雷電檢測與防護(hù)技術(shù)
為了避免雷擊變亂的發(fā)作,更好地維護(hù)人民的生命和國度財富平安,而對防雷安裝、雷擊風(fēng)險評價及與雷電相關(guān)的平安事項(xiàng)進(jìn)行檢測。防雷安裝包羅外部防雷安裝和內(nèi)部防雷安裝,外部防雷安裝含接閃器、引下線、接地安裝,內(nèi)部防雷安裝含電磁屏障、等電位銜接、電涌維護(hù)器(SPD)及綜合布線系統(tǒng)。還為了更好地避免雷擊變亂的發(fā)作,對某些非凡項(xiàng)目做出了應(yīng)進(jìn)行雷擊風(fēng)險評價的規(guī)則。
檢測辦法
檢測辦法是對應(yīng)著平安要求的內(nèi)容規(guī)則了若何施行檢測。該局部對雷擊風(fēng)險評價、接閃器、引下線、接地安裝、電磁屏障、等電位銜接、電涌維護(hù)器(SPD)、綜合布線系統(tǒng)及相關(guān)平安事項(xiàng)的檢測辦法進(jìn)行了仔細(xì)的規(guī)則。
檢測要求、檢測功課平安要求、檢測數(shù)據(jù)整頓
檢測要求包括根本要求、檢測分類和檢測周期、檢測流程和功課要求,個中對檢測任務(wù)的治理、任務(wù)流程及檢測儀器的要乞降運(yùn)用辦法做出嚴(yán)厲的規(guī)則;檢測功課平安要求對檢測人員的平安辦法、平安功課留意事項(xiàng)進(jìn)行了規(guī)則;檢測數(shù)據(jù)整頓對的記載和構(gòu)成進(jìn)行了規(guī)則。
雷電防護(hù)技能
各類修建物、電力系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、大型物理安裝、電子核算機(jī)及火箭發(fā)射系統(tǒng)等等,對雷電防護(hù)的要求各別。
修建物的防護(hù)
可采用直擊雷防護(hù)安裝。它由接閃局部、引下線和接地安裝構(gòu)成,有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和避雷線等類型。沿屋脊、屋檐敷設(shè)的金屬導(dǎo)體(避雷帶)或網(wǎng)格狀導(dǎo)體(避雷網(wǎng)),或凌駕屋面豎立的金屬棒以及金屬屋面和金屬構(gòu)件等,統(tǒng)稱為接閃安裝或接閃器。銜接接閃安裝與接地安裝的金屬導(dǎo)體稱為防雷引下線(簡稱引下線)。為將接閃器雷電流分散到大地中而埋設(shè)在泥土中的金屬導(dǎo)體(接地極)和銜接線總稱為接地安裝。應(yīng)用修建物屋頂?shù)慕饘贅?gòu)件和修建物內(nèi)部的鋼筋構(gòu)成一個全體的大網(wǎng)籠稱為籠式避雷網(wǎng)。它具有優(yōu)越的分流、均壓和屏障效果,是維護(hù)功能最好的防雷方法。
電力系統(tǒng)的防護(hù)
發(fā)電廠和變電所普遍運(yùn)用自力避雷針。變電架構(gòu)上的避雷針(110千伏及以上電壓變電所)和煙囪、水塔上的避雷針可防護(hù)直擊雷。大中型變電所常需裝置8~10支高30米左右的避雷針群。裝于發(fā)電廠煙囪上的避雷針可用來維護(hù)發(fā)電廠,其高度可達(dá)120米。如許,直擊雷防護(hù)的牢靠性可達(dá)平安運(yùn)轉(zhuǎn)1000~1300年的耐雷目標(biāo)(MTBF)。有些變電所是用避雷線來維護(hù)。為防護(hù)由輸電線傳入的雷電侵入波,可采用閥型避雷器或氧化鋅避雷器。對其維護(hù)功能及通流能量等要求甚高,還需嚴(yán)厲作到全伏秒特征與被維護(hù)的變壓器等相共同(圖5), 避雷器的尺寸亦甚重大,如500千伏變電所的避雷器高達(dá)5米以上。110、220千伏變電所對侵入波的防護(hù),其均勻無毛病工夫MTBF運(yùn)轉(zhuǎn)值辨別可達(dá)80年和200年,330~500千伏級的目的值均為300~500年。繼電維護(hù)和節(jié)制回路多用電纜的金屬屏障層,并在兩頭接地,或?qū)⒔^緣電線、塑料電纜穿入鐵管,將兩頭接地,以防護(hù)感應(yīng)雷和侵入波。對發(fā)電機(jī)的雷電侵入波防護(hù),則采用扭轉(zhuǎn)電機(jī)專用避雷器,并配以由50~100米長的金屬屏障電纜(電纜埋入地中且在兩頭和中心設(shè)置多點(diǎn)接地)和電纜首端的避雷器及其前方的避雷針或避雷線維護(hù)段(作為第一道防地)構(gòu)成進(jìn)線維護(hù)段。這一維護(hù)系統(tǒng)能確保發(fā)電機(jī)的MTBF達(dá)100~300年。若采用防雷線圈(不必電纜)和避雷器的維護(hù)方法,MTBF超越600年。輸電線路用避雷線維護(hù)。110千伏、220千伏、330~500千伏線路辨別可到達(dá)均勻變亂 0.2次、0.17次和0.1次/百公里年。為使避雷針、避雷線的安插處于屏障雷閃的最佳地位和取得較好的核算辦法,并將維護(hù)掉效率──繞擊率(即每1000次雷擊,繞過維護(hù)安裝而擊于被維護(hù)物上的次數(shù))限制到最低限制,自1925~1926年美國人Peek在實(shí)行室用“人工雷”初次對避雷針模子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以來,不斷在進(jìn)行研討。中國在避雷針設(shè)計(jì)、核算上較為進(jìn)步前輩,實(shí)踐繞擊率已到達(dá)0.5%。列國為研討超高壓、特高壓輸電的長間隙和絕緣子串的雷電沖擊特征、變電設(shè)備的沖擊特征,先后制出高達(dá)3600千伏、4800千伏、6000千伏、甚至10000千伏的沖擊電壓發(fā)作器,用以進(jìn)行很多的實(shí)驗(yàn)研討任務(wù)。
通訊系統(tǒng)的防護(hù)
通訊明線普通不設(shè)直擊雷維護(hù), 只在單個主要電桿上裝設(shè)凌駕桿頂 0.5米或略長一點(diǎn)的鋼棒(普通為4毫米直徑),并用引下線接地。 對地下通訊電纜,為避免雷擊,依據(jù)國際電信電報征詢委員會(CCITT)的建議接納下列維護(hù)辦法。對主要的電纜(好像軸電纜):若泥土電阻率ρ<100歐米時,不專設(shè)維護(hù);ρ=100~1000歐米時,在電纜上方埋設(shè)1根屏障(排流)線,埋深約為電纜埋深的1/2;ρ=1001~3000歐米時,設(shè)2根屏障線,或采用鎧裝電纜;ρ>3000歐米時,將電纜敷設(shè)在鐵管中。對較非必須的電纜:若ρ≤1000歐米,不設(shè)屏障線;ρ>1000歐米,且位于雷電頻頻地域,設(shè)1~2根屏障線。
微波通訊站、衛(wèi)星地上站、雷達(dá)站、播送臺、電視臺等的防雷采用根本一樣的辦法。首要有:
①天線防雷:宜設(shè)直擊雷維護(hù),避雷針可固定在天線架上,對天線維護(hù)角45°。避雷針應(yīng)防止對天線方位角內(nèi)電波的屏障影響。若安插上有堅(jiān)苦時可采用玻璃鋼支柱,在其上敷設(shè)截面積為25平方毫米的銅絞線作接閃器的引下線。接地電阻普通不超越5歐,在泥土電阻率較低的有前提地域,不宜超越1歐。接地體應(yīng)環(huán)繞塔基做成閉合環(huán)形,以減小接觸電壓和跨步電壓。
、跈C(jī)房防雷:波導(dǎo)管或同軸電纜的金屬外皮,至少應(yīng)在上、下兩頭與塔身金屬構(gòu)造銜接,并在引進(jìn)機(jī)房處與接地網(wǎng)銜接。機(jī)房若未在天線避雷針的維護(hù)局限之內(nèi),應(yīng)另設(shè)直擊雷防護(hù)?稍诜宽斨車笤O(shè)閉合的避雷帶,它可兼作均壓帶之用。沿機(jī)房的四角敷設(shè)引下線,并兼作平均帶,在地下與環(huán)繞機(jī)房周圍敷設(shè)的程度閉合接地帶銜接。當(dāng)機(jī)房較大時,需添加引下線,使兩相鄰引下線間的間隔不超越18米。在機(jī)房內(nèi),環(huán)繞機(jī)房周圍,在地上設(shè)接地母線。此母線在四角與機(jī)房外的接地帶銜接,銜接點(diǎn)間的間隔不大于18米。房內(nèi)各類電纜的金屬外皮,金屬外殼和不帶電的金屬局部、各類金屬管道、金屬門框、金屬進(jìn)風(fēng)道、走線架、濾波器架等,以及維護(hù)接地、任務(wù)接地,均應(yīng)以最短間隔與環(huán)形接地母線銜接。機(jī)房內(nèi)的電力線、通訊線均應(yīng)有金屬外皮或屏障層,或敷設(shè)在鋼管內(nèi)并將外皮兩頭接地。如許,設(shè)備和導(dǎo)線即處在一個法拉第籠內(nèi)。電力線、通訊線均應(yīng)在機(jī)房內(nèi)裝設(shè)放電器。在微波站,機(jī)房的接地網(wǎng)與微波塔接地網(wǎng)之間,至少應(yīng)敷設(shè)兩根接地均壓帶,以平衡電位。
、叟_站供電設(shè)備防雷:變壓器的高壓、低壓側(cè)均應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器。
托卡馬克、串列加快器等大型物理安裝的防護(hù)
托卡馬克安裝普通裝于機(jī)房內(nèi),雷電防護(hù)易于處理。機(jī)房如為鋼筋混凝土構(gòu)造,只需將其各部件的鋼筋銜接在一同,并在機(jī)房周圍做閉合環(huán)形接地即可。磚構(gòu)造的機(jī)房需在房頂設(shè)避雷網(wǎng),并連線使其接地。供電電源假如與架空線路銜接,應(yīng)裝設(shè)避雷器防護(hù)雷電波的侵襲。節(jié)制回路應(yīng)采用有屏障層的導(dǎo)線,將金屬皮在兩頭接地。數(shù)萬安的單向脈沖電流對電子核算機(jī)和節(jié)制回路形成強(qiáng)壯的攪擾,后兩者必需接納屏障電纜等辦法,處理電磁兼容性問題。還還要特殊留意這種大電流對接地安裝所形成的侵蝕影響,需加大接地體的截面。串列加快器在防雷方面可接納上述類似的辦法。對其靶點(diǎn)無法防護(hù),由于參加維護(hù)器件將影響粒子的走向,只可在其外圍盡量削減雷片子響。此外,其電子核算機(jī)應(yīng)采用完全自力的接地網(wǎng),以處理電磁兼容性問題。若將核算機(jī)接地敷設(shè)在防雷接地和維護(hù)接地網(wǎng)中心,因?yàn)殡娮桉顓f(xié)作用,相當(dāng)于兩接地網(wǎng)相連,結(jié)果欠佳。
大型電子核算機(jī)的防護(hù)
現(xiàn)代電子核算機(jī)對雷電極為敏感。即便幾公里以外的高空雷閃或?qū)Φ乩组W也有能夠招致電子核算機(jī)的誤算或擊穿,由于0.07高斯的磁場強(qiáng)度可形成元件掉效,2.4高斯即可使元件擊穿。所以關(guān)于特殊主要的核算機(jī),應(yīng)接納辦法防護(hù)遠(yuǎn)方的感應(yīng)雷。那些與微波塔(站)、雷達(dá)站、衛(wèi)星地上站裝在統(tǒng)一巨大修建物內(nèi)的大型核算機(jī),因?yàn)樯鲜龈魍Π翁炀的引雷效果,防雷辦法更為需要,需采用分流、屏障、搭接、接地、維護(hù)系統(tǒng)(D.S.B.G.P系統(tǒng))。①分流(D):樓頂裝設(shè)凌駕天線的避雷針,將很多電流引到大樓金屬構(gòu)造和接地網(wǎng),進(jìn)行分流和降低電位。②屏障(S):一切波導(dǎo)管、旌旗燈號線、核算機(jī)各導(dǎo)線均采用屏障線或穿入鐵管,且屏障層或鐵管的兩頭接地。③搭接(B):一切電纜銜接處、電纜與機(jī)械銜接處進(jìn)行電氣搭接。④接地(G):整個大樓的一切金屬架構(gòu)、管道、導(dǎo)線金屬屏障層或穿線鐵管連在一同與總地網(wǎng)銜接,構(gòu)成法拉第籠。大樓內(nèi)的防雷接地、任務(wù)接地、維護(hù)接地均需連在一同,以平衡電位。總接地網(wǎng)首要由沿大樓周圍敷設(shè)閉合的接地帶組成。為處理電磁兼容性問題,核算機(jī)的邏輯接地可用電纜外包絕緣層,引到樓下數(shù)十米以外獨(dú)自接地。為避免還擊,需在入戶處用一放電器接于電纜金屬皮與主地網(wǎng)間,在雷擊時執(zhí)行暫態(tài)均壓。⑤維護(hù)(P):核算機(jī)引出的旌旗燈號線應(yīng)裝設(shè)多級維護(hù),以避免旌旗燈號線遭雷擊或發(fā)作雷電感應(yīng)時侵入波損壞核算機(jī)。上述維護(hù)方法,其MTBF值約在100年左右。
火箭發(fā)射系統(tǒng)和地下核爆炸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的防護(hù)
這種高技能安裝對雷電極為敏感,對防雷牢靠性的要求甚高。70年月美國阿波羅登月火箭在飛翔中經(jīng)過雷云時,觸發(fā)閃電,擊壞了核算機(jī)和電源設(shè)備,然后惹起美國注重,展開了航天器防雷方案的研討,并呼吁國際科學(xué)界賜與支撐。80年月末,又曾有5個待發(fā)射火箭在雷暴中因閃電觸發(fā)了3支火箭,后果4支火箭銷毀。這再次惹起列國航天任務(wù)者的存眷。
火箭發(fā)射系統(tǒng)由發(fā)射塔架、火箭、測控電纜和測試車間、主控室構(gòu)成,需經(jīng)過約為1∶10的雷電模仿實(shí)驗(yàn),研討其呼應(yīng)特征,才干選定優(yōu)化防雷方案。發(fā)射塔架和火箭避免直擊雷較為牢靠的辦法是采用自力避雷針,但這也需思索雷繞擊于塔架的狀況(發(fā)作概率約為0.005~0.01)。作為第二道防地,塔架優(yōu)越接地分流,經(jīng)過各擺桿和測控電纜流到箭體的電流約為雷電流的18%。此時經(jīng)過各測控電纜侵入箭內(nèi)的侵入波應(yīng)不致惹起元件擊穿,或招致掉控而焚燒發(fā)射。此外,采用雷擊自力避雷針時,思索火箭測控導(dǎo)線中的雷電感應(yīng)影響也必需采用屏障辦法。在設(shè)計(jì)中必需經(jīng)過實(shí)驗(yàn),確定箭內(nèi)電路的呼應(yīng)特征和耐受雷電沖擊波的才能,使防雷系統(tǒng)與被維護(hù)系統(tǒng)在雷電暫態(tài)進(jìn)程中互相共同,還做到箭內(nèi)部電磁兼容以及箭內(nèi)-箭外電磁兼容。當(dāng)電磁兼容性問題能妥帖處理時,可采用塔架上裝設(shè)避雷針方案。中國、蘇聯(lián)、日本等國接納自力避雷針方法。美國80年月初開端采用塔架上裝設(shè)避雷針方法,如休斯敦航天飛機(jī)發(fā)射中間即采用這種方案。為了盡量削減雷電流直接流過發(fā)射塔架的概率,用一螺旋形玻璃鋼棒支撐接閃器,大都狀況下雷電流由接閃器的3根金屬拉線泄入大地,只要很大的雷電流(估量 150千安以上)才經(jīng)過玻璃棒放電后流入發(fā)射塔架。
箭內(nèi)的電力、電子元件和爆破螺栓、電子核算機(jī)等需具有必然的抗攪擾才能,它應(yīng)與防雷系統(tǒng)的防護(hù)才能相順應(yīng),并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。美國規(guī)則,對一些火箭,侵入箭內(nèi)的沖擊波不得超越 300伏。由各電纜傳至主控室、測試車間的沖擊波,因?yàn)樗芙拥氐姆至餍Ч约半娎|的屏障、搭接、接地等維護(hù)效果,抵達(dá)末尾儀表處普通已無風(fēng)險。因?yàn)楦鳒y控旌旗燈號線路的電磁兼容性要求極高,這種高技能系統(tǒng)的測控和旌旗燈號電纜的接地與普通民用設(shè)備的多點(diǎn)接當(dāng)?shù)厥椒制纾òl(fā)射基地的供電系統(tǒng)即采用多點(diǎn)接地),必需采用單點(diǎn)接地技能,以避免攪擾電波亂竄。
一個接地系統(tǒng)的結(jié)果,取決于系統(tǒng)中兩點(diǎn)之間能夠存在的電位差及經(jīng)過該系統(tǒng)的電流巨細(xì)。一個好的“地”,其電位應(yīng)該是:與電路中任何功用局部的電位比擬都可疏忽不計(jì)。依據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn),發(fā)射中間的各子系統(tǒng)辨別采用浮地(如某些核算機(jī)的邏輯“地”)、單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接當(dāng)?shù)厥。發(fā)射中間的單點(diǎn)接地址設(shè)置在測試室內(nèi),這一“地”電位(接地參考點(diǎn))由十幾條同軸電纜的心線接到箭體和主控室,同軸電纜的外皮用絕緣子必需與地絕緣。電氣搭接是指在兩金屬外表間樹立低阻抗的通路,并且以對電磁場的盡能夠緊密屏障為最佳。實(shí)驗(yàn)標(biāo)明,那種凡間運(yùn)用的球珠搭接,在高技能范疇不克不及契合要求,只要實(shí)體的具體閉合搭接才干明顯削減心線中的攪擾電壓。測控電纜的屏障層只需有一個 1毫米直徑的小孔,即能使電纜的轉(zhuǎn)移阻抗(亦即侵入箭中的沖擊波)明顯增大。主控室和測試車間均應(yīng)在室外周圍敷設(shè)閉合的環(huán)形接地。發(fā)射塔架區(qū)則設(shè)置極為有用的直徑約為60米的主接地網(wǎng),網(wǎng)格為1×1平方米,每個節(jié)點(diǎn)打入長約2米的垂直電極,接地網(wǎng)的接地電阻在0.6歐以下。為避免雷電感應(yīng)在間隙處發(fā)生火花放電,招致火箭加注液體燃料后走漏揮發(fā)易燃?xì)怏w而燃燒爆炸,塔頂扭轉(zhuǎn)平臺及箭外圍自行塔的一切門窗都應(yīng)各設(shè)兩個電氣搭接。這有利于釋放扭轉(zhuǎn)平臺能夠發(fā)生的靜電蘊(yùn)蓄。綁縛式同步衛(wèi)星火箭的4只助推火箭,其每只與主箭銜接的2個螺栓,都必需包管優(yōu)越的電氣銜接,以便4個助推火箭下端的兩個消靜電針能釋放整個多級火箭箭體在空氣中飛翔時所發(fā)生的靜電電荷。不然主箭箭體發(fā)生的電荷蘊(yùn)蓄到必然水平就會發(fā)生具有強(qiáng)壯放電電流的靜電擊穿景象。這種放電是一種毀壞性很大的強(qiáng)攪擾源,可以形成箭內(nèi)電子元件損壞或引爆爆炸螺栓。歐洲 2號火箭即因未能處置好飛翔中的靜電蘊(yùn)蓄問題而招致空中爆炸。
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