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电涌过电压的危害及其防护

 作者:矫学才 来源:不详 时间:2006-5-15

 
 

a. 电力大负荷的投入和切除(电梯、大功率空调机、冷冻机、等);
b. 感性负荷的投入和切除(电机、继电器的线圈、带负荷垫板变压器);
c. 功率因素补偿电容器的投入和切除;
d. 短路故障等。
内部过电压虽然没有外部过电压的危害大,但是,由于它长年作用于计算机系统,容易造成元器件的老化,减少设备的使用寿命和正常使用。
1.3 核致电磁脉冲(NEMP)
2 过电压对电子设备的危害例证

例1:1994年7月7日下午3时57分,湖南省沅陵县麻溪铺镇政府办公大楼顶的卫星接收天线受雷击246台电视机无一幸免,直接经济损失达30万元。

例2:1992年6月20日20时05分,中国气象局气象中心大楼落雷,避雷装置和建筑物完好,但大楼大型计算机小型计算机网络中断,6条北京同步线和1条国际同步线路被击断,计算机系统中断46小时,不仅经济损失数十万元,次日中央电视台气象预报成为空白,影响非常巨大。
例3:武昌水果湖地区是湖北省委、省人民政府及各厅局所在地,其周边地区为国务院批准的东湖高新技术开发区,该地区湖泊与山丘交替,雷暴日比周边其它地区多。特别是高新企业的建立,楼房增多,房屋顶上金属物体较多,特别是计算机网络与现代化通信设施的飞速发展,使雷电事故发生率明显提高。两三年的时间遭直击雷的损害达二十多次,造成电话总机、通信设备、计算机网络等的巨大损失,有时一周都不能工作。

九十年代初,在省政府的重视下,在该地区完成了第一期防雷工程,分别在省劳动厅(7层)、省档案馆(14层)、省物价局(6层)房顶上加装防雷接闪设备,效果较好。但由于当时没有考虑防感应雷,没有过电压保护措施,致使该地区雷击事故时有发生。省政府大院的微波通信和电话总机,国防工办电话总机多次遭到了雷击,而附近的中科院物理所等单位的计算机网络与通信设备上装设了各类避雷过压保护器,未发生事故。
与水果湖区相邻的卓刀泉地区,也是雷击事故多发区。在此的湖北省口腔医院电话总机、772所供电系统、省气象局计算机网络接口多次遭雷击,经调查,并不是因遭直击雷所致,皆因未采取防感应雷措施。而这些单位之间的武汉信联证券公司在屋顶上铁塔上装设一套避雷针,在信号、配电等设施上分别安装了电源、天馈信号避雷器,对地网进行了全面改造,在周围多处遭雷击的情况下,公司未因雷击受到损失。

3 计算机和电子设备的过电压防护
对于过电压引起的危害,以引起了发达国家的重视,美国、法国、德国、英国等国都有相关的防过电压的标准和规定,如德国的VDE 0675《过电压防雷保护器》。国际电工委员会制订的相关标准有:《雷电电磁脉冲的防护》(IEC1312—1,2,3—94,95,96)、《低压电力配电系统的电涌保护器》(IEC1643-1)。

基于过电压的危害,及防过电压产品取得的良好效果,我国正在着手制定相关的规范,如通信部门的《通信局雷电过电压保护设计规范(送审稿)》。我国许多相关现行规范中也提到了过电压防护。如:《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(文说明)中指出:“关于电子元件的过电压保护分三部分,即220/380V、信息线路、有电子元件的设备本身…,在装置附近的供电设备是否装设过电压保护器,应根据设备的重要性,由信息线路设计者一起解决,或由设备的使用者解决或由设备的制造者提供”。从此规范中可以看出,建筑电气设计者们早就对过电压问题引起了重视,只是不便于干预其它行业,而强行要求装设过电压保护器。

随着智能大厦的推广应用,电视、电话、计算机及网络的普及,迫切需要过电压防护跟上发展形势。

3.1 降低入侵感应电压幅值
这是基本的方法,具体做法是不用架空线,采用屏蔽良好的电缆并将屏蔽层和备用芯线两端接地,正确选择布线路径,尽可能直接埋地敷设,并在电缆上方埋设避雷线。但若单靠改善线路结构达到避雷的目的在经济上很难办到,特别是在雷电活动强烈的地区,即使全线采用同轴电缆,感应电压也达100多伏甚至上千伏,所以还必须在线路两端设备处设过电压保护装
置。

3.2 保护装置
安装过压保护装置是为了达到两个目的:不产生误动作和原件不遭损坏;另一种是不影响仪器设备的工作性能。

3.3 现代防雷
富兰克林美国科学家(1706-1790),放风筝发明了避雷针。从富兰克林发明避雷针到现在,科学技术发生了巨大变化,为适应高科技的现状,要采用现代防雷技术。现代防雷的技术原则强调全方位防护,综合治理,层层设防,把防雷看做是一个系统工程,这是由于雷电的危害无孔不入,在整个空间范围侵袭微电子设备,很难防范。
现代综合防雷技术“BCDGS”:

B:“等电位联接”(Bonding),其目的是防止强大雷电流流过之处立即升高至很高的电位,与周围金属物和设备之间出现很大的电位差,造成旁侧闪络放电。同时可消除因地电位骤然升高而产生“反击”的现象。消除因电位差引起的人身事故。
等电位联结:随着我国电气行业日新月异的 变化,我国许多新修订的规范、标准正逐步同IEC(国际电工委员会)接轨。等电位联接是“使各外露可导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的电气联接”,分为总等电位联接、局部等电位联接、辅助等电位联接。总等电位联接就是在建筑物每一电源进线处及进出建筑物的金属管道、金属结构构件等连成一体一般有总等电位联结端子板,并与其它等电位联结端子板放射连接。等电位联接能够降低接触电压,防二次雷击,防间接接触电击及接地故障引起的爆炸和火灾,在电气设计中,等电位联接是一种行之有效的安全措施,早已为国际上许多国家所采用,这项内容在王厚余老先生的极力倡导和推荐下,被写进了我国的设计规范《低压配电设计规范》(GB50054—95),并于1996年6月1日实施。为了使这一内容在工程中得到更好的推广,1997年,航空设计院的徐华等人在王厚余、刘屏周的具体指导下,编制了《等电位联接安装》(97SD567)标准图。
等电位联接示意图见图3。

C:传导(Conducting),作用是把闪电的巨大能量引导到大地中耗散掉。只能拦截建筑物上空的闪电,对于远处落雷产生的过电压波沿各种导线的入侵无能为力。避雷针引导闪电入地的导线流有巨大的电流,会产生感应电磁场,也可能损坏设备,所以必须与其它防雷措施配合。
D:分流(Dviding),从室外来的导线(电源线、电话线、信号线)都要并联一种 避雷器至接地线。把循导线传入的过电压波

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