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雷电电磁脉冲的防护机理及措施


 雷电电磁脉冲的防护机理及措施

      由于以微电子技术为基础的各种信息设备耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲(LEMP)的能力差,极易遭受雷电的危害,特别是雷电电磁脉冲造成的损害更严重,因此雷电电磁脉冲的防护问题在防雷工作中便显得尤为重要。本文介绍其防护机理和几种基本防护措施。

1 雷电电磁脉冲的防护机理
    雷电放电是自然界强大的脉冲放电过程,也是自然电磁干扰源中*强大的一种。雷电电磁干扰的传输途径也是多渠道的。当闪电直接击中避雷装置接闪器或在建筑物附近发生时,雷电电磁脉冲从作为发生源的闪电通道向周围很远的地方进行传输。传输途径大致分为“路”和“场”两种。“路”即是导线传输的传导干扰,雷电电磁脉冲通过电力、信号等金属管线或地下管线(地电位反击)进行传输;“场”是空间传输的辐射干扰,闪电通道和引导闪电电流的导引物体大都起着辐射天线的作用,它们向周围空间辐射雷电电磁波。因此,可以通过断“路”和封“场”对雷电电磁脉冲进行防护。
2 雷电电磁脉冲的防护措施
2.1 拦截
    即直击雷防护,是防雷的**道防线,也是进行任何方式的防雷所必须的,对其他防雷措施起着至关重要的作用。其避雷装置一般由接闪器(避雷针、避雷带、避雷网等)、引下线、接地装置组成。当雷云对地放电,雷电先导发展到一定程度时,按有关防雷设计规范要求设计和安装的避雷装置,其均匀分布的接闪器就会向空中的雷电先导发出迎面先导,改变雷电先导的发展方向,并引向自己,通过引下线经接地装置将雷电流较均匀地分流人地,对雷电起到拦截作用,可大幅度削弱雷电能量。

    电源线和信号线的屏蔽:对电源线和信号线采用有金属屏蔽层的电缆或穿钢管,利用金属屏蔽层或钢管进行屏蔽。仪器和设备的屏蔽:将电磁脉冲干扰敏感的微电子设备和仪器,采用连续的金属层封闭起来,对要求更高的还应考虑设置屏蔽室等。
2.3 均压
   即等电位连接,根据国际电工委员会IEC对雷电保护区的划分标准,将需要保护的空间划分为不同等级的雷电保护区(LPZ)。在不同的防雷保护区界面处,将穿过界面和防雷区内相互分开的不带电金属物体,如各种金属管道、线缆屏蔽层、设备的金属底座、金属外壳等,用等电位连接导线进行电气连接,以及带电金属物体如电源线、各种信号传输线等通过SPD连接,使其构成等电位连接网络,从而消除它们之间的电位差,达到电位均衡。
   在实际工作中,还应注意以下几点:等电位连接应采用S型星形结构或M型网形结构这两种基本形式的等电位连接网络之一,在复杂系统中,也可对两种型式进行组合;穿过各个防雷区界面的所有导电物应在界面处做等电位连接,并和其内部的其他局部金属物,采用一局部等电位连接带做等电位连接。
2.4 分流
   由于雷电过电压的能量很大,单一的措施或一道防线将无法消除雷电过电压的侵害。为了把雷电所造成的危害减小到安全的承受范围之内,按照划分的防雷保护区对雷电能量采取多级防护措施进行分级泄放,在每个防雷区的界面处做等电位连接并接地,这样,不仅做到了电位均衡,同时也对雷电能量进行了分流,为后续防雷区的防护打下了良好的基础。里应该提出的是,穿过防雷保护区界面的带电的金属导体,如电源、信号线等是雷电电磁脉冲侵入的重要途径,也是造成雷电灾害的重要因素,我们常采用SPD将雷电流分流人地来限制过电压波发展的目的。但应注意以下几点:SPD一般需要多级防护,至于采用几级,要首先进行评估,做到安全、可靠、节约的原则;各级SPD的规格耍与各级可能承担的雷电能量和各级设备的耐压配合;安装SPD要严格按照设计规范进行,才能有效限制雷电过电压。
2.5 接地
     接地是分流和排泄直接雷击和雷电电磁干扰能量的*有效手段之一,其目的就是把雷电流通过低电阻的接地体向大地泄放,从而起到保护作用。没有完善的接地系统,就不会有防雷装置的可靠性,接地系统的性能将直接决定着各种防雷措施的效果。接地系统的设计除严格规范外,还应注意以下三点:每个建筑物应采用共用接地系统,但**类防雷建筑物的独立避雷针及其接地装置除外;当其与临近的建筑物之间有电力和通讯电缆连通时,宜将其接地装置互相连接;虽
然每种接地对接地电阻的要求不同,但在共用接地系统时,应以要求的*小接地电阻为准。
    虽然雷电电磁脉冲的防护机理及措施很多,但是,它们之间既相互独立又相互联系,在具体防雷工作中,应根据不同情况,进行综合分析,采取*合理、*有效的方法,才能充分发挥各种措施的防雷效果。
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