论文部分内容阅读
摘要：随着我国城市化进程的加快，大量超高层建筑物不断涌现出来，这使得防雷电成为了亟待解决和改善的问题。PLC可编程自动控制系统由于其功能全，自动化程度高等优点，从众多系统方案中脱颖而出。本论文从雷电的产生及危害、PLC防雷接地系统的特殊要求、PLC防雷接地系统的雷电入侵途径、PLC防雷接地系统的雷电入侵途径及防护措施三方面加以论述，使读者对PLC防雷接地系统有更为深刻了解。
关键词：超高层建筑物 PLC可编程自动控制系统 特殊要求 防护措施
前言：
虽说PLC 控制系统在防雷电领域广泛，但雷击事件也时有发生。为此，我们必须结合雷电自身的特点和PLC可编程自动控制系统的实际情况，了解及监控控制设备遭受雷击的途径，保障设备及人身财产不受伤害。
1、雷电的产生及危害
雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。
雷电的危害一般分为两类：一是雷直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。雷电的具体危害表现如下：雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸。雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。
2、PLC防雷接地系统的特殊要求
2.1雷电的反击
雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差会引起闪络。在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电（又叫闪络）的现象
2.2感应雷的产生
感应雷可由静电感应产生，也可由电磁感应产生，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的低压电子设备威胁巨大，计算机网络系统及电话程控交换机的防雷工作重点是防止感应雷入侵。入侵计算机系统的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：第一，由交流电220V电源供电线路入侵。第二，由计算机通信线路入侵。第三，地电位反击电压通过接地体入侵。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地，在附近空间产生强大的电磁场变化，会在相邻的导线上感应击雷电过电压，因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机，反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电线芯片耐压能力很弱，通常在 100伏以下，因此必须建立多层次的计算机防雷系统，层层防护，确保计算机特别是计算机网络系统的安全。
3、PLC防雷接地系统的雷电入侵途径
3.1 直接雷击
直接雷击是指建筑物或其他地表物体放电与雷云间导通，被击中处流过巨大电流，从而产生巨大的电动效应、热效应、电磁效应等，破坏被击中的物体。雷电击中某处后，激起的電磁波又会向外传播，破坏或影响附近的电气设备。
3.2传导雷（雷电波侵入）
在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。
3.3感应雷击（二次雷击）
感应雷击是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物上的金属物件，如管道、钢筋、电线、反应装置等感应出与雷雨云电荷相反的电荷，造成放电所引起。发生雷击时，LEMP 在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。
4、PLC防雷接地系统的防护措施
4.1直击雷防护
直击雷防护技术以避雷针、避雷带、避雷网、避雷线为主要，其中避雷针是最常见的直击雷防护装置。当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。避雷针冠以“避雷”二字，仅仅是指其能使被保护物体避免雷害的意思，而其本身恰恰相反，是“引雷”上身。
4.2接地和等电位连接
所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起。如屋顶金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架等。当采用屏蔽电缆时，其屏蔽层应至少在两端并在防雷区交界处做等电位连接。在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，这样做具有经济、实用、便于施工、节约材料的特点。我市的高层建筑物地下部分一般为1层地下室，基坑较深，基础多为人工挖孔桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩等桩基础。因此，可利用桩基、桩承台和基础底板梁的钢筋通过可靠的电气连接作为接地网，能达到良好的接地效果。但不能认为自然接地体埋的越深，接地电阻值就越小，应通过地质勘探报告了解周围的土质情况来确定。
4.3屏蔽措施
防雷屏蔽在近代防雷3大措施的重要一环。防雷屏蔽提出的观点主要是考虑到现在的脆弱的电子器材，广义说，以前的电气防雷是不用考虑进去的，但现在的自控电子越来越多，交叉技术的运用广泛，因此，电气也不得不考虑进去了。计算机系统所有的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽（且强电线路与弱电线路不能同槽或同沟敷设，分别做好屏蔽后并保持相应的安全距离），在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼（即法拉弟笼）。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。
4.4电源线路过电压防护
过电压是在雷电放电、开关过程以及静电放电时形成并沿线窜入的，其可能对信息系统造成危害的入侵渠道主要是电源线、信号线和接地线。电源系统的雷击电涌过电压防护的具体措施是：在需要保护的各电源线路上，根据分区和分类的情况，安装相应的过压保护器（SPD），运用SPD的过压分流箝位原理来达到泄流限压的目的，从而将过电压降到设备能够承受的水平。
结语：
目前随着超高层建筑物的出现，对防雷接地系统的设计，施工及监理提出了更高的要求。要确保弱电系统传输信号的稳定性、设备的抗干扰性，必须加强内部防雷与外部防雷，以提高整体防雷的效果。
参考文献
[1] 王功胜. 浅谈高层建筑物的防雷与接地[J]. 广东电力， 2005（2）
[2] 江期洪.浅谈智能建筑综合防雷技术及施工措施[J].山西建筑，2007，33（23）：179-180.
关键词：超高层建筑物 PLC可编程自动控制系统 特殊要求 防护措施
前言：
虽说PLC 控制系统在防雷电领域广泛，但雷击事件也时有发生。为此，我们必须结合雷电自身的特点和PLC可编程自动控制系统的实际情况，了解及监控控制设备遭受雷击的途径，保障设备及人身财产不受伤害。
1、雷电的产生及危害
雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。
雷电的危害一般分为两类：一是雷直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。雷电的具体危害表现如下：雷电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸。雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。
2、PLC防雷接地系统的特殊要求
2.1雷电的反击
雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差会引起闪络。在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电（又叫闪络）的现象
2.2感应雷的产生
感应雷可由静电感应产生，也可由电磁感应产生，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的低压电子设备威胁巨大，计算机网络系统及电话程控交换机的防雷工作重点是防止感应雷入侵。入侵计算机系统的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：第一，由交流电220V电源供电线路入侵。第二，由计算机通信线路入侵。第三，地电位反击电压通过接地体入侵。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地，在附近空间产生强大的电磁场变化，会在相邻的导线上感应击雷电过电压，因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机，反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电线芯片耐压能力很弱，通常在 100伏以下，因此必须建立多层次的计算机防雷系统，层层防护，确保计算机特别是计算机网络系统的安全。
3、PLC防雷接地系统的雷电入侵途径
3.1 直接雷击
直接雷击是指建筑物或其他地表物体放电与雷云间导通，被击中处流过巨大电流，从而产生巨大的电动效应、热效应、电磁效应等，破坏被击中的物体。雷电击中某处后，激起的電磁波又会向外传播，破坏或影响附近的电气设备。
3.2传导雷（雷电波侵入）
在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。
3.3感应雷击（二次雷击）
感应雷击是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物上的金属物件，如管道、钢筋、电线、反应装置等感应出与雷雨云电荷相反的电荷，造成放电所引起。发生雷击时，LEMP 在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。
4、PLC防雷接地系统的防护措施
4.1直击雷防护
直击雷防护技术以避雷针、避雷带、避雷网、避雷线为主要，其中避雷针是最常见的直击雷防护装置。当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。避雷针冠以“避雷”二字，仅仅是指其能使被保护物体避免雷害的意思，而其本身恰恰相反，是“引雷”上身。
4.2接地和等电位连接
所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属件都应等电位连接在一起。如屋顶金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架等。当采用屏蔽电缆时，其屏蔽层应至少在两端并在防雷区交界处做等电位连接。在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，这样做具有经济、实用、便于施工、节约材料的特点。我市的高层建筑物地下部分一般为1层地下室，基坑较深，基础多为人工挖孔桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩等桩基础。因此，可利用桩基、桩承台和基础底板梁的钢筋通过可靠的电气连接作为接地网，能达到良好的接地效果。但不能认为自然接地体埋的越深，接地电阻值就越小，应通过地质勘探报告了解周围的土质情况来确定。
4.3屏蔽措施
防雷屏蔽在近代防雷3大措施的重要一环。防雷屏蔽提出的观点主要是考虑到现在的脆弱的电子器材，广义说，以前的电气防雷是不用考虑进去的，但现在的自控电子越来越多，交叉技术的运用广泛，因此，电气也不得不考虑进去了。计算机系统所有的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽（且强电线路与弱电线路不能同槽或同沟敷设，分别做好屏蔽后并保持相应的安全距离），在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼（即法拉弟笼）。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。
4.4电源线路过电压防护
过电压是在雷电放电、开关过程以及静电放电时形成并沿线窜入的，其可能对信息系统造成危害的入侵渠道主要是电源线、信号线和接地线。电源系统的雷击电涌过电压防护的具体措施是：在需要保护的各电源线路上，根据分区和分类的情况，安装相应的过压保护器（SPD），运用SPD的过压分流箝位原理来达到泄流限压的目的，从而将过电压降到设备能够承受的水平。
结语：
目前随着超高层建筑物的出现，对防雷接地系统的设计，施工及监理提出了更高的要求。要确保弱电系统传输信号的稳定性、设备的抗干扰性，必须加强内部防雷与外部防雷，以提高整体防雷的效果。
参考文献
[1] 王功胜. 浅谈高层建筑物的防雷与接地[J]. 广东电力， 2005（2）
[2] 江期洪.浅谈智能建筑综合防雷技术及施工措施[J].山西建筑，2007，33（23）：179-180.