建筑物電源線路雷電波侵入防護(hù)
任何雷電防護(hù)理論都是在一定的物理?xiàng)l件下成立，科技的發(fā)展正在改變著我們身邊的物理?xiàng)l件，使防雷理論的發(fā)展可分為機(jī)械時(shí)代、電氣時(shí)代和電子信息時(shí)代三大時(shí)期。雷害問題從過去的以直擊雷的形式擊毀地上的人和物為主發(fā)展成為以通過金屬線傳輸?shù)睦纂姴橹鳎黄浞览追椒ㄓ珊唵蔚谋芾揍槨⒈芾讕Х雷o(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)椋粒模拢樱牵蟹椒ā?br />
雷電波侵入是指直擊雷或感應(yīng)雷從輸電線、通信電纜、無線電天線等金屬的引入線引入建筑物內(nèi)，發(fā)生閃擊而造成的雷擊事故。這種事故的發(fā)生率很高，而且往往事故嚴(yán)重。
美國能源部系統(tǒng)在１９９０～１９９８年期間由于雷電引起事故高達(dá)４６１起，其中電源線路過電壓造成的物理性裝備損失約占８０％左右，計(jì)算機(jī)安全部門在１９９８年內(nèi)，雷電波侵入使１０萬臺計(jì)算機(jī)受損，價(jià)值１．２億美元；１９９６年６月６日，重慶市農(nóng)業(yè)銀行大廈的
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因雷擊損失１０７萬元，其下屬的信托證券公司證券部通信網(wǎng)絡(luò)中斷數(shù)小時(shí)，引起股民恐慌；１９９９年８月２０日，萬盛電信局遭雷擊，由于雷電波侵入造成該區(qū)電信設(shè)備損壞，９５％以上電話（１．１萬余門）中斷信號，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)２５０萬元；２０００年８月１１日，石坪橋衛(wèi)星發(fā)送臺遭雷擊，致使全市９５％尋呼臺陷入癱瘓；２００２年３月１２日和５月２３日，渝北區(qū)雙鳳加油站兩次遭雷擊，均是雷電波從電源線引入造成加油機(jī)被雷擊壞：因此，研究雷電波侵入及防護(hù)非常有必要。
１雷電波侵入及危害
１．１雷電波侵入的方式
雷電波侵入的方式通常有三種：其一是直擊雷擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電波以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)；第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，他們在各種電線中感應(yīng)出幾ｋＶ到幾十ｋＶ的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的；第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時(shí)，在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這高電位通過電力線的零線、保安接地線和通信系統(tǒng)的地線，也是以波的形式傳入室內(nèi)，并沿著導(dǎo)線傳播到別處，殃及更大范圍。其示意圖如圖１、圖２所示。
１．２雷電波侵入的危害
１．２．１直擊雷（雷電直擊）的雷電波侵入危害
所謂直擊雷，是指雷電直接擊中了架空電線或埋地電纜，雷電流以１／２０～１／２的光速以波的形式向線路兩端移動，對電力設(shè)備及用電設(shè)施構(gòu)成危害。雷擊時(shí)電流高達(dá)幾十千安，最高達(dá)２００～３００ｋＡ，一般在２０～４０ｋＡ，其時(shí)間甚短，一般僅為１０～１００μｓ。
雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓：
ＵＳ≈１００Ｉ
ＵＳ：雷擊點(diǎn)過電壓最大值；
Ｉ：雷電流幅值。
實(shí)踐證明，在埋有電纜的地方，沿電纜埋設(shè)的線路落雷率要比其他地方落雷率高，在土壤電阻率高的地方尤其明顯，這是由于在土壤中埋下一條電纜就相當(dāng)于土壤中有一條土壤電阻率特別低的帶，即在土壤電阻率高的地方，如果中間存在一塊低土壤電阻率的地區(qū)，該地區(qū)受雷擊率特別高，這便是雷電直擊電纜的原因。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，雷電直擊點(diǎn)的地面會出現(xiàn)大的孔洞，洞深可直達(dá)電纜。
１．２．２雷電反擊
當(dāng)雷電擊中電纜附近大地時(shí)，落雷點(diǎn)的電位顯著升高，而電纜延伸至很遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)端電位可視為零，所以雷擊點(diǎn)附近的電纜電位也幾乎為零，這樣一來，落雷點(diǎn)與電纜之間便出現(xiàn)極大的電位差。如果這一電位差超過了雷擊點(diǎn)與電纜間的土壤耐壓強(qiáng)度所無法承受的程度時(shí)，便擊穿土壤，形成了從雷擊點(diǎn)到電纜的電弧通道，大量雷電流涌向電纜。這種雷擊，損害程度與雷電直擊電纜相當(dāng)，同樣會造成電纜嚴(yán)重破壞。
１．２．３感應(yīng)過電壓的雷電波侵入危害
（１）架空線路的雷電感應(yīng)過電壓
雷云在起電、移動和先導(dǎo)放電的過程中，對架空線會產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使之產(chǎn)生異號靜電位，一旦雷云對地放電導(dǎo)線中的束縛電荷成為自由電荷，以沖擊波的形式對稱地向線路兩端移動，電荷移動所形成的電流（Ｉ）乘以導(dǎo)線的波阻（Ｚ），即為雷電感應(yīng)電壓。
架空線路（無屏蔽）雷電感應(yīng)過電壓幅值，可用下列公式表示：
Ｕｇ＝２５
式中：Ｕｇ為感應(yīng)過電壓幅值；
Ｉ為雷電流幅值；
ｈｄ為導(dǎo)線距地高度；
Ｓ為雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線垂直距離。
根據(jù)南非郵電部Ｃ·Ｆ博伊斯《電信系統(tǒng)的保護(hù)》論文資料可知，即使雷云沒有放電，僅在雷云起電和移動過程中，也能在絕緣良好的短電話線路上產(chǎn)生１０～２０ｋＶ的感應(yīng)過電壓。產(chǎn)生相距大約為２５～３０００ｍ的對地雷擊，一般將在架空電話線路中感應(yīng)出高于１０００Ｖ的過電壓，這必將產(chǎn)生相當(dāng)大的危害；
（２）地下電纜的雷電感應(yīng)過電壓
除了直接向電纜流入雷電流以外；由于云間放電，通過電磁感應(yīng)，也能在電纜上誘發(fā)感應(yīng)電壓和電流。如果放電通道與電纜線路相平行，由于電磁感應(yīng)，將使電纜的導(dǎo)體產(chǎn)生一定的縱向電動勢，并隨之流過一定的電流。實(shí)際上電纜上的過電壓沖擊，絕大多數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的。但因其能量一般較小、電壓低、電流弱，通常很少對電纜本身造成危害，只能對電纜相連接端機(jī)或增音機(jī)構(gòu)成危害。
地下電纜的雷電感應(yīng)過電壓與雷擊點(diǎn)入地雷電流幅值、雷擊土壤電阻率，電纜與雷擊點(diǎn)的距離、電纜掩埋深度、電纜屏蔽及其接地狀況等因素有關(guān)。感應(yīng)過電壓分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩部分，對于輸電線路來講，其過電壓以靜電感應(yīng)為主。國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表明，若有５ｋＡ雷電流流入接地網(wǎng)，在其附近５～１０ｍ遠(yuǎn)的無屏蔽電纜上將感應(yīng)５～７．５ｋＶ的過電壓。但電纜有金屬護(hù)套，并且兩端做良好接地，則感應(yīng)過電壓幅值將在２５０～７５０Ｖ之間。
２雷電波侵入防護(hù)
２．１電源線路進(jìn)線方式
電源線路進(jìn)入建筑物通常有兩種方式：架空線路或埋地引入。為了防止或減少雷電波的侵入，室外電源線路宜全線埋地敷設(shè)或距建筑物１５ｍ處采用鎧裝電纜段或無鎧裝電纜穿鋼管埋地引入，進(jìn)入建筑物內(nèi)總配電箱或電源配電柜，然后分線進(jìn)入用戶。
２．２電源線路的接地與等電位連接
電源供電系統(tǒng)通常采用ＴＮ－Ｃ－Ｓ系統(tǒng)，在電源進(jìn)線點(diǎn)進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)（ＭＥＢ）。另外，電纜外導(dǎo)體對內(nèi)導(dǎo)體有靜電屏蔽作用，電纜的外導(dǎo)體同內(nèi)導(dǎo)體形成電容很容易將芯線上高頻性質(zhì)的感應(yīng)電荷泄放入地，可一定程度限制較低的感應(yīng)雷電波侵入。這就要求將電纜金屬外皮、鋼管等在進(jìn)出建筑物處同電氣設(shè)備的接地極相連。這種方式將極大減少高電位引入的威脅。在電纜進(jìn)用出戶處將電纜外皮及保護(hù)鋼管與電氣設(shè)備接地極連接，在轉(zhuǎn)換處應(yīng)裝設(shè)低壓配電線路適用的避雷器，另要將避雷器、電纜金屬外皮、絕緣子鐵腳、金具連在一起接地。
建筑物防直擊雷接地極同電氣接地極共同泄放直擊雷電流時(shí)，會出現(xiàn)接地極上雷電流經(jīng)電阻耦合的高電位引入情況，這就需要在線路進(jìn)戶處必須裝設(shè)一組避雷器，將高電位鉗制在安全值。對保護(hù)耐壓較低的家電產(chǎn)品而言，有必要在分配電箱處加裝避雷器作為二級防護(hù)，以便逐級泄放雷電能量，逐步降低所鉗制的雷電壓值。對于信息系統(tǒng)重要性，有必要采取電源三級防雷。
３結(jié)論
在雷雨季節(jié)，城市或農(nóng)村低壓供電線路是產(chǎn)生雷擊事故最多的，也是防雷最薄弱的環(huán)節(jié)，最被人們所忽略的角落，因此要求住戶加裝防雷保護(hù)器是非常必要的。
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