防雷接地的介紹與應(yīng)用

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摘要：隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)和電子信息系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，雷電災(zāi)害也日益成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾：χ?。每年夏季，全?guó)各地都會(huì)發(fā)生雷擊災(zāi)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(jīng)濟(jì)損失。在此，僅從雷電的形成、雷擊災(zāi)害的形成以及如何防御雷擊災(zāi)害等方面作如下簡(jiǎn)析，用以提醒人們不可小視雷電危害，利用科學(xué)知識(shí)防御雷擊災(zāi)害，將雷擊災(zāi)害的損失降到最低限度。   

隨著科技的發(fā)展，我國(guó)的高速公路也在不斷增加，自然而然高速公路的機(jī)電系統(tǒng)也相應(yīng)的增加了，那么，對(duì)于這些機(jī)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，做好防雷接地的措施已是當(dāng)務(wù)之急。本文從什么是防雷接地，防雷接地技術(shù)的要求，以及綜合防雷接地的辦法這三方面來(lái)對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的防雷接地技術(shù)進(jìn)行研究的。 關(guān)鍵詞：高速公路；機(jī)電系統(tǒng)；防雷接地技術(shù)     1雷電的形成        雷電是云內(nèi)、云與云之間或云與大地之間的放電現(xiàn)象。夏季的午后，由于太陽(yáng)輻射的作用，近地層空氣溫度升高，密度降低，產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，在上升過(guò)程中水汽不斷冷卻凝結(jié)成小水滴或冰晶粒子，形成云團(tuán)，而上層空氣密度相對(duì)較大，產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，這樣的上下運(yùn)動(dòng)形成對(duì)流。在對(duì)流過(guò)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(fù)離子，這樣水滴和冰晶就分別帶有正電荷和負(fù)電荷，一般情況下，正電荷在云的上層，負(fù)電荷在云的底層，這些正負(fù)電荷聚集到一定的量，就會(huì)產(chǎn)生電位差，當(dāng)電位差達(dá)到一定程度，就會(huì)發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象，這就是雷電的形成過(guò)程。雷電電荷在放電過(guò)程中，產(chǎn)生很強(qiáng)的雷電電流，雷電電流將空氣擊穿，形成一個(gè)放電通道，出現(xiàn)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(chǎn)生的聲音就是雷聲。      2 雷擊災(zāi)害的形成         云內(nèi)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(dá)地面，一般不會(huì)對(duì)人類活動(dòng)造成影響，對(duì)人類活動(dòng)造成影響的主要是地閃。地閃發(fā)生時(shí)，產(chǎn)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(zāi)害。當(dāng)雷電流從云中泄放到大地時(shí)，直接打在建筑物、構(gòu)筑物及人畜身上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力，造成毀壞和傷亡，稱之為“直擊雷”；當(dāng)雷電流從云中泄放到大地時(shí)，在其泄放通道周圍產(chǎn)生電磁感應(yīng)向外傳播或直接通過(guò)導(dǎo)體傳導(dǎo)，導(dǎo)致在影響范圍內(nèi)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(guó)是雷擊災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，每年都會(huì)因雷擊災(zāi)害造成眾多的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此做好防雷減災(zāi)工作，將雷擊災(zāi)害降低到最低限  3  雷電的危害種類    根據(jù)雷電產(chǎn)生和危害特點(diǎn)的不同，雷電危害可以分為直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波侵入以及比較少見(jiàn)的球形雷等。 直擊雷：當(dāng)雷電直接擊在建筑物上，強(qiáng)大的雷電流使建（構(gòu)）筑物水份受熱汽化膨脹， 從而產(chǎn)生很大的機(jī)械力，導(dǎo)致建筑物燃燒或爆炸。另外，當(dāng)雷電擊中接閃器，電流沿引下線向大地瀉放時(shí)，這時(shí)對(duì)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(zāi)或人身傷亡。 雷電感應(yīng)：雷電感應(yīng)又稱感應(yīng)雷，它又分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。靜電感應(yīng)是雷云接近地面時(shí)，在地面凸出物的頂部感應(yīng)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(yīng)是發(fā)生雷擊后，雷電流在周圍空間產(chǎn)生的迅速變化的強(qiáng)磁場(chǎng)在附近金屬導(dǎo)體上感應(yīng)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(chǎn)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(qiáng)雷暴雨時(shí)閃電最頻繁的時(shí)候出現(xiàn)。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(diǎn)直接與地面相接，無(wú)論是在工作還是事故的情況下，都能對(duì)電器設(shè)備的可靠運(yùn)行進(jìn)行保證，使人體接觸得電降低，迅速切除故障設(shè)備或線路，從而使電器設(shè)備和輸電線路的絕緣水平降低。 （二）保護(hù)接地 保護(hù)接地是電器設(shè)備在正常工作的條件下，對(duì)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(diǎn)不接地系統(tǒng)中，如果沒(méi)有對(duì)電氣設(shè)備采取保護(hù)接地措施，那么，一旦該設(shè)備某處出現(xiàn)絕緣損壞，外殼就會(huì)帶電，同時(shí)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(shè)備外殼，電流就會(huì)流入人體，從而形成通路，人因此會(huì)受到觸電的危險(xiǎn)。相反，如果裝有接地裝置以后，接地電流就會(huì)同時(shí)沿著接地體和人體兩條通路流過(guò)，流過(guò)人體的電流和接地的電阻大小成正比，當(dāng)接地電阻極其小時(shí)，流經(jīng)人體的電流對(duì)人體的生命安全就不會(huì)構(gòu)成威脅，人體就避免了觸電的危險(xiǎn)。 （三）重復(fù)接地 重復(fù)接地是將零線上的多點(diǎn)與大地多次進(jìn)行金屬性連接。當(dāng)中型點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生碰殼或接地短路時(shí)，可使對(duì)地電壓降低；即使零線發(fā)生斷裂，故障的危害程度也不會(huì)太大。 （四）直流工作接地 直流工作接地是包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)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(jìn)行工作，為讓同一系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、微電子設(shè)備的工作電路具有相同的電位參考點(diǎn)，把所有設(shè)備的零電位點(diǎn)接于一個(gè)接地裝置中，可以使電路的電位穩(wěn)定，對(duì)外來(lái)干擾起到了妨礙作用。同一系統(tǒng)的設(shè)備接于同一接地裝置以后，不管是模擬量還是數(shù)字量，在進(jìn)行交換或者通信時(shí)，都有統(tǒng)一的電位參考點(diǎn)，這樣，就能給接于同一接地裝置的計(jì)算機(jī)或者微電子設(shè)備，提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電位，從而對(duì)各種電磁干擾有效地進(jìn)行減少甚至消除，進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)處理或信號(hào)傳遞準(zhǔn)確無(wú)誤進(jìn)行保證。 （五）防雷接地 防雷接地是為了使雷電浪涌電流并導(dǎo)入大地，從而避免了被保護(hù)物遭受直擊雷或感應(yīng)雷等浪涌過(guò)電壓、過(guò)電流的危害，對(duì)高速公路上的所有建筑物、電器設(shè)備、線路以及網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行了金屬性連接。防雷接地裝置具體包括避雷針、帶、線、網(wǎng)、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(shù)的要求 防雷技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是接地，無(wú)論是直擊雷或者是感應(yīng)雷，最終都能把雷電引入大地。一個(gè)良好的接地系統(tǒng)是人身安全、設(shè)備安全以及系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保障。接地根據(jù)其作用和要求，可分為防雷接地、工作接地、保護(hù)接地、直流工作接地以及重復(fù)接地五大類。因?yàn)榇笠?guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，對(duì)于各濾波器來(lái)說(shuō)，它的分辨率和現(xiàn)代電子技術(shù)的要求相適應(yīng)了，對(duì)共地時(shí)的信號(hào)“互擾”的問(wèn)題進(jìn)行了解決，這樣，聯(lián)合接地就有了先決條件，所以，共地技術(shù)得到了迅速的推廣以及廣泛的應(yīng)用。把收費(fèi)站，應(yīng)將收費(fèi)車道、監(jiān)控機(jī)房、配電房這些地點(diǎn)的地網(wǎng)連成一個(gè)整體，相互間以4×40mm扁鋼帶為紐帶，進(jìn)行不少于兩處的連接，實(shí)現(xiàn)地網(wǎng)均壓等電位，對(duì)地電位反擊進(jìn)行了有效防止。這樣就可消除建筑物內(nèi)所有設(shè)備之間存在的危險(xiǎn)的電位差，此外還減少了建筑物內(nèi)部磁場(chǎng)的強(qiáng)度。收費(fèi)車道、監(jiān)控機(jī)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(lái)，并以此作為地網(wǎng)，盡量要用自然接地物作為基礎(chǔ)，以人工接地體進(jìn)行補(bǔ)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(nèi)部的設(shè)備的避雷能力，而且，因?yàn)椴捎玫氖堑入娢贿B接，所以，可以放寬對(duì)建筑物接地電阻的要求，大大減少了建設(shè)設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jī)電系統(tǒng)采用的是攔截、屏蔽、光電隔離、均壓、分流和聯(lián)合接地等綜合防雷措施。 1、對(duì)于攔截方面的設(shè)計(jì)，具體包括收費(fèi)亭、收費(fèi)站機(jī)房、收費(fèi)中心機(jī)房要按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)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(duì)雷電流進(jìn)行均勻地分流入地。對(duì)于外場(chǎng)設(shè)備的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，它必須要安裝防直擊雷的避雷針，并且在外場(chǎng)的設(shè)備機(jī)箱設(shè)置性能較好的接地系統(tǒng)。 2、信號(hào)傳輸線的屏蔽 （1）電纜最外層的鎧裝保護(hù)套要多設(shè)計(jì)點(diǎn)可靠接地； （2）電纜的轉(zhuǎn)移阻抗以及絕緣層介質(zhì)的絕緣強(qiáng)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(zhuǎn)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(shè)備。 4、均壓 均壓就是對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行良好的導(dǎo)電性連接，從而讓它們達(dá)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(dǎo)入大地。 5、分流 造成機(jī)電系統(tǒng)電子設(shè)備損壞的主要原因之一就是雷電感應(yīng)過(guò)電壓。為對(duì)雷電過(guò)電壓波的侵害進(jìn)行有效地防止，機(jī)電系統(tǒng)還必須把避雷器裝置在電纜和終端設(shè)備輸入端的連接處。 6.聯(lián)合接地 在條件允許的情況下，對(duì)建筑物和機(jī)電系統(tǒng)或機(jī)電系統(tǒng)不同的子系統(tǒng)之間最好能夠采取聯(lián)合接地方式進(jìn)行連接。并且在建筑物和機(jī)電系統(tǒng)之間采用聯(lián)合接地的時(shí)候要以自然接地體為主，輔之以其它接地方式。當(dāng)然，對(duì)于自然接地體來(lái)說(shuō)，它必須要同時(shí)滿足三個(gè)條件，也就是（1）接地電阻滿足規(guī)定值的要求；（2）基礎(chǔ)外表面應(yīng)該不存在絕緣防水層；（3）基礎(chǔ)內(nèi)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(duì)它設(shè)置人工接地體。采用此方法采，就形成了一個(gè)電阻極小、引下線阻抗極小以及平面的等電位自然防雷網(wǎng)絡(luò)框架。 結(jié)語(yǔ)： 總之，高速公路的機(jī)電系統(tǒng)防雷接地的問(wèn)題是十分復(fù)雜的，它的涉及面也比較廣，那么，在以后的機(jī)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(lián)合接地的方法，另外，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)避雷器的使用。