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国内外雷电防护技术标准发展分析

来源:机房360 作者:关象石丁海芳 更新时间:2010-4-21 19:43:26

摘要:本文通过对国内外雷电防护技术标准进行归纳和分析,获得了一点认识:防雷标准是建立在人类通过长期观察和试验逐步加深对雷电认识的基础上,并且随着科学技术的进步、随着对雷电灾害新形式的研究和对应的防护方法研究而深化和完善着。

  
  2)接地电阻的要求
  
  在理论上一直认为接地电阻值越低防雷效果越好,这是因为可以防止高电位反击和跨步电压危害。在GB50057中对一、二、三类防雷建筑物规定冲击接地电阻值分别为10Ω、10Ω和30Ω。而在另一些标准中则更低,甚至提出1Ω乃至0.1Ω的近于?w刻要求,这样在一些土壤电阻率较高的地区为达到此低值需花费几十万到百万元的代价。1996年12月厦门会议上林维勇老师提出,今后对GB50057进行修订时,可能会取消接地电阻值的要求,这是因为就防直击雷而言接地装置的形状和尺寸(长度)比接地电阻的具体数值更为重要。为了防高电位反击可以采取等电位连接,为了防跨步电压危害可以在人行走的地方对接地装置采取局部绝缘。IEC62305-3中提出两种接地类型,A型为单独的水平或垂直接地体,每一接地体有一长度要求,其长度与土壤电阻率有关(针对第Ⅰ、Ⅱ类防雷建筑物,而第Ⅲ、Ⅳ则无要求),与埋设方法(水平或垂直)有关,只有在土壤电阻率较低的地区,接地电阻很容易达到10Ω时才不对接地体长度做要求。B型为建筑物基础钢筋或围绕建筑物的环型人工接地体,其所包覆面积的等效半径(R=A/π)对第Ⅰ、Ⅱ类防雷建筑物而言应不小于由土壤电阻率查算出的接地长度要求,对第Ⅲ、Ⅳ类防雷建筑物则无要求。IEC标准指出,B型特别适用于土壤为裸露出固体岩石地面的接地设计,B型无接地电阻要求。当然,采用共用接地系统后还会有防静电接地、电气安全接地(保护地)和直流工作地的接地电阻值要求,此时只要达到电击防护要求值(一般为4~5Ω)也就足够了。
  
  近两年,某防雷生产厂商一直努力将其接地模块产品编为国家标准,最近形成了一个“复合接地体技术条件”的标准征求意见稿。两年前一次会上笔者便指出,《中华人民共和国标准化法》规定:“对需要在全国范围内统一的技术要求,应当制定国家标准”,这种接地模块在任何工程技术标准中没有要求,且其宣称的功能与实测不符(林维勇老师亲自进行了测试,并将测试结果以论文形式公布),根本不具备制定国家标准的基本条件,也是一种商业炒作。
  
  3)法拉弟笼的应用
  
  从独立避雷针式的接闪器发明以后,其他类型的接闪器也一直在研究中。富兰克林曾建议在建筑物上装设“沿屋脊的中间线”,1876年马克斯威尔又提出在建筑物上使用水平接闪器(避雷带)或法拉弟笼的设想,这一设想随着现代建筑大量使用钢材而得到实现。
  
  现代建筑很多是钢筋水泥或金属框架结构,因此可将女儿墙内钢筋引出围屋面敷一圈避雷带接闪,利用柱子的钢材做为引下线和利用基础钢筋为接地装置。同时纵横布设的钢筋把建筑物构成了一个铁笼子,即法拉弟笼,能对空间传导的雷电磁场进行初级屏蔽。采用法拉弟笼做为外部防雷装置后,无需专门再设置接闪器、引下线和接地体,不仅节约了费用,且安全可靠和美观实用。
  
  2.电力、电信系统的雷电防护
  
  1853年莫尔斯的有线电信实现了实用化,最初使用二根传输线,一去一返实现回路。以后利用设备接地以大地做回路,只需架设一根电线,这一接地的性质属于功能性接地。1876年贝尔电话研究成功后,电话架空线网立即在广阔的区域上架设起来。这些架空线常常遭到雷击,有时线路附近的直击雷也会感应到电话线上,并危及到用户的电话和电话局的设备。1882年在纽约首次实现了配供电,之后架空线路的雷电直击和雷电感应也造成了供电线路和电气设备的损坏。因此电力和电信系统的防直击雷和雷电感应过电压的研究一直在发展中。在全球范围内国际大电网会议(CIRGE)和国际电信联盟(ITU)一直在研究和制定防雷标准。国内电力行业标准(DL)和通信行业标准(YD)发布行业防雷标准,并起到积极的作用。
  
  但是,由于受前苏联电气规程的影响,有些标准重系统运行的安全,而对用户端设备的安全(人身和财产安全)不甚重视,以致造成了不少的用户端事故。这些均有待于与国际标准接轨中逐步解决。
  
  3.电子和电气系统的雷电防护
  
  IEC62305-4对电子系统的定义是:装有敏感电子部件如信息技术设备、控制和仪表系统、无线电系统和大功率电子装置等。对电气系统定义为:装有低压供电和可能也有电子部件的系统。IEC62305-4中用电子系统和电气系统取代了IEC61312-1中的“信息系统”。
  
  1973年美国人首次将一万个电子元件集成在1Cm2的芯片上,代表着人类文明进步由电子时代跨进了信息时代。信息技术设备(含计算机、数据传输和现代办公设备等)的关键便是采用集成电路替代了电子管,因此容量更大、速度更快和小型化。但是设备对电涌(过电压和过电流)的耐受水平却大大降低了。实验证明集成电路的耐受水平为10-6~10-8J(焦耳),比电子管的耐受水平10-1~10J低了7个数量级。因此防雷击电磁脉冲被提到重要位置,IEC61312-1:1995中称“鉴于各种类型的电子系统,包括计算机、电信设备、控制设备等的应用不断增加,使本标准的制定成为必需。这些电子系统应用于商业和工业的许多部门,包括大量资金的投入、大规模及高度复杂的工业控制系统,对这样的系统从代价到安全方面考虑非常不希望因雷电导致系统运转的停顿”。IEC61312系列标准总名称是“雷击电磁脉冲(LEMP)的防护”,从1995年到2000年共出版了4个部分。为适应国内防LEMP的需求,GB50057-94于2000年进行了局部条文修改,增加了“第六章防雷击电磁脉冲”,其中涉及到防雷区(LPZ)、等电位连接、屏蔽和电涌保护器(SPD)等内容,基本与IEC61312系列接轨。
  
  在IEC中除TC81(第81委员会—防雷)外,尚有TC37、TC64和TC77与TC81密切配合,出版了与防雷相关的标准。如TC37近年出版了IEC61643系列标准,对用于低压配电系统和电信、信号网络的SPD的性能要求和试验方法以及选择和应用做出规定,对应的国标为GB18802.1-2002/IEC61643-1和GB/T18802.21-2004/IEC61643-21(IEC61643-12和IEC61643-22尚未出版)。TC64出版了IEC60364系列标准,总的名称是“建筑物电气装置”,许多涉及到防雷内容,已等同采用为国标的有:GB16895.3-2004/IEC60364-5-54(接地配置和保护联结导体)、GB16895.5-2000/IEC60364-4-43(过电流保护)、GB16895.6-2000/IEC60364-5-52(布线系统)、GB16895.9-2000/IEC60364-7-707(数据处理设备用电气装置的接地要求)、GB16895.11-2001/IEC60364-4-442(低压电气系统对暂时过电压和高压系统与地之间的故障的防护)、GB16895.12-2001/IEC60364-4-443(大气过电压或操作过电压保护)、GB/T16895.17-2002/IEC60364-5-548(信息技术装置的接地配置和等电位联结)、GB/T16895.22-2004/IEC60364-5-534(过电压保护电器)。TC77为电磁兼容(EMC)委员会,从防冲击和脉冲磁场的角度出版标准,如GB17626.5-1999/IEC61000-4-5(冲击抗扰度试验)、GB17626.9-1998/IEC61000-4-9(脉冲磁场抗扰度试验)。笔者作为中国专家参加2004年7月IEC/TC81第3工作组(WG3)罗马会议时,听到有些专家对某一问题有不同看法时,工作组召集人便决定将此问题搁置,交TC77去研究决定。除IEC各委员会之间的配合协调外,IEC还不断地与国际大电网、国际电信联盟协调解决防LEMP的问题。

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