防雷技术研讨.

防雷技术探讨长沙市雷立行电子科技有限公司二0一三年三月湖南雷科星防雷技术有限公司湖南义盟克防雷技术有限公司内容提要一、公司介绍二、国家防雷技术标准规范三、雷电形成原因/防雷分类及分区理论四、直击雷、感应雷，外部、内部防雷装置五、产品介绍/工作原理及选型六、防雷产品维护和注意事项七、针对水泥工业系统的防雷技术分享二、国家防雷技术标准规范1、中华人民共和国国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057–20102、中华人民共和国国家标准《建筑物电子信息系统防雷设计规范》GB50343–20043、其他各行业规范建筑物防雷设计规范GB50057–2010（新版）建筑物防雷设计规范GB50057–2000（旧版）新、旧两个版本的防雷规范有8大改进：1、序语（前后表述及部分删减）2、修改了防直击雷措施3、雷击大地的年平均密度取值增大，计算公式简化，建筑雷击风险提高4、增加了跨步电压和接触电压的防护5、对电涌保护器提出了新的要求6、补充了采用不同金属材料作接地装置7、对具体条文，用词描述做了大量修改8、提出了强制性条款建筑物电子信息系统防雷设计规范GB50343–2004主要内容：1、雷电防护分区2、雷电防护分级3、防雷设计4、防雷施工和防雷装置要求5、施工质量验收要求6、防雷装置的维护与管理（没有修改）建筑物防雷设计规范《GB50057-94（2010）》建筑物电子信息系统防雷技术规范《GB50343-2004》SPD电源防雷器《IEC61643》SPD通讯网络防雷器《IEC61644》过电压保护器《VDE0675》新一代天气雷达站防雷技术规范《QX2-2000》气象信息系统雷击电脉充防护规范《QX3-2000》气象台（站）防雷技术规范《QX4-2000》等电位联接安全距离建筑物屏蔽接地地网引下线接闪器外部防护内部防护防雷保护装置(总则)浪涌保护器根据大量科学测试得知，地球本身就是一个电容器，通常大地带有50万库仑左右的负电荷，而地球上空存在一个带正电的电离层。两者之间便形成一个已充电的电容器。它们之间的电压为300KV左右，其场强为上正下负。一块雷雨云的气流结构示意图一、雷电形成原因/防雷分类及分区理论雷云的形成当含水蒸气的空气受到炽热的地面烘烤受热而上升，或冷暖空气相遇产生的气流，含水蒸气的气流上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹。水成物在地球静电场的作用下被极化，负电荷在上，正电荷在下。在重力作用下，落下的速度比云滴和冰晶（云粒子）要大，因此极化水成物在下落过程中要与云粒子发生碰撞，碰撞后一部分云粒子被水成物捕获，增大水成物的体积，另一部分未被捕获的被反弹回去，这些反弹回去的云粒子带走水成物前端的部分正电荷，而使水成物带上负电荷。晴天时地面电场强度为120V/M3全地球放电电流为1800A+++++++++++VV012345678H-4¢20¢24¢+++++++++++++++云体移动方向-20¢-8¢+15¢由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离（重力分离作用），如果遇到上升气流，云粒子不断上升，分离的作用更加明显。最后形成带正电的云粒子在云的上部，而带负电的水成物在云的下部，带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。当带电云层一经形成，就形成雷云空间电场。空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的，都是上正下负，因而加强了大气的电场强度，使大气中水成物的极化更厉害，在上升气流存在的情况下加剧重力分离作用，使得雷云很快形成。云的种类云的生成、宏观特征、量的多少、在天空中分布情况和演变，都能够显示出当时大气运动、稳定程度和水汽状况，也是预示未来天气演变的主要征兆之一。准确的观测分析云的宏观演变，描述天气实况，是研究天气变化规律的一个重要手段。云的特征千姿百态，根据形成云的上升气流的特点，云可分为对流云、层状云和波状云三大类。对流云包括淡积云、浓积云、秃积雨云、鬃积雨云、卷云；层状云包括：卷层云、高层云、雨层云和层云；波状云包括层积云、高积云、卷积云。根据云底的高度，云可分成高云、中云、低云三大云族。然后再按云的外形特征、结构和成因可将其划分为十属二十九类。高云：包括卷云、卷积云、卷层云，云底高度常在5000米以上，一般不下雨。中云：包括高层云、高积云两类，云底高度在2500~5000米之间。低云：包括积云、积雨云、层积云、层云、雨层云、碎雨云六类，云底高度常在2500米以下，大部分低云可能会下雨。雷电的形成雷电形成的三个条件：1）空气中必须有足够的水汽。2）有使潮湿水汽强烈持久上升的气流。3）有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象、地理条件。当潮湿水汽上升到高空，由于高空气温较低，产生凝结，在上升气流运动过程中逐渐增大形成小水滴。由于上升气流的不稳定，水滴在运动过程中相互磨擦、碰撞、分裂形成大小不等的水珠，大水珠带正电荷，小水珠带负电荷，小水珠容易被上升气流带到上层云层，大水珠则留在下层或降落到地面，这样便形成了电荷的分离过程。当带电荷云层积累到足够的电荷量时，由于气流变化，带正、负电荷的云层发生碰撞便产生闪电现象，形成雷电。电场极化理论：距离地面80KM以上的电离层具有一定的导电能力，它是带正电荷的，而大地是带负电荷的，从而形成比较稳定的大气电场。因此电离层和地这两个带电导体中间被不导电的大气所绝缘，形成一个电容器。使处于其中的任何导体上端带负电荷，下端带正电荷（云层也是如此）即发生极化。此外，近地大气中还常有一定量的离子，其中正离子较重不大活动，而负离子活动性较大。在大气电场的作用下，负离子向上运动，正离子向下运动形成上负下正离子层；另外，空气中水滴分裂后形成上负下正的带电云层，进一步被大气电场极化。这些云层电荷量逐渐积累增多，达到了足够的能量时，便产生闪电现象，形成雷电。通常把发生闪电的云称为雷雨云。其实有几种云都与闪电有关，如层积云、雨层云、积云、积雨云，最重要的则是积雨云，一般我们讲的雷雨云就是指积雨云。云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。其主要方式有：1、水汽含量不变，空气降温冷却。2、温度不变，增加水汽含量。3、既增加水汽含量，又降低温度。闪电的分类根据云层带电极性来定义雷电流的极性时：云层带正电荷对地放电称为正闪电。云层带负电荷对地放电称为负闪电。云层对地是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或者说云地间的电场强度。云地间放电形成的先导是从云层内的电荷中心伸向地面，这叫做向下先导。其最大电场强度出现在云体的下边缘或地上高耸的物体顶端。雷电先导也可能是从接地体向云层推进的向上先导。一次雷击大多数分成3至4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正闪电的电流比负闪电的电流大。雷电放电参数是防雷设计的重要依据。雷电放电参数包括：主放电通道波阻、雷电流波形、雷电流幅值、雷电流极性、重复放电次数及对地输送的电荷量等。正负极性云对地闪电电流波形图二次闪电三次闪电一次闪电负闪电电流正闪电电流kAkA0-10-20-30-408060402000204060801001201400200400600800100012001400μstμst建筑物防雷分类依据规范:GB50057-2010建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。第一类防雷建筑物：1凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人身伤亡者。2具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。3具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。第二类防雷建筑物：1国家级重点文物保护的建筑物。2国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑群、大型火车站和飞机场、国宾馆，国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。注：飞机场不含停放飞机的露天场所和跑道。3国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物。4国家特级和甲级大型体育馆。5制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。6具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。7具有2区或22区爆炸危险场所的建筑物。8有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。9预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。10预计雷击次数大于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。第三类防雷建筑物：1省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。2预计雷击次数大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。3预计雷击次数大于或等于0.05次/a且小于或等于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。4在平均雷暴日大于15d/a的地区，高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小平或等于15d/a的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。地区雷暴日等级划分:少雷区：年均雷暴日在20天及以下多雷区：年均雷暴日2040天高雷区：年均雷暴日4060天强雷区：年均雷暴日超过60天以上雷电防护分区依据规范:GB50343-2004准确了解本地区雷暴日天数，对于防雷方案设计和防雷器的选型能起到更好的作用。接闪器LPZ0ALPZ0ALPZ0ALPZ0ALPZ0BLPZ0BLPZ0BLPZ0BLPZ1LPZ2LPZN埋地线缆、管道接地装置LEMP-雷电电磁脉冲辐射IEC的防雷分区：LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2、LPZ3....IEC的防雷分区说明：LPZ0A──天空、没有避雷针保护的大楼外部、上面没有顶棚等覆盖物的地面，雷电可能会直接击中的的空间。如大楼顶部避雷针保护范围之外的空间。LPZ0B──没有避雷针保护的非屏蔽大楼内部、有避雷针保护的大楼天台受保护部分、避雷线下的电缆等等雷电不易直接击中的LEMP没有衰减空间。如大楼顶部避雷针保护范围之内的空间和没有屏蔽的大楼内部或有屏蔽大楼内部的窗口附近。LPZ1──雷电不易直接击中，但LEMP因屏蔽而衰减的空间。如上述屏蔽大楼内部（不包含窗口附近）。LPZ2──在LPZ1区内，再次屏蔽的空间。如上述屏蔽大楼的另外设立的屏蔽网络中心。LPZ3──在LPZ2区内，再次屏蔽的空间。如上述屏蔽网络中心内的机器金属外壳内部，或接地机柜内部。雷电防护区划分雷电防护分级建筑物电子信息系统的雷电防护等级应按防雷装置的拦截效率划分为：A、B、C、D四级。1、按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级。2、按建筑物电子信息系统所处环境进行雷击风险评估，确定雷电防护等级。1）当E＞0.98时定为A级2）当0.90＜E≤0.98时定为B级3）当0.80＜E≤0.90时定为C级4）当E≤0.80时定为D级电子信息系统---雷电防护等级A级1.大型计算中心、大型通信枢纽、国家金融中心、银行、机场、大型港口、火车枢纽站等。2.甲级安全防范系统，如国家文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。3.大型电子医疗设备、五星级宾馆。B级1.中型计算中心、中型通信枢纽、移动通信基站、大型体育场（馆）监控系统、证券中心。2.乙级安全防范系统，如省级文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。3.雷达站、微波站、高速公路监控和收费系统。4.中型电子医疗设备5.四星级宾馆。C级1.小型通信枢纽、电信局。2.大中型有线电视系统。3.三星级以下宾馆。D级除上述A、B、C级以外一般用途的电子信息设备雷电保护分级LPZ0区与LPZ1区交界处LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3区交界处直流电源标称放电电流（kA）第一级标称放电电流*（kA）第二级标称放电电流（kA）第三级标称放电电流（kA）第四级标称放电电流（kA）10/350μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μsA级≥20≥80≥40≥20≥1