防雷接地的介紹與應用

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摘要：隨著高層建筑的不斷涌現和電子信息系統(tǒng)的廣泛應用，雷電災害也日益成為人們日常生活中的重要危害之一。每年夏季，全國各地都會發(fā)生雷擊災害事故，諸如電子信息系統(tǒng)遭到破壞、通訊中斷、建筑物被毀、甚至危急人的生命安全，因此造成不可估量的經濟損失。在此，僅從雷電的形成、雷擊災害的形成以及如何防御雷擊災害等方面作如下簡析，用以提醒人們不可小視雷電危害，利用科學知識防御雷擊災害，將雷擊災害的損失降到最低限度。   

隨著科技的發(fā)展，我國的高速公路也在不斷增加，自然而然高速公路的機電系統(tǒng)也相應的增加了，那么，對于這些機電系統(tǒng)來說，做好防雷接地的措施已是當務之急。本文從什么是防雷接地，防雷接地技術的要求，以及綜合防雷接地的辦法這三方面來對高速公路機電系統(tǒng)的防雷接地技術進行研究的。 關鍵詞：高速公路；機電系統(tǒng)；防雷接地技術     1雷電的形成        雷電是云內、云與云之間或云與大地之間的放電現象。夏季的午后，由于太陽輻射的作用，近地層空氣溫度升高，密度降低，產生上升運動，在上升過程中水汽不斷冷卻凝結成小水滴或冰晶粒子，形成云團，而上層空氣密度相對較大，產生下沉運動，這樣的上下運動形成對流。在對流過程中，云中的小水滴和冰晶粒子發(fā)生碰撞，吸附空氣中游離的正離子或負離子，這樣水滴和冰晶就分別帶有正電荷和負電荷，一般情況下，正電荷在云的上層，負電荷在云的底層，這些正負電荷聚集到一定的量，就會產生電位差，當電位差達到一定程度，就會發(fā)生猛烈的放電現象，這就是雷電的形成過程。雷電電荷在放電過程中，產生很強的雷電電流，雷電電流將空氣擊穿，形成一個放電通道，出現的火光就是閃電。在放電通道中空氣突然加熱，體積膨脹形成爆炸的沖擊波產生的聲音就是雷聲。      2 雷擊災害的形成         云內和云與云之間的放電，叫云間閃電或云閃，云與大地之間的放電，叫云地閃電或地閃。云閃因其不能到達地面，一般不會對人類活動造成影響，對人類活動造成影響的主要是地閃。地閃發(fā)生時，產生的雷電流從云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即雷擊災害。當雷電流從云中泄放到大地時，直接打在建筑物、構筑物及人畜身上，產生電效應、熱效應和機械力，造成毀壞和傷亡，稱之為“直擊雷”；當雷電流從云中泄放到大地時，在其泄放通道周圍產生電磁感應向外傳播或直接通過導體傳導，導致在影響范圍內的金屬部件、電子元件和電氣裝置，受到電磁脈沖的干擾而毀壞，稱之為“雷擊電磁脈沖”。我國是雷擊災害多發(fā)地區(qū)，每年都會因雷擊災害造成眾多的人員傷亡和巨大的經濟損失，因此做好防雷減災工作，將雷擊災害降低到最低限  3  雷電的危害種類    根據雷電產生和危害特點的不同，雷電危害可以分為直擊雷、雷電感應、雷電波侵入以及比較少見的球形雷等。 直擊雷：當雷電直接擊在建筑物上，強大的雷電流使建（構）筑物水份受熱汽化膨脹， 從而產生很大的機械力，導致建筑物燃燒或爆炸。另外，當雷電擊中接閃器，電流沿引下線向大地瀉放時，這時對地電位升高，有可能向臨近的物體跳擊，稱為雷電“反擊”，從而造成火災或人身傷亡。 雷電感應：雷電感應又稱感應雷，它又分為靜電感應和電磁感應。靜電感應是雷云接近地面時，在地面凸出物的頂部感應出大量異性電荷，在雷云與其他部位或其他雷云放電后，凸出物頂部電荷失去束縛，并以雷電波的形式高速傳播而形成的。電磁感應是發(fā)生雷擊后，雷電流在周圍空間產生的迅速變化的強磁場在附近金屬導體上感應出很高的電壓形成的。 雷電波侵入：由于雷擊，在架空線路或空中金屬管道上產生的沖擊電壓沿線路或管道的兩方向迅速傳播的雷電波稱為雷電波入侵。其傳播速度為300 m／μs(在電纜中為150 m／μs)。 球形雷：多在強雷暴雨時閃電最頻繁的時候出現。球雷火球可輻射出大量的熱能，因此它的燒傷力比破壞力要大。         4、什么是防雷接地 （一）工作接地 工作接地是供電系統(tǒng)用變壓器的中性點直接與地面相接，無論是在工作還是事故的情況下，都能對電器設備的可靠運行進行保證，使人體接觸得電降低，迅速切除故障設備或線路，從而使電器設備和輸電線路的絕緣水平降低。 （二）保護接地 保護接地是電器設備在正常工作的條件下，對于不帶電的金屬部分和接地體之間要做好金屬連接。在中性點不接地系統(tǒng)中，如果沒有對電氣設備采取保護接地措施，那么，一旦該設備某處出現絕緣損壞，外殼就會帶電，同時由于線路與大地間有電容存在，人體碰到此絕緣損壞電器設備外殼，電流就會流入人體，從而形成通路，人因此會受到觸電的危險。相反，如果裝有接地裝置以后，接地電流就會同時沿著接地體和人體兩條通路流過，流過人體的電流和接地的電阻大小成正比，當接地電阻極其小時，流經人體的電流對人體的生命安全就不會構成威脅，人體就避免了觸電的危險。 （三）重復接地 重復接地是將零線上的多點與大地多次進行金屬性連接。當中型點直接接地系統(tǒng)中發(fā)生碰殼或接地短路時，可使對地電壓降低；即使零線發(fā)生斷裂，故障的危害程度也不會太大。 （四）直流工作接地 直流工作接地是包括計算機在內的一切微，大部分采用的是中、大規(guī)模集成電路，在較低的直流電壓下進行工作，為讓同一系統(tǒng)的計算機、微電子設備的工作電路具有相同的電位參考點，把所有設備的零電位點接于一個接地裝置中，可以使電路的電位穩(wěn)定，對外來干擾起到了妨礙作用。同一系統(tǒng)的設備接于同一接地裝置以后，不管是模擬量還是數字量，在進行交換或者通信時，都有統(tǒng)一的電位參考點，這樣，就能給接于同一接地裝置的計算機或者微電子設備，提供一個穩(wěn)定的工作電位，從而對各種電磁干擾有效地進行減少甚至消除，進一步對數據處理或信號傳遞準確無誤進行保證。 （五）防雷接地 防雷接地是為了使雷電浪涌電流并導入大地，從而避免了被保護物遭受直擊雷或感應雷等浪涌過電壓、過電流的危害，對高速公路上的所有建筑物、電器設備、線路以及網絡等不帶電金屬部分，以及一切水、氣管道等都和防雷接地裝置進行了金屬性連接。防雷接地裝置具體包括避雷針、帶、線、網、接地引下線、接地引入線、接地匯集線、接地體等等。 5、防雷接地技術的要求 防雷技術的一個重要環(huán)節(jié)就是接地，無論是直擊雷或者是感應雷，最終都能把雷電引入大地。一個良好的接地系統(tǒng)是人身安全、設備安全以及系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保障。接地根據其作用和要求，可分為防雷接地、工作接地、保護接地、直流工作接地以及重復接地五大類。因為大規(guī)模集成電路的廣泛應用，對于各濾波器來說，它的分辨率和現代電子技術的要求相適應了，對共地時的信號“互擾”的問題進行了解決，這樣，聯合接地就有了先決條件，所以，共地技術得到了迅速的推廣以及廣泛的應用。把收費站，應將收費車道、監(jiān)控機房、配電房這些地點的地網連成一個整體，相互間以4×40mm扁鋼帶為紐帶，進行不少于兩處的連接，實現地網均壓等電位，對地電位反擊進行了有效防止。這樣就可消除建筑物內所有設備之間存在的危險的電位差，此外還減少了建筑物內部磁場的強度。收費車道、監(jiān)控機房、配電房接地系統(tǒng)必須要盡可能的采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地物統(tǒng)一連接起來，并以此作為地網，盡量要用自然接地物作為基礎，以人工接地體進行補充，在外形方面，要盡可能的采用閉合的方式。這樣采用了等電位連接之后，不但提高了建筑物及其內部的設備的避雷能力，而且，因為采用的是等電位連接，所以，可以放寬對建筑物接地電阻的要求，大大減少了建設設計的投資成本，并且使施工難度也大大降低。 6、綜合防雷接地的辦法 防雷作為一項系統(tǒng)的工程，主要包括防止直接的雷擊和抑制雷電電磁脈沖干擾等各種傳輸形式造成的危害等。高速公路機電系統(tǒng)采用的是攔截、屏蔽、光電隔離、均壓、分流和聯合接地等綜合防雷措施。 1、對于攔截方面的設計，具體包括收費亭、收費站機房、收費中心機房要按照《建筑物防雷設計規(guī)范》的要求進行設計以及安裝避雷裝置，其中，攔截閃電的是均勻分布的接閃器和引下線，對雷電流進行均勻地分流入地。對于外場設備的攝像機來說，它必須要安裝防直擊雷的避雷針，并且在外場的設備機箱設置性能較好的接地系統(tǒng)。 2、信號傳輸線的屏蔽 （1）電纜最外層的鎧裝保護套要多設計點可靠接地； （2）電纜的轉移阻抗以及絕緣層介質的絕緣強度決定了電纜屏蔽的效果好壞，所以，選用的電纜要具備較小的轉移阻抗。 3、光電隔離 在投資允許的條件下，要盡可能選用光設備。 4、均壓 均壓就是對導體進行良好的導電性連接，從而讓它們達到電位相等的條件，提供低阻抗的連續(xù)通道給雷電流，使其得以快速的導入大地。 5、分流 造成機電系統(tǒng)電子設備損壞的主要原因之一就是雷電感應過電壓。為對雷電過電壓波的侵害進行有效地防止，機電系統(tǒng)還必須把避雷器裝置在電纜和終端設備輸入端的連接處。 6.聯合接地 在條件允許的情況下，對建筑物和機電系統(tǒng)或機電系統(tǒng)不同的子系統(tǒng)之間最好能夠采取聯合接地方式進行連接。并且在建筑物和機電系統(tǒng)之間采用聯合接地的時候要以自然接地體為主，輔之以其它接地方式。當然，對于自然接地體來說，它必須要同時滿足三個條件，也就是（1）接地電阻滿足規(guī)定值的要求；（2）基礎外表面應該不存在絕緣防水層；（3）基礎內鋼筋要相互連接成電氣通路，并形成閉合環(huán)，這樣之后就不再對它設置人工接地體。采用此方法采，就形成了一個電阻極小、引下線阻抗極小以及平面的等電位自然防雷網絡框架。 結語： 總之，高速公路的機電系統(tǒng)防雷接地的問題是十分復雜的，它的涉及面也比較廣，那么，在以后的機電工程中，為了把雷擊造成的損失降到最小，要盡可能得采取聯合接地的方法，另外，還應該加強對避雷器的使用。