探讨高层建筑物雷电波侵入的防护措施

雷电波侵入是指直击雷或感应雷从输电线、通信电缆、无线电天线等金属的引入线引入建筑物内 ,发生闪击而造成的“高电位引入”雷灾现象。这种雷害事故的发生率很高 ,可占总雷害事故的 70 %以上 ,而往往事故又较为严重。因此对雷电波侵入及防护应予以足够的重视。对雷电波的入侵的防范措施除了按《建筑物防雷设计规范》的要求外，本文提出还应采用以下保护措施。
1串联间隙氧化锌避雷器及其应用
1.1串联间隙氧化锌避雷器的特点
(1)串联间隙氧化锌避雷器的间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压，时间极短(100ps内)，在其它情况下阀片对于电网电压，或处于隔离状态(纯间隙时)，或处于低电位状态(复合间隙电阻分压)，大大改善阀片长期工作条件，还可免受暂态过电压危害和温度热损伤，保证阀片温度不超过55℃，从而保证避雷器寿命达20年以上。
(2)串联间隙氧化锌避雷器的间隙结构不同于碳化硅避雷器，因其间隙数量少，当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿，同时因隙距大、动作特性稳定，故它可避免碳化硅避雷器间隙带来的一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器的间隙已将全部暂态过电压限定在保护死区内免受其危害，故它可避免无间隙氧化锌避雷器因拐点电压偏低带来一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器仍有前两种避雷器(碳化硅避雷器和无间隙氧化锌避雷器)保护性能优点，而避免它们的缺点，是一种理想地扬长避短产品。无愧是当代最先进防雷电器。
(3)串联无间隙氧化锌避雷器可附带脱离器，当其失效损坏时，脱离器自动动作(30mA时不大于8min)退出运行，以免造成更大损失和事故，提高运行安全可靠性。
(4)串联间隙氧化锌避雷器因有间隙，大大改善阀片长期工作条件，产品制造时对阀片测试筛选要求相对低些，合格率高成本低，价格也就便宜，串联间隙氧化锌避雷器价格比无间隙氧化锌避雷器普遍便宜，有时也比碳化硅避雷器(如3~10kv的Fz型)便宜，同时它对其它防雷器件都有扬长避短作用，实为当代最先进防雷电器，最适于用作更新换代的普及品推广使用。
(5)使用串联间隙氧化锌避雷器就没有降低安全的基本要求，在此基础上的技术改革，淘汰落后推广先进，只会提高保护性能，提高技术水平，纵观所有防雷器件，只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述要求。
综合来看，旧防雷器件的有些缺点，使用氧化锌避雷器能弥补，有些缺点只有串联间隙氧化锌避雷器能弥补，对所有缺点用串联闻隙氧化锌避雷器都能弥补，这是它具有扬长避短突出优点，使其具有非凡生命力，成为当代最先进防雷电器。
1.2 高层建筑的配电网设计应注意的几个问题
(1)彻底淘汰保护间隙和管型避雷器，用串联间隙氧化锌配电避雷器对之更新换代。
(2)配电系统中原有的碳化硅避雷器和无间隙氧化锌避雷器用串联间隙氧化锌避雷器进行更新换代。
(3)新建工程一律选用串联间隙氧化锌避雷器。
2 建筑物内电源系统的防雷保护措施
2.1 配电变压器的防雷保护
配电变压器是交流供电系统的重要设备，对配电变压器采取防雷保护措施，一方面可以防止变压器自身受到雷电过电压的损坏，提高向建筑物内电子设备供电的可靠性;另一方面也可以防止雷电过电压波通过变压器传播到建筑物内的电源系统，使电子设备得到保护。
在变压器的高、低压侧均装设避雷器。高压侧装设三个串联间隙氧化锌避雷器，低压侧也装设三个串联间隙氧化锌避雷器。高压侧的三个避雷器应尽量靠近变压器，其接地端直接与变压器的金属外壳相连，以减小雷电暂态电流在引线寄生电感上产生的压降。当雷电过电压波沿高压线路传播到变压器时，高压侧避雷器动作，由于它们的接地端与变压器金属外壳及低压侧中性点都连在一起后接地，作用在变压器高压侧主绝缘上的电压只是避雷器的残压而不含接地电阻及接地引下线寄生电感上的压降。通常，仅在高压侧装三个避雷器尚不能完全保护变压器，其原因在于：
(1)雷击于低压线路或低压线路受到附近雷击时的感应作用，使变压器低压侧绝缘损坏。
(2)雷击于高压线路或高压线路遭受附近雷击时的感应作用，此时高压侧三个避雷器动作，流过避雷器的雷电暂态电流会在接地电阻及接地引下线寄生电感上产生压降，这一压降会作用在低压侧中性点上，而低压侧的出线此时相当于经出线波阻抗接地，因此这一压降的绝大部分加在低压绕组上，经电磁祸合，在高压绕组上将会按变压器的变比出现很高的感应电势。由于高压绕组的出线端电位此时已被避雷器固定，同时在高压绕组中感应的电位分布在中性点呈现出最高值，这样就有可能造成变压器绝缘的击穿。这种由高压侧避霄器动作在低压侧造成高电位，再通过电磁祸合变换到高压侧的过程称为反变换过程。
(3)低压线路遭受雷电感应或直接雷击时，雷电过电压作用于低压绕组，并按变比祸合到高压绕组。由于低压侧的绝缘裕度比高压侧大，有可能在高压侧先引起绝缘击穿，这一过程称为正变换过程。
为了抑制由正、反变换过程产生的暂态过电压，需要在低压侧也装三个低压氧化锌避雷器，避雷器的接地应就近接在变压器的金属外壳上。这三个避雷器能够限制低压侧出现的暂态过电压，从而也能有效地抑制正、反变换过程在高压侧产生的暂态过电压。
2.2 建筑物内电子设备电源系统的防雷保护
建筑物内电子设备使用的交流电源通常是由供电线路从户外交流电网引人的。当雷击子电网附近或直击于电网时，能够在线路上产生过电压波，这种过电压波沿线路传播进入户内，通过交流电源系统侵入电子设备，造成电子设备的损坏。同时，雷电过电压波也能从交流电源侧或通信回路传播到直流电源系统，危及直流电源及其负载电路的安全。随着各种先进电子设备广泛配备于各类建筑物中，对电子设备电源系统防雷问题正普遍受到关注。
对于建筑物内电子设备的保护而言，一般应首先在供电线路进入建筑物的入口处设置保护装置，这样做可以将沿供电线路袭来的雷电过电压侵入波防护于建筑物之外，那些高精尖的电子设备，还需要在它们的电源输入端前设置保护装置。为了避免雷电由交流供电电源线路入侵，可在建筑物的变配电所的高压柜内的各相安装避雷器作为一级保护，在低压柜内安装氧化锌防雷装置作为第二级保护，以防止雷电侵入建筑物的配电系统。为谨慎起见，可在建筑物各层的供电配电箱中安装电源避雷器作为三级保护，并将配电箱的金属外壳与建筑物的接地系统可靠连接。
2.2.1 电子设备电源的单级保护
当雷击输电线或雷闪放电在输电线附近时，都将在输电线路上形成雷电冲击波，其能量主要集中在工频至几百Hz的低端，容易与工频回路祸合。雷电冲击波从配电线路进入电子设备的电源模块以及从配电线路感应到同一电缆沟内的自控网络线上进入电子设备的通讯模块的机率比从天线和信号线路进入的要高得多。因此配电线路的防雷是系统防雷的重要部份。配电系统在高、低压进线都己安装有避雷装置，但自控电子设备的电源机盘仍会遭受雷击而损坏。这是因为这些措施的保护对象是电气设备而自控设备耐过压能力低，同时，这些避雷器启动电压高而且有些有较大的分散电容，与设备负载之间成为分流的关系，从而加在自控设备上的残压高，极易造成电子信息系统设备的损坏。
2.2.2 电子设备电源的三级保护
用单一的器件或单级保护很难满足电子信息设备对电源的要求，所以对电源防雷应采取多级保护措施，具体级数根据各自实际情况而定。
第一级在变压器二次侧，主要泄放外线等产生的过电压，电流大，启动电压高(920~1800V)。第二级在各控制站电子设备专用隔离变压器前，主要泄放第一级残压、配电线路上感应出的过电压和其它用电设备的操作过电压、其电流居中，启动电压居中(470~1800v)。隔离变压器的安装非常重要，它能有效抑制各种电磁干扰，对雷电波同样有效。末级在PLC或其他电子设备专用电源模板前，主要泄放前面的残压，完全可达到箱位输出，其残压低，晌应时间快。
有条件尽可能以从总配电柜开始将自控系统的电源线单独布排。各级避雷器应尽量靠近被保护设备以免雷电侵入波发生正的全反射。各级启动电压可据系统而定，但末级应尽量达到箱位输出。国内和国外的各系列电子避雷器均有较好的性能。有些还增加了放电管、雷击计数器、避雷器漏电流检侧电路，其使用、检侧很方便。采用电子避雷器后其电子设备一般不会在再遭受过电压
3 结束语
我国的高层建筑物防雷电波设计中还存在其他许多问题，如制订电气设计规范的迟后以及规范的实施不力等等，我国建筑电气水平与发达国家相比存在一定的差距。我国加入世贸组织后，IEC标准将更加有利于与国外电气安全要求上的沟通和一致。我国高层建筑电气设计中的许多问题也会进一步加以明确和解决，高层建筑必将带给人们更加安全、舒适的工作，生活环境。

参考文献：
[1] 中华人民共和国国标.建筑物防雷设计规范[S]，北京:中国计划出版社，2000
[2] 张小青.建筑物内电子设备的防雷保护[M].北京:电子工业出版社，2006
[3] 建筑物防雷设计规范 GB 50057-94 2000年版.
[4] 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB 50343-2004.
[5]交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 DL/T 620-1997