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摘要：在建筑电气系统中，防雷技术设计应认真加以考虑，采取切实可行的防雷方案。文章根据雷击对电气系统破坏原理及危害，简要介绍电气系统中防雷系统装置、电涌保护器的防雷保护措施与途径，以降低危害。
关键词：雷电过电压；感应雷；防雷系统装置；电气系统
中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0062－02
在我国，雷电的危害，大家是有目共睹的。尤其是雷电频繁的地区，易发生雷电对建筑物电气系统的干扰和破坏事故，以致造成了多起雷害事故，造成自动化系统的瘫痪和一些电网设备事故，损失较严重。而超过25%的事故是由于雷电及其他电磁干扰等引起的电涌而造成的。因此，我们有必要探讨建筑电气系统防雷技术问题。
1雷电过电压及其二次效应
1.1雷击造成的危险过电压
建筑物遭受雷击后，雷电流泄放到大地将会造成电位升高。根据《建筑物防雷设计规范》GB50057－94（2000年版）中提供的防雷装置地上高度H处电位计算公式及雷电参数：
U＝UR＋UL＝IRI＋L0×（di/dt）×HX
式中，I：雷电流幅值（取150 kA，按二类防雷建筑计）；RI：接地电阻，取良好接地1 Ω；L0：引下线单位长度电感，取1.5 μH/m；
di/dt：雷电流陡度，取150/10＝15 kA/μs；HX：高度，取30 m。
经计算，U＝UR＋UL＝150＋675＝825 kV。
可见，此时电阻电压UR相当大，仅地电位就升高到达150 kV，30 m高度的电位就达到775 kV。它造成高电位引入、反击、感应、耦合等二次效应，对设备、人员的危害程度极大。
从理论上讲，雷电流约有50%是经过传统的外部防雷装置直接流入大地的，还有50%平均流入各电气通道（如电源线、信号线和各种金属管道）。
1.2感应雷的形成
当雷闪放电发生或雷击输电线路时，强大的雷电流会产生强大的电磁场。通过直接或电容耦合的方式，雷电放电将在输电线路上形成暂态过电压，并以流动的形式通过线路流向各分配电系统和用电设备，对分配电系统和用电设备造成严重危害。电网中采用架空避雷线加避雷器等防雷措施，可大大削弱电压
波的强度，减少雷击的破坏程度。但是，这些措施并不能完全消除电网中雷击引起的暂态过电压，仍有一部分幅值较低的过电压在电网中存在，并对一些低压等级的用电设备，特别是计算机和其他一些装有大规模集成线路的电子系统、精密设备及办公设备等造成极大威胁。另外，当雷电击中建筑物时，由于一些电源与电子系统或电子系统之间的电缆与建筑物共用接地系统联接，将有一部分雷电流流进电缆，通过电缆到达电子设备。
电力系统的内部，由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等内部状态变化，致使系统内部参数发生变化，进而引起电力系统内部电磁能量转化，或改变传输过渡过程，在系统中出现过电压，都会形成感应雷。
1.3受雷后感应产生的危害
研究表明，当磁感应强度B为0.03 GS（1高斯＝10－4斯特拉）时，计算机就会产生永久性损坏。有公式计算出：电子设备的误动概率为：P＝93.6%；电子设备永久性损坏概率为：P＝60%。
为了减少雷害，把防雷体系的安全性提高到目前技术能达到的较高程度，需应用先进的防雷措施。而防雷工程是一个系统工程，避雷装置的引雷机制是现代化防雷系统工程的基础。国际电工委员会标准IEC1024－1文件把建筑物防雷装置分为两大类：外部防雷装置组成，即传统的常规避雷装置（避雷针、避雷线或避雷网等），主要是为了保护建筑物免受雷击而引起火灾事故及人身安全；除外部防雷装置外，所有的措施均为内部防雷装置，如等电位连接、屏蔽和加装避雷器等，主要是防止雷电和其他形式的过电压侵入设备造成破坏，这是外部防雷无法保证的。
2现代防雷系统装置——电涌保护器
现代防雷系统装置——电涌保护器，是通过抑制瞬态过电压及旁路浪涌电流来保护设备的保护装置，它能在最短时间（纳秒级）内将被保护的线路接入到等电位系统中，使设备各端口达到等电位，同时把电路上因雷击而产生的大量脉冲能量泄放到大地，降低设备各端口的电位差，从而保护电路上的设备，它至少含有一个非线性元件。
根据电涌保护器的应用，可分为电源系统电涌保护器、信息系统电涌保护器、绝缘火花隙和等电位连接。
根据电涌保护器放电流通量的分类，可分为避雷器、过压保护器、复合型SPD。
对于设备（或系统），必须在各进出线缆上安装相应的电涌保护器，一旦线缆上感应到过电压或遭直接雷击，由于电涌保护器的作用，设备或系统的各端口电压大致达到相等水平（即等电位），设备或系统就会免遭破坏。
目前市场上电涌保护器常用的主要有广州雷迅公司推出的ASP系列、上海雷盾公司的LD系列和德国D公司推出的DEHN port，DEHN guard等系列产品。
3电源系统和设备中电涌保护器的应用
电源系统电涌保护器采用分级保护的形式（10/350 μs，8/20 μs），可配合各级配电装置使用。具有流通量大、响应快速（Ta≤100 ns）、残压值低等特点，能有效地抑制和消除配电系统中的各种暂态过电压对用电设备的危害，保障用电设备安全可靠的运行，广泛应用于智能大厦中证券机房、邮电机房、程控交换机机房、银行机房等信息、网络系统中电子设备的电源环境的防雷保护。
电涌保护器多采用快速响应模块作为基本的暂态过电压泄放吸收单元。
快速响应模块是一种新型的暂态过电压抑制元件，它通过其自身优良的非线性伏安特性来实现对暂态过电压的抑制作
用，无需附加任何放电间隙。正常工作条件下，快速响应模块呈现低电阻的特性，使暂态过电流迅速经快速响应模块泄放，一部分被快速响应模块吸收转化为热能散发到空气中，从而使暂态过电压得以抑制，使用电设备的电压基本稳定。
另外，电涌保护器具有状态指示器，它可以随时监视系统运行状态，及时发现和查找故障。采用对直击雷、感应雷联合防护的新型防雷体系，可有效的防护雷击过电压及操作过电压，对整体及设备可进行较可靠的防护。
在电源电涌保护器的极间配合中，还应注意级间的相隔距离，如达不到相应的要求，就需在级与级之间串连退耦器件DEHN bridge（本文以德国D公司为例），增加导体的感抗。
4信息技术系统和设备中电涌保护器的应用
信息技术系统和设备中电涌保护器的应用，主要有以下几种：
4.1用于终端设备的信息技术系统SPDs
主要为双绞线信息线路电涌保护器，可作为雷击电流SPD、雷击与过电压组合式SPD及过电压SPD部分使用。保护器一般由底座和电涌保护模块组成。具有电涌保护器之间多级耦合无需附加电缆、切换保护模块时不会中断信号传输、屏蔽线能直接或间接接地等特点。可用于高频应用、视频、RS485、通信线、带分流的平衡端口等。
4.2用于rct技术的信息技术系统SPDs
主要为双绞线信息线路电涌保护器DEHNrapid，电涌保护器用于10条和20条两芯线的LSA断接模块保护，插入一个保护模块可同时保护五对线，安装于LPZ0－1或更高保护界面。
4.3用于表面安装设备的信息技术系统SPDs
用于电视及卫星电视系统的DEHNgate及通信终端装置的双绞线信息线路电涌保护器DEHNlink。
4.4用于电缆接头的信息技术系统SPDs
用于同轴天线系统电涌保护的DEHNgate及配有50/75/93 Ω同轴连接及100/105 Ω双绞线连接的电脑系统。
5防雷等电位连接
为了彻底消除雷电引起的毁坏性电位差，就需要实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过电涌保护器或直接用导线进行等电位连接，各个内层保护区的界面都要依次进行等电位连接，各个局部等电位连接棒互相连接，并最后与主等电位棒相连。
为防止智能大厦中各个系统线路中感应雷的侵入，需在整个建筑物变压器低压输出端安装DEHN port，在各楼层分配电箱前后、计算机中心机房、电梯机房、交换机机房前加装DEHN guard；在信息技术系统和设备中采用各类终端电涌保护器，尽可能防止外部及内部产生的暂态过电压对低压线路的危害，以保证低压系统运行的安全。
6结束语
在建筑防雷管理中，电气系统安全应该越来越得到重视。雷击是小概率事件，但要做到绝对的安全是不可能的，在很大的程度上我们尽可能做到防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失。防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一两种先进的防雷技术就能解决，必须正确实施防雷技术标准，确保防雷工程可靠性。
参考文献
1牛钊.施工管理中防雷接地系统的质量通病及其控制［J］.陕西建筑，2009（06）
On the Building Electrical System Projects of Mine
Deng Jianhui, Chen Qiu
Abstract: In the building electrical systems, lightning protection design should be carefully considered to take practical mine－awareness programs. Article is based on principles of lightning damage to electrical systems and hazards, a brief introduction in the lightning protection system, electrical system devices, surge protector, lightning protection measures and ways to reduce hazards.
Key words: lightning over－voltage; lightning; lightning protection system installations; electrical system
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：雷电过电压；感应雷；防雷系统装置；电气系统
中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0062－02
在我国，雷电的危害，大家是有目共睹的。尤其是雷电频繁的地区，易发生雷电对建筑物电气系统的干扰和破坏事故，以致造成了多起雷害事故，造成自动化系统的瘫痪和一些电网设备事故，损失较严重。而超过25%的事故是由于雷电及其他电磁干扰等引起的电涌而造成的。因此，我们有必要探讨建筑电气系统防雷技术问题。
1雷电过电压及其二次效应
1.1雷击造成的危险过电压
建筑物遭受雷击后，雷电流泄放到大地将会造成电位升高。根据《建筑物防雷设计规范》GB50057－94（2000年版）中提供的防雷装置地上高度H处电位计算公式及雷电参数：
U＝UR＋UL＝IRI＋L0×（di/dt）×HX
式中，I：雷电流幅值（取150 kA，按二类防雷建筑计）；RI：接地电阻，取良好接地1 Ω；L0：引下线单位长度电感，取1.5 μH/m；
di/dt：雷电流陡度，取150/10＝15 kA/μs；HX：高度，取30 m。
经计算，U＝UR＋UL＝150＋675＝825 kV。
可见，此时电阻电压UR相当大，仅地电位就升高到达150 kV，30 m高度的电位就达到775 kV。它造成高电位引入、反击、感应、耦合等二次效应，对设备、人员的危害程度极大。
从理论上讲，雷电流约有50%是经过传统的外部防雷装置直接流入大地的，还有50%平均流入各电气通道（如电源线、信号线和各种金属管道）。
1.2感应雷的形成
当雷闪放电发生或雷击输电线路时，强大的雷电流会产生强大的电磁场。通过直接或电容耦合的方式，雷电放电将在输电线路上形成暂态过电压，并以流动的形式通过线路流向各分配电系统和用电设备，对分配电系统和用电设备造成严重危害。电网中采用架空避雷线加避雷器等防雷措施，可大大削弱电压
波的强度，减少雷击的破坏程度。但是，这些措施并不能完全消除电网中雷击引起的暂态过电压，仍有一部分幅值较低的过电压在电网中存在，并对一些低压等级的用电设备，特别是计算机和其他一些装有大规模集成线路的电子系统、精密设备及办公设备等造成极大威胁。另外，当雷电击中建筑物时，由于一些电源与电子系统或电子系统之间的电缆与建筑物共用接地系统联接，将有一部分雷电流流进电缆，通过电缆到达电子设备。
电力系统的内部，由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等内部状态变化，致使系统内部参数发生变化，进而引起电力系统内部电磁能量转化，或改变传输过渡过程，在系统中出现过电压，都会形成感应雷。
1.3受雷后感应产生的危害
研究表明，当磁感应强度B为0.03 GS（1高斯＝10－4斯特拉）时，计算机就会产生永久性损坏。有公式计算出：电子设备的误动概率为：P＝93.6%；电子设备永久性损坏概率为：P＝60%。
为了减少雷害，把防雷体系的安全性提高到目前技术能达到的较高程度，需应用先进的防雷措施。而防雷工程是一个系统工程，避雷装置的引雷机制是现代化防雷系统工程的基础。国际电工委员会标准IEC1024－1文件把建筑物防雷装置分为两大类：外部防雷装置组成，即传统的常规避雷装置（避雷针、避雷线或避雷网等），主要是为了保护建筑物免受雷击而引起火灾事故及人身安全；除外部防雷装置外，所有的措施均为内部防雷装置，如等电位连接、屏蔽和加装避雷器等，主要是防止雷电和其他形式的过电压侵入设备造成破坏，这是外部防雷无法保证的。
2现代防雷系统装置——电涌保护器
现代防雷系统装置——电涌保护器，是通过抑制瞬态过电压及旁路浪涌电流来保护设备的保护装置，它能在最短时间（纳秒级）内将被保护的线路接入到等电位系统中，使设备各端口达到等电位，同时把电路上因雷击而产生的大量脉冲能量泄放到大地，降低设备各端口的电位差，从而保护电路上的设备，它至少含有一个非线性元件。
根据电涌保护器的应用，可分为电源系统电涌保护器、信息系统电涌保护器、绝缘火花隙和等电位连接。
根据电涌保护器放电流通量的分类，可分为避雷器、过压保护器、复合型SPD。
对于设备（或系统），必须在各进出线缆上安装相应的电涌保护器，一旦线缆上感应到过电压或遭直接雷击，由于电涌保护器的作用，设备或系统的各端口电压大致达到相等水平（即等电位），设备或系统就会免遭破坏。
目前市场上电涌保护器常用的主要有广州雷迅公司推出的ASP系列、上海雷盾公司的LD系列和德国D公司推出的DEHN port，DEHN guard等系列产品。
3电源系统和设备中电涌保护器的应用
电源系统电涌保护器采用分级保护的形式（10/350 μs，8/20 μs），可配合各级配电装置使用。具有流通量大、响应快速（Ta≤100 ns）、残压值低等特点，能有效地抑制和消除配电系统中的各种暂态过电压对用电设备的危害，保障用电设备安全可靠的运行，广泛应用于智能大厦中证券机房、邮电机房、程控交换机机房、银行机房等信息、网络系统中电子设备的电源环境的防雷保护。
电涌保护器多采用快速响应模块作为基本的暂态过电压泄放吸收单元。
快速响应模块是一种新型的暂态过电压抑制元件，它通过其自身优良的非线性伏安特性来实现对暂态过电压的抑制作
用，无需附加任何放电间隙。正常工作条件下，快速响应模块呈现低电阻的特性，使暂态过电流迅速经快速响应模块泄放，一部分被快速响应模块吸收转化为热能散发到空气中，从而使暂态过电压得以抑制，使用电设备的电压基本稳定。
另外，电涌保护器具有状态指示器，它可以随时监视系统运行状态，及时发现和查找故障。采用对直击雷、感应雷联合防护的新型防雷体系，可有效的防护雷击过电压及操作过电压，对整体及设备可进行较可靠的防护。
在电源电涌保护器的极间配合中，还应注意级间的相隔距离，如达不到相应的要求，就需在级与级之间串连退耦器件DEHN bridge（本文以德国D公司为例），增加导体的感抗。
4信息技术系统和设备中电涌保护器的应用
信息技术系统和设备中电涌保护器的应用，主要有以下几种：
4.1用于终端设备的信息技术系统SPDs
主要为双绞线信息线路电涌保护器，可作为雷击电流SPD、雷击与过电压组合式SPD及过电压SPD部分使用。保护器一般由底座和电涌保护模块组成。具有电涌保护器之间多级耦合无需附加电缆、切换保护模块时不会中断信号传输、屏蔽线能直接或间接接地等特点。可用于高频应用、视频、RS485、通信线、带分流的平衡端口等。
4.2用于rct技术的信息技术系统SPDs
主要为双绞线信息线路电涌保护器DEHNrapid，电涌保护器用于10条和20条两芯线的LSA断接模块保护，插入一个保护模块可同时保护五对线，安装于LPZ0－1或更高保护界面。
4.3用于表面安装设备的信息技术系统SPDs
用于电视及卫星电视系统的DEHNgate及通信终端装置的双绞线信息线路电涌保护器DEHNlink。
4.4用于电缆接头的信息技术系统SPDs
用于同轴天线系统电涌保护的DEHNgate及配有50/75/93 Ω同轴连接及100/105 Ω双绞线连接的电脑系统。
5防雷等电位连接
为了彻底消除雷电引起的毁坏性电位差，就需要实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过电涌保护器或直接用导线进行等电位连接，各个内层保护区的界面都要依次进行等电位连接，各个局部等电位连接棒互相连接，并最后与主等电位棒相连。
为防止智能大厦中各个系统线路中感应雷的侵入，需在整个建筑物变压器低压输出端安装DEHN port，在各楼层分配电箱前后、计算机中心机房、电梯机房、交换机机房前加装DEHN guard；在信息技术系统和设备中采用各类终端电涌保护器，尽可能防止外部及内部产生的暂态过电压对低压线路的危害，以保证低压系统运行的安全。
6结束语
在建筑防雷管理中，电气系统安全应该越来越得到重视。雷击是小概率事件，但要做到绝对的安全是不可能的，在很大的程度上我们尽可能做到防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失。防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一两种先进的防雷技术就能解决，必须正确实施防雷技术标准，确保防雷工程可靠性。
参考文献
1牛钊.施工管理中防雷接地系统的质量通病及其控制［J］.陕西建筑，2009（06）
On the Building Electrical System Projects of Mine
Deng Jianhui, Chen Qiu
Abstract: In the building electrical systems, lightning protection design should be carefully considered to take practical mine－awareness programs. Article is based on principles of lightning damage to electrical systems and hazards, a brief introduction in the lightning protection system, electrical system devices, surge protector, lightning protection measures and ways to reduce hazards.
Key words: lightning over－voltage; lightning; lightning protection system installations; electrical system
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”