雷电电磁脉冲防护分级计算方法

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雷电电磁脉冲防护分级计算方法

雷电过电压对电子设备的危害

　　随着通信技术、计算机技术、信息技术的飞速发展，今日已是电子化时代，日益繁忙庞杂的事物通过高速电脑、自动化设备及通信发展得到井然有序、而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过电压特别是雷电袭击而受到损坏的可能性就大大增加，这是由于以雷击中心1.5km—2km范围内都可能产生危险过电压，损坏线路上设备；其后果可能使整个系统的运行中断，并造成难以估计的经济损失，雷电和浪涌电压成了电子化时代的一大公害。防雷器就是在最短时间（纳秒级）内将被保护线路连入等电位系统中，使设备各端口等电位，同时释放电路上因雷击而产生的大量脉冲能量短路泄放到大地，降低设备各接口端的电位差，从而保护线路上用户的设备。对系统设备而言，电源线路和信号线路是雷电袭击产生过电压并传导的两条主要通道，因此防雷器就分电源系统避雷器和信号系统防雷器。

防雷区域的划分

一、LPZ0A区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷击电流；本区内的电磁场强度没有衰减。
二、LPZ0B区：本区内的各种物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。
三、LPZ1区：本区内的各种物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。
四、LPZn 1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境去选择后续防雷区的要求条件。

注：n=1、2、......。

雷电电磁脉冲防护分级计算方法

　　1．建筑物年预计雷击次数N：
　　　　　　　　　　　N=K·（0.024·Td1.3）·（Ae Ae’）
　　式中：K── 校正系数，一般取1。
　　　　　Td──年平均雷暴日
　　　　　Ae──建筑物截收相同雷击次数的等效面积（KM2）
　　　 　　Ae’──建筑物入户设施的截收面积（电源线、信号线）

　　2．等效面积Ae的计算
　　当建筑物高度H<100M：
　　　　　　　　　　　D= [ H·（200-H）]1/2 （M）
　　　　　　　　　　　 Ae=[L·W 2（L W）·D π·H（200-H）]·10-6 （KM2）
　　式中：L，W ，H分别为建筑物的长，宽，高（米）。

　　（见规范）

　　3．入户设施的截收面积

线路类型

有效截收面积Ae’·10-6 KM2

无金属铠装的光纤电缆

0

埋地信号线

2·ds·L

高压埋地电缆（至现场变电站）

0.1·ds·L

低压埋地电缆

2·ds·L

　　（1）L是考虑线路从建筑物到网络的第一个分支点或相邻建筑物的长度，单位为米，最大值为1000米。当L未知时，应采用1000米。
　　（2） Ds数值上等于土壤电阻率（欧·米），最大为500米。

　　4．因直接雷击和雷电电磁脉冲引起的电子信息系统设备损坏的可接受最大年平均雷击次数
　　　　　　　　　　　　　　　　NC=5.8·10-3/C
　　式中：C=C1 C2 C3 C4 C5

　　C1建筑物材料结构因子

砖混结构

砖木结构

木结构

C1

1.5

2.0

2.5

　　C2信息系统重要程度因子

一般计算机，通讯设备

C类机房

B类机房

A类机房

C2

0.5

1.0

2.0

3.0

　　C3耐冲击能力因子

一般

较弱

相当弱

C3

0.5

1.0

3.0

　　C4设备所在雷电防护区因子

LPZ2或更高层

LPZ1区内

LPZ0B区内

C4

0.5

1.0

1.5-2.0

　　C5发生雷击事故业务中断的后果因子

无不良后果

不允许中断，无严重后果

不允许中断，有严重后果

C5

0.5

1.0

1.5-2.0

　　5．雷电电磁脉冲防护等级计算：
　　　　　　　　　　　　　　　　E=1-NC/N
　　当E>0.98时，定为A级
　　当0.90 　　当0.8 　　当E≤0.8时，定为D级。

　　6．供电电源系统防雷设计
　　1）信息系统机房内电源严禁采用架空线路引出户外；
　　2）信息设备交流供电系统应采用TN-S或TN-C-S系统供电；
　　3）供电系统抗浪涌电压的类别及过电压保护器分级如图所示：
　　4）电源系统SPD
l 入户电力变压器低压侧安装的SPD作为第一级保护时应为三相电压开关型SPD，其雷电通流量不应低于60KA；
l 分配电柜线路输出端SPD作为第二级保护时应为限压型SPD，其雷电通流量不应低于20KA；
l 在电子信息设备交流电源进线端安装SPD作为第三级保护时应为串接式限压型SPD，其雷电通流量不应低于10KA；
l对于微波通讯设备，移动机站通讯设备及雷达设备等使用的整流电源，视其工作电压的保护需要，宜分别选用工作电压适配的直流电源SPD，作为末级保护。
　　5） 配电系统中电源SPD前，后二级的安装距离应大于10米，否则要在期间增加退藕器件。

不同等级的电子信息设备对LEMP防护等级的选择

LEMP防护等级

电子信息设备

设置原则

备注

A级

对内置有电子信息系统的建筑物防雷安全有严格要求、对LEMP敏感度高、要求将瞬时过电压限制到很低水平、重要和昂贵的电子信息设备

宜在低压系统中取3~4级SPD进行保护

　　建筑物电子信息系统的雷电防护，应根据各个建筑物内信息系统的特点因素，综合考虑外部和内部防雷措施（即接闪、分流、接地、屏蔽、等电位连接、共用接地、合理布线、过电压过电流电涌防护等措施）作为整体统一考虑的综合防护的原则和措施。

B级

对内置有电子信息系统的建筑物防雷安全有较严格要求的设备

宜在低压系统中取2~3级SPD进行保护

C级

对内置有电子信息系统的建筑物防雷安全有基本要求的电子信息设备

宜在低压系统中取1~2级SPD进行保护

D级

除上述A、B、C级以外的电子信息系统

宜在低压系统中取1~2级SPD进行保护

供电线路SPD的技术性要求

SPD性能
要求
防雷等级

应采用保护级数

第一级通流容量

第二级通流容量

第三级通流容量

第四级通流容量

其他

架空进线

埋地进线

A级

四级

20-40
(10/350μs)
60
（8/20μs）

40-100
（8/20μs）

20-40
（8/20μs）

10-20
（8/20μs）

UPS后装功率>1.2倍设备总用电量的SPD

第一级埋地进线>50m；第四级SPD应带滤波

B级

三级

10-20
(10/350μs)
60
（8/20μs）

40-60
（8/20μs）

20-40
（8/20μs）

10-20
（8/20μs）

UPS后装功率>1.2倍设备总用电量的SPD

第一级埋地进线>50m；第四级SPD应带滤波

C级

二级

10-20
(10/350μs)
60
（8/20μs）

20-40
（8/20μs） 　 　

埋地进线>50m

D级

一级

20-40
（8/20μs） 　 　 　 　

电源SPD的自保护要求

1．SPD应有当自身泄漏电流超标时能从电路自动切除的装置
2．SPD的外封装材料应为阻燃型材料

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