新型將“線(面)”防雷轉變為“點”防雷的差異化防雷方法

余建平

(軍事經濟學院襄陽士官學校，湖北 襄陽 441118)

新型將“線(面)”防雷轉變為“點”防雷的差異化防雷方法

余建平

(軍事經濟學院襄陽士官學校，湖北 襄陽 441118)

摘要：隨著計算機網絡技術和微電子技術的發展，其在軍事裝備上的應用越來越普遍，同時也增加了由于雷電帶來的損失，而僅僅依靠避雷針等單一的措施已經不能滿足通信電子設備的防雷需求。分析了差異化的防雷策略，并通過實例闡述了將“線(面)”防雷轉變為“點”防雷的差異化防雷措施。

關鍵詞：電子設備；差異化防雷；“線(面)”防雷；“點”防雷

在軍事領域中，微電子等高新技術的應用越來越廣泛，大多數新研制裝備的電子設備采用低電壓、高集成的集成電路，智能化水平很高；然而，這些微電子設備也存在一定的問題，如絕緣強度較低、過電壓和過電流耐受能力較差以及電磁干擾的敏感度低等。防雷是保證這些微電子設備正常運行的關鍵因素之一，一旦發生雷擊，雷電的電磁脈沖將會影響電子設備數據信號、信息的傳輸速率和穩定性，甚至直接損壞電子芯片，使設備不能正常運行[1-3]。

1差異化防雷措施研究

由于防雷是一項系統工程，而雷電活動差異、防雷分析計算方法差異、防雷分析計算方法差異、防雷工程技術經濟性差異和防雷維護措施差異等都會影響雷害的防治。通過分析各種防雷措施，找出其配合規律，才能提高防雷的經濟性、實現性和防雷效果，做到“有側重、有選擇、有差別、有針對”的電子設備防雷工作策略。

1.1接地防護

接地防護是將電纜、管道和全部金屬外殼部件連接在一起，并就近連接接地網和屏蔽籠。由于電子設備的防雷接地全部采用共用接地的方式，設備接地電阻的最小值為其接地電阻值(一般≤4 Ω)，而直流工作接地的電阻值應根據實際情況具體確定。

1.2等電位連接

等電位連接的主體主要包括建筑物中的金屬管道、電子設備的主要金屬構件、供電線路外漏的可導電部位、電子設備構成的信息系統和防雷裝置等。如果建筑物的電子設備數量較多，通入室內的線路應盡量采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端和鐵管鏈段需接地。

1.3利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播

由于雷電電磁脈沖在電源線路或者是信號線上能夠感應出瞬態過電壓波，因此應采用金屬屏蔽層電纜，并單獨鋪設。金屬管線和金屬橋架一定要和接地裝置可靠連接[4]。小型精密電子儀器可以采用籠式避雷網，電氣儀表的防雷屏蔽方式則可以采用金屬的儀表箱。

1.4加裝電子信號線隔離裝置

如果電子設備直接和隔離開關或斷路器相連，雷擊時，感應電流會對其造成干擾。為了取得較好的防雷效果，需要采用繼電器隔離和光耦合隔離等裝置。除此之外，電子設備的電線上還應逐級安裝避雷器，進行多級防護，逐級消弱雷電感應電波，將其對電子設備造成的損害降至最低。

1.5引下線

引下線是直接將接閃器(避雷針等)接閃的雷電流安全的引導入地。引下線應該布置在建筑物四周對稱的均勻位置，其數量應≥2根，間距應≤18 m。引下線應和各層均壓環焊接，采用10 mm的扁鋼或者是相同面積的圓鋼。如果建筑物采用的是框架結構，則防雷引下線為建筑物內的鋼筋。

1.6安裝避雷帶

避雷帶就是在建筑物屋頂周圍利用扁平的金屬帶做接閃，它是以避雷線為基礎改進而來。使用避雷帶的優點較多，可以和樓頂的裝飾、房屋外形相結合，外形美觀，保護范圍較大，防雷效果較好。避雷帶的材質一般為扁鋼，其厚度應≥4 mm，截面積應≥48 mm2。根據相關規定可知，二類防雷建筑避雷帶在整個屋面組成的網格應≤12 m×8 m，或者≤10 m×10 m；三類防雷建筑避雷帶在整個屋面組成的網格應≤20 m×20 m，或者≤24 m×16 m，如果安裝避雷針，避雷針和避雷帶應該相互連接。

以上述6種防雷措施，除了避雷帶為“線(面)”保護外，其余的各項保護措施均為“點”保護。

2新型將“線(面)”防雷轉變為“點”防雷的差異化防雷方法

針對軍用電子設備的防雷現狀，防雷工作應從軍事設施建筑物防雷和電子設備防雷等2個方面進行研究改進。本文主要針對某一軍事設施建筑物屋外防雷進行設計。根據以往的防雷經驗可知，僅依靠以“典設”為指導的防雷保護設計和“宏觀統計規律”指導下的防雷策略不能滿足防雷要求，因此，需要研究新型差異化的防雷措施和防雷方法，通過分析各項防雷措施的特點，找到各類防雷措施的配合規律，綜合利用，提高防雷效果。

該軍事設施建筑物地處部隊內部，周圍沒有其他高層建筑，長為30 m，寬為7 m，高為17 m，機房配電系統采用TN-S方式，其平面示意圖如圖1所示。

圖1　建筑物平面示意圖

該軍事設施建筑物防雷措施主要包括接閃、分流和接地等3個部分。其中，接閃主要是通過避雷帶和避雷針等接收雷電流；分流主要是通過管線、金屬結構和引下線等對雷電流進行重新分配，使其通過接地裝置進入大地。為了避免雷擊，在構建電子信息系統機房過程中，應采取具有屏障作用的鋼筋混凝土框架結構，框架結構內主筋的圓鋼直徑應≥12 mm，墻體內用鋼筋設置屏蔽層，鋼筋網采用的圓鋼直徑應≥8 mm，焊接形成的網格應≤0.60 m×0.60 m，網格和主筋之間的連接應采用焊接的方式，主筋上端和下端分別和接閃帶、基礎接地網連接。整體防雷措施如圖2所示。

圖2　計算機電子設備大樓整體防雷措施

2.1安裝避雷帶和避雷針

該軍事設施建筑物外部防雷系統的接閃器采用避雷帶和避雷針。敷設避雷帶的位置一般為易遭受雷擊的屋角屋脊、屋面外圍、檐角和屋檐等處。由于本樓的寬度為7 m，因此只沿屋面邊沿敷設1圈避雷帶，然后對避雷帶進行具體布置。避雷帶用支持卡固定，2個支持卡間隔1 m，拐彎處間隔0.5 m，避雷帶的高度為0.15 m，在避雷帶的每個拐角處布置避雷針。避雷帶采用直徑為8 mm的鍍鋅圓鋼。對于機房屋頂的凸起部位，則就近和避雷帶的兩處相連。避雷帶布置圖如圖3所示。工程中單支避雷針的保護范圍如圖4所示。

圖3　避雷帶布置圖

圖4　單支避雷針保護范圍平面圖

避雷針的高度h通過下式計算確定：

(1)

(2)

式中，rx是避雷針在高度為hx的xx'平面上的保護半徑，單位為m；hr是滾球半徑，本文中其值為60 m；hx是被保護物的高度，單位為m；r0是避雷針在地面上的保護半徑，單位為m。根據式1和式2進行計算，得到避雷針的高度為5 m。

2.2引下線布置

布置引下線時，沿著計算機機房大樓的外墻明敷，并設計最短的路徑接地。引下線采用的鍍鋅扁鋼，截面積為48 mm2，每條引下線和地面距離1 m之間裝設斷接卡。在人員經常接觸和走動的地方采用暗敷處理，暗敷的距離為距離地面上1.7 m和距離地面下0.3 m。本樓設計的引下線數量為6根。

2.3接地裝置

蓋樓接地裝置采用人工接地體，其中垂直接地體采用材質為50×50×5的鍍鋅角鋼，其長度為2.5 m，敷設間距選擇5 m；水平接地體選擇的材質為4#鍍鋅扁鋼，長度為10 m，沿建筑物的周邊進行布置，埋設的深度為0.8 m。

通過對軍事設施建筑物屋外防雷措施進行研究，提出了一種新型的將“線(面)”防雷保護轉變為“點”防雷保護的差異化防雷策略。利用屋頂容易遭受雷擊的屋角屋脊、屋檐和檐角等設置避雷帶，加裝避雷針，將雷電流引至這些避雷針和避雷帶上，降低雷擊發生的概率；同時采取引下線、接地裝置等防雷手段，防止因“引雷”而導致的雷擊事件。由原來的以避雷帶為中心的“線(面)”防雷保護轉變成以避雷針為中心的“點”防雷保護措施。

3結語

現代防雷技術強調的是全方位、高效果的防雷策略。防雷工作是一項系統的工程，在進行防雷設計時應考慮全面，同時加強防雷裝置的檢測。本文提出了一種新型的差異化的將“線(面)”防雷轉變為“點”防雷的方法，綜合應用各種防雷策略，從短期效果來看，顯著提高了防雷的效果。

參考文獻

[1] 王開宇,宮沿平.電子設備防雷應用解決方案[J].黑龍江水利科技,2009(2)：95-96

[2] 谷山強,陳家宏,陳維江,等.輸電線路防雷性能時空差異化評估方法[J].高電壓技術,2009,35(2):294-298．

[3] 李景祿,王林.現代防雷技術研究[M].北京:中國水利水電出版社,2009．

[4] 洪瑞,高曉非，張谷立，等.多干擾源信號采集屏蔽技術研究[J].新技術新工藝,2014(10)：84-85．

責任編輯馬彤

The New Differentiation Method Lightning Protection of Converting Line (Surface) Lightning

Protection into the “Point”

YU Jianping

(Military Economics Academy Xiangyang Officer School, Xiangyang 441118, China)

Abstract：With the development of computer network technology and microelectronics technology, their application in military equipment is increasingly common, but increases the damage caused by lightning. It has been unable to meet communications and electronic equipment’s anti-Ray needs when just rely on a single measure such as lightning rod. This paper analyzes the different method of lightning protection, and finally it describes the lightning protection measures of converting line (surface) lightning protection into the point with an example.

Key words:electronic equipment，differentiation mine， line (surface) lightning protection， point lightning protection

收稿日期：2015-03-12

作者簡介：余建平(1961-)，男，副教授，主要從事教學管理、計算機、數學等方面的研究。

中圖分類號：TM 863

文獻標志碼:A