是“接地” 。

其目的是稳定电路的电位，防止外来干扰，是防雷工程的重点和难点。

㈤、S 即Shielding S Shielding，其中文意思是“屏蔽” 。

其意义为把闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来，力求“无隙可钻” 。

各种屏蔽都必须妥善接地，所以前五者是一个有机联系的整体防卫系统，全面实施才能达到万无一失的效果。

制定本方案的目的在于阐述浙江省温州某水处理厂的防雷解决方案，制定本方案的目的
在于阐述浙江省温州某水处理厂的防雷解决方案，及运浙江省温州某水处理厂的防雷解决方案行和维护管理，同时考虑实际环境因素和用户实际需要，行和维护管理，同时考虑实际环境因素和用户实际需要，而做出的一套比较完整而易于操作的防雷设计及安装技术的防雷方案，从而达到温州某水处理厂人整而易于操作的防雷设计及安装技术的防雷方案，从而达到温州某水处理厂人身安全及设备安全运行的目的。

身安全及设备安全运行的目的。

安全运行的目的
三、参考标准 2．1 国内标准 2．1.1 GB50057-94《建筑物防雷设计规范》．《建筑物防雷设计规范》为使建筑物防雷设计因地制宜的采用防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠，技术先进，经济合理。

本规范不适用于天线塔，共用天线电视接收系统，化工厂户外装置的防雷设计。

2．1.2 GB15599-95 《石油与石油设施雷电安全规范》．石油与石油设施雷电安全规范》本标准规定了石油和石油产品在生产、运输、储存、销售、使用过程中避免或减少石油设备雷电危害的基本原则和措施。

本标准适用于石油设备的雷电安全保护。

2．1.3 GB50160-92《石油化工企业设计防火规范》．规范》《石油化工企业设计防火规范为了保障人身和财产安全，在石油化工企业设计中，贯彻“预防为主，防消结合”的方针，采取防火措施，防止和减少火灾危害，特制定本规范。

2．1.4 GB50174-93《计算机房防雷设计规范》．《计算机房防雷设计规范》本规范适用于陆地上新建、该建和扩建的主机房建筑面积大于或等于 140M2 的电子计算机机房的设计。

而本规范不适用于工业控制用计算机房和微型计算机机房。

为了使电子计算机机房确保电脑网络系统稳定可靠运行和保障机房安全使用，应符合现行有关标准规范的规定。

2.1.5 GB2887-89 《计算站场地技术文件》计算站场地技术文件》本标准规定了计算场地技术要求与测试方法，并适用于各类地面计算站依据计算站的性质、任务、工作量的大小，计算机类型的不同，计算机对供电、空调等的要求。

至于测试方式从环境因素的不同采用合适测试仪表，这包括磁场干扰环境场强的测试和接地电阻测试。

2.1.6
GB9361-88 《计算站场地安全要求》计算站场地安全要求》本标准规定了计算站场地的安全要求，并适用于各类地面计算站，不建站
的地面计算机机房，按本标准对计算机机房的有关要求执行；改建的或非地面计算机机房可参照本标准执行。

至于计算机机房的安全分类为 A、B、C 三个基本类别，因应实际设备和环境需求选择在安全机房下操作。

2.1.7 GA173-1998 《计算机信息系统防雷保安器》计算机信息系统防雷保安器》计算机信息系统加装有效可靠的防雷保安器，是国际上通用的最有效的防护措施。

防雷保安器是保证计算机信息系统安全的专用产品，因此它应符合本标准的技术要求、实验方法、检验规则、标志、包装、运输及储存，并能有效防止感应雷电破坏该系统受保护设备。

2．2 国际标准 2.2.1 IEC1312 《雷电电磁脉冲的防护》雷电电磁脉冲的防护》本标准为建筑物内或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护；并对装有这系统（如电子系统）的建筑物评估 LEMP 屏蔽措施的效率的方法。

针对现有的防雷器（SPD）应用在防雷区概念安装上提出相关的要求。

电源防雷器》 2.2.2 IEC 61643 《SPD 电源防雷器》本标准对电源防雷器用于交直流电源电路和设备上，额定电压在 1000a.c. 或 1500d.c.。

电源防雷器分级分类测试和应用。

2.2.3 IEC 61644 《SPD 通讯网络防雷器》通讯网络防雷器》本标准对通讯网络防雷器用于通信信号网络系统，这类防雷器内置过压过流元器件，额定电压在 1000a.c.或 1500d.c.。

电源防雷器分级分类测试和应用。

过电压保护器》 2.2.4 VDE0675 《过电压保护器》过电压放电保护器（电源防雷器）适用于额定交直流电压在 100V 至 1000V 范围内之供电配电系统，对应于防雷器作出分级分类要求。