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內部防雷系統

    構筑和作用于建筑物內部的防雷工程稱內部防雷工程。
    內部防雷工程主要有屏蔽、防雷器和等電位連接三部分組成。
    建筑物內部防雷工程涉及面較寬,面對的是包括感應雷、球雷、傳導雷或因線路上浪涌高電壓所造成電網波動在內的眾多損害,歸納起來危害最大的主要方面是高電壓引入。
    高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導到其他地方和室內造成破壞的雷害現象。高電壓引入的電源有三種:其一是直擊雷直接擊中金屬導線,讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內;第二種是來自感應雷的高電壓脈沖,即由于雷雨云對大地放電;或雷雨云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應,感生出幾KV到幾十KV至數百KV的地電位反擊,這種反擊會沿著電力系統的零線,保護接地線和各種形式的接地線,以波的形式傳入室內或傳播到更大的室內范圍,造成大面積的危害。

    雷擊電子設備的途徑和損壞機理

    雷擊電子設備的途徑,雷擊電子設備的途徑可分為三種情況:
(一)雷電直接擊中電子設備網絡物理線路
    落雷點為電源高電壓側,雷電沿供電線路侵入到電子設備系統供電部分,產生過電流與過電壓造成網絡供電系統的UPS電源損壞、斷電、致使整個系統癱瘓。  
雷電直擊網絡無線通信的天線,沿天饋進入網絡系統,造成通信接口、接收系統、室內單元、路由器等網絡主要通信設備損壞。  
    雷擊網絡通信有線線路(如光纜、DDN、幀中繼、X.25專線、電話線)產生強大的機械力,猛烈的沖擊波,熾熱的高溫使通信線路損壞;過電壓過電流沿通信有線線路侵入到網絡系統內,造成路由器、交換機及前端設備的損壞。

(二)感應過電壓
雷電擊中建筑物引起的過電壓情況 
1.  回路感應過電壓
    由于網絡系統在建筑物內大量布設各種導體線路(如電源線、數據通信線、天饋線),這些線路網絡結構布局錯綜復雜,在建筑物內部的不同空間位置上構成許多回路,當建筑物遭雷擊或鄰近地區雷電放電時,將在建筑物內部空間產生脈沖暫態磁場,這種快速變化的磁場交鏈這些回路后,將在回路中感應出暫態過電壓,危及與這回路相接的電子設備。  
2.線路感應過電壓
是網絡通信線路上感應過電壓,分靜電感應與電磁感應
1)  靜電感應主要是指架空線路設于雷擊點附近,由雷云團先導通道中充滿電荷,對架空線產生靜電感應作用累積大量相反電荷,當雷云主放電開始,雷云中電荷速中和,從而使架空線上原先被束縛的電荷被速釋放,形成暫態過電壓波。這種波以接近光速向架空線兩測傳播,侵入導線路端接的網絡設備將其損壞。  
2)  當雷電直接擊在避雷針、避雷帶上時,由于雷電流幅值大,波頭陡度高,在雷電流的通道附近形成一個很強的感應電磁場。這強大的感應電磁場將直接感應在電源  線或網絡通信設備上,形成感應過電壓侵入到網絡系統中,損壞網絡設備。高強度(30KA雷電流)雷電放電可以對距離雷擊點1KM范圍內網絡系統產生電磁感應作用,造成系統設備損壞。據統計,這種感應雷擊占計算機雷擊事故的70%以上。
3.  耦合與轉移過電壓
雷擊引起暫態高電壓或過電壓常常可以通過網絡線路耦合或轉移到網絡設備上,造成設備的損壞。

(三)雷擊地電位抬高入侵
浪涌對鄰近建筑物的危害
建筑物在遭受直接雷擊時,雷電流將沿建筑物防雷系統中各引下線和接地體入地,在此過程中,雷電流將在防雷系統中產生暫態高電壓,如果引下線與周圍網絡設備絕緣距離不夠且設備與避雷系統不共地,將在兩者之間出現很高的電壓,并會發生放電擊穿,導致網絡設備嚴重損壞,甚至人身安全。這種由于接地技術處理不當引起地電位的反擊,造成整個網絡系統設備全部擊毀。地電位暫態高電位危及到相鄰建筑物內網絡設備,如網絡系統建筑物沒有遭雷擊又無采取過電壓保護措施,附近建筑物遭雷擊后,暫態高電位將沿地下管道傳至網絡設備接地系統中對線路發生反擊,使得與這些線路相連接的設備受到暫態高電位的損害。  

    雷擊過電壓
    不管是雷電沖擊波或者是地電位反擊,都會在網絡、線路或設備上產生瞬時的雷擊過電壓。雷擊過電壓又分為縱向過電壓和橫向過電壓。
1、  縱向過電壓:
在平衡電路某點出現的對地的過電壓稱之為縱向過電壓。地電位上升起的電壓,可看做是從地系統侵入的縱向過電壓。
2、  橫向過電壓:
在平衡電路線與線之間,或不平衡電路的線對地之間出現的過電壓稱之為橫向過電壓。連接對稱平衡傳輸線路的設備由于線路中兩線分別對地的縱向過電壓不平衡,或因縱向防護元件動作時間的差異,都會導致橫向過電壓的產生。  連接同軸電纜系統的電子設備,縱向過電壓即為橫向過電壓。

    電子設備的損壞機理
    縱向沖擊對平衡電路中設備元部件的損壞有:損壞跨接在線與地之間的元部件或其絕緣介質;擊穿在線路和設備間起阻抗匹配作用的變壓器匝間、層間或線對地絕緣等。橫向沖擊則同信息一樣可在電路中傳輸,損壞內部電路的電容、電感及耐沖擊能力差的固體元件。
    設備中元部件遭受雷擊損壞的程度,取決于不同的絕緣水平及受沖擊的強度。對具有自行恢復能力的絕緣,擊穿只是暫時的,一旦沖擊消失,絕緣很快得到恢復,有些非自行恢復的絕緣介質,如果擊穿后只流過很小的電流,常不會立即中斷設備的運行,但隨時間的推移,元部件受潮其絕緣逐漸下降,電路特性變壞,最后將使電路中斷。
有的設備元部件如晶體管的集電極與發射極或發射極與基極,若發生反向擊穿就出現了永久性損壞,對易受能量損壞的元器件,受損壞程度主要取決于流過其上的電流及持續時間。

    雷擊電磁脈沖防護措施  
(1)  大樓通過建筑物主鋼筋,上端與接閃器,下端與地網連接,中間與各層均壓網或環形均壓帶連接,對進入建筑物的各種金屬管線實施均壓等電位連接,具有特殊要求的各種不同地線進行等電位處理。
(2)對計算機通信網絡系統在建筑物樓內的布線和接地方式要求:通信電纜以及地線的布放應盡量集中在建筑物的中部。通信電纜線槽以及地線線槽的布放應盡量避免緊靠建筑物立柱或橫梁,并與之保持較長的距離,通信電纜線槽以及地線線槽的設計應盡可能位于距離建筑物立柱或橫梁較遠的位置。
(3)根據雷電保護區的劃分要求,建筑物大樓外部是直接雷擊區域;建筑物內部及計算機房所處的位置為非暴露區,越往內部,危險程度越低。雷電過電壓對內部電子設備的損害主要是沿線路引入。保護區的界面由外部的防雷系統、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構成的屏敝層形成。電氣通道以及金屬管等金屬構件,穿過各級雷電保護區時必須在每一穿過點做等電位連接。
(4)進入建筑物大樓的電源線和通訊線應在LPZ0與LPZ1、  LPZ1與LPZ2區交界處、以及終端設備的前端,根據IEC1312--雷電電磁脈沖防護標準,安裝上電源類SPD,以及通訊網絡類SPD(瞬態過電壓保護器)。SPD是用以防護電子設備因受雷電閃擊及其它干擾造成傳導電涌過電壓危害的有效手段。

對于固定式SPD,常規安裝應遵循下述步驟
1)確定放電電流路徑
2)標記在設備終端引起的額外電壓降的導線。
3)為避免不必要的感應回路,應標記每一設備的  PE導體。
4)設備與SPD之間建立等電位連接。
5)要進行多級SPD的能量協調
為了限制安裝后的保護部分和不受保護的設備部分之間感應耦合,需進行一定測量。通過感應源與犧牲電路的分離、回路角度的選擇和閉合回路區域的限制能降低互感。  當載流分量導線是閉合回路的一部分時,由于此導線接近電路而使回路和感應電壓而減少。  一般來說,將被保護導線和沒被保護的導線分開比較好,而且,應該與接地線分開。同時,為了避免動力電纜和通信電纜之間的瞬態正交耦合,應該進行必要的測量。

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