真正的雷电防护是存在的并且是有效的。


好消息。如果到了本网站的最后,您还认为有效的雷电防护是不存在的,那么这是我们的失职。

事实是CIGRE 2013 技术手册 549 确认了有效的雷电防护的策略以及设备,这些设备已经成功地保护着电子设备长达五十年。如今CIGRE已经鉴定出雷击的真实危害,明确提出能够保护电子设备免受这些雷击危害的电涌防护措施不是件难事。

有效的电涌防护的关键是提供一条低阻抗的替代入地路径该路径是雷电流所优先选择的而非原来的(直接通过电子设备)的路径。在绝大部分的地方,100个危险案例中,直击雷击中建筑结构的案例将少于4个,其余的则是通过连接的电力线缆或通信线缆侵入的非直击雷电涌。直击雷是最致命的,受此威胁的建筑结构应该安装避雷针、下引导体及接地系统来进行防护。要防护更为普遍的危险类型(电涌通过大地或服务线缆入侵到建筑物内),就必须安装电涌保护器。在(建筑)进线端的电涌保护器必须能够处理峰值为160kA的雷电流(8/20µs)以及对于重要的设施或雷击事故高发区域,安装200kA-300kA的保护器。电涌保护器必须反应迅速能在几个纳秒内将强大的电流转移掉,使上升的电涌被快速箝制以确保下游的电子设备安全无恙。一个电涌保护器必须被设计为能够处理多重的脉冲冲击 – (这是)雷电所有特征参数中最具特性的一个。电涌保护器的生存能力应该与应用设计的寿命相当。

接下来是一个CIGRE 2013 TB549 所认定的雷击关键参数表,与之一起的还有相关适用的电涌防护的参数:

CIGRE 2013 技术手册 549 参数表

所认定的雷击保护参数

所有的雷击之中有5% 要高于100kA(第3.1节) 指定进线口的电涌保护器最小的等级为160kA。
所直接测量到的负极雷击的最高峰值电流为200kA,而正极雷击为300kA。从远程测量的电气及磁场数据显示存在着高达500kA的雷电流 (第3.1节)。 对那些关键性的设备或者高危雷击区,规定200kA到300kA.

80%的雷击包含多重脉冲。(首次冲击随后是后续的平均2-4个冲击);平均间隔时间为:60ms。

  • 使用能够通过多重脉冲冲击测试的电涌保护器,例如是5个或更加紧凑的冲击 ,这种条件更能模拟真实的雷击。
30%的案例,后续冲击具有比首次冲击更高的电流值。 指定每相具有多条带保险装置的独立保护路径,这种真正的冗余设计给设备提供了持续的保护即使是一个SPD的元件被首次雷击损毁的时候。
电压降(电涌)可在火线与火线之间、导体与零线之间、导体与地线之间,以及地与零线之间。 指定电涌保护器具有“全模式”保护。

CIGRE报告中第10.2节告诉我们:特定区域内雷地闪电的密度(数量)“是迄今为止,与雷电防护相关的任何种类的设施最相关的因素”。地球上每秒钟有25次的雷击,每年、每月、每天、每小时、每分钟、每秒种都有雷击,年复一年都此。

指定可以长时间抵御这种类型的能量的电涌保护器,比如说20年。

 
雷电波不是在击中结构或电气系统后很快分散或减少吗?一个额定160kA、200kA或更高的电涌保护器真的需要吗?

虽然一个电涌保护器遇到200kA电涌的机会很小,这种等级的保护器是需要的,以下是5个理由:

1) 处理真实的雷击。. CIGRE2013 报告证实了80%以上的雷击包含有多重间隔紧密的脉冲冲击(平均3-5个)。如果SPD不能处理雷击这方面的特性就不能被成为SPD。这是火花间隙生产厂家不想让您知道的:一个粗制滥造的SPD可能可以通过单个脉冲的测试,但完全无法处理真实雷击的多重脉冲。等级在160kA以上的MOV的SPD 非常强悍,能处理雷电的折中“多重脉冲”的特性,但直到今天,仍然被62305雷电保护系列完全忽视。 (阅读这是雷击的多重脉冲是如何比单个脉冲给SPD带来更多的压力的)

2) 箝制能力。 按照以上图表的建议所制造的SPD可以让SPD内部的元件分别承担电涌电流,并且具有好得多的箝制能力。例如我们知道一个测试中单个的MOV SPD将多个100kA的脉冲箝制到了足以保护敏感电子设备的低电压水平。

3) 保险装置。 如此建造的SPD可以拥有内置的200kA或300kA的保险装置。这远比单个20kA或40kA保险装置的小型SPD要好得多。200kA复合保险装置的SPD必定能处理更多更大的电涌。

4) 生存能力---以上图表所显示的SPD等级,寿命更长。如果您的房子或一个电信基站或工厂,它们的设计寿命是20年,逻辑上讲电涌保护器应该相等。那个经常听说的“MOV的寿命较短”只普及于火花间隙制造商生产的小型的“等级II”SPD。一个正确设计的 MOV SPD(根据以上图表的等级)可以承受20年的高等级雷电脉冲冲击。谨防只有1年或5年保用期的“SPD”。

5) 实用证明和可靠性. 在50年的实际应用中,显示了按照以上图表的等级所应用的MOV SPD真正起到保护电子设备免遭雷击的作用,为终端用户省却麻烦。

对于进入建筑物的通信线缆怎么样,它们同样也会传导电涌?

是的,的确会的。由于CIGRE 2013 技术手册549 主要是针对电力工程,所以雷电对电话线、网络线缆等的影响没有涉及。但一个全面的雷电保护应该包括使用适当的数据线保护器来保护进入的通信线缆免受过电压的入侵。

对于接地系统、接闪器、下引导体等电位连接等又如何?

任何的技术手册及标准都已经非常详细地涉及到接地系统、接闪器、下引导体及相关的题目。绝大部分技术规范及标准都同意正确接地这个基础。 参见国家雷电安全协会所准备的关于接地操作的优秀总结的节要 (www.lightningsafety.com). 大家基本同意需要一个单个的接地系统,一个场地中所有不同的接地系统及电气系统都必须低阻抗地连在一起((等电位连接)。这是一个设计的关键点因为这种做法消除了存在不同接地系统时可能出现的电位差。

接地电阻

由于我们在讨论接地的主题,所以我们应该大致地提一下接地电阻值。当基于10/350 波形的电涌防护失败时,我们听到的最常见的借口是“您这5欧姆的接地电阻太高了”。一个适当的接地系统非常重要,但有效的电涌防护可以存在于不管接地电阻值是5欧姆、10欧姆、25欧姆甚至更高。但某个承包商试图向您推销夸张的接地电阻值时(“您需要将您的接地电阻值减低到1欧姆以下,电涌保护器才会起作用……”),此人根本不知道自己在讲什么。

雷电防护中保存得最好的秘密
  • 再好的接闪器及接地系统,在与无效的电涌保护器连用时,也不会阻止雷电对电子设备的破坏。
  • 任何根据以上章节的指引所建造的合理的接地系统,在与符合以上图表的参数要求的能胜任的SPD连用时,都将完全地保护下游的电子设备。