高校實(shí)驗室電氣安全系統實(shí)用技術(shù)

摘要：重點(diǎn)闡述現代防雷的分區理論，指出高校實(shí)驗室防雷電和防浪涌的基本思路，介紹防雷產(chǎn)品的設計選型的實(shí)用方法和技術(shù)。

關(guān)鍵詞：雷電；防雷分區理論；接地系統；浪涌電壓；設計和選型 一、高校實(shí)驗室防雷設計的重創(chuàng ) 隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子計算機早已步入社會(huì )的各行各業(yè)。建筑物內幾乎無(wú)不設有復雜程度不同的微電子設備、精密儀器和計算機系統，高校實(shí)驗室也不例外。因此，實(shí)驗室除了上述外部的防雷保護外，還應有室內防雷保護、過(guò)電壓及浪涌保護等等。實(shí)驗室中的低壓供電系統、測量和控制系統、計算機系統，有許多因素可引起過(guò)電壓浪涌，而又有如下四種因素造成的危害最大——直擊雷、附近的雷擊、遠處的雷擊、開(kāi)關(guān)浪涌。如果雷電直接對有外部防雷裝置的建筑物或直接打到建筑物頂部的可以通過(guò)某種途徑傳輸雷電電流入地的裝置（如室外天線(xiàn)、衛星接收裝置等），使得地電位抬升，一大部分雷電流通過(guò)保護接地線(xiàn)進(jìn)入到建筑物的裝置和連接的設備，有這種效果的可叫做直接雷。雷電也可能直接對電源線(xiàn)（低壓架空線(xiàn)）或數據線(xiàn)放電，大部分高能雷電流被引入到建筑物里，這也是直擊雷的范圍。而附近的雷擊是指即使建筑物本身沒(méi)有遭到雷擊，附近的雷電閃擊也可能引起建筑物裝置上的過(guò)電壓。這個(gè)浪涌過(guò)電壓直接或通過(guò)電感性或電容性耦合到達電子裝置、設備的線(xiàn)路上。部分雷電流也可能通過(guò)大地傳送到接地裝置從而引起極大的危害，或者通過(guò)雷電放電通道散發(fā)出的磁場(chǎng)，在設備的線(xiàn)路上感應出過(guò)電壓，建筑物內的長(cháng)導線(xiàn)回路特別容易感應出過(guò)電壓。容性耦合是通過(guò)具有高電壓差的兩點(diǎn)之間的電場(chǎng)產(chǎn)生的，例如在雷電放電通道和金屬導線(xiàn)之間。幾百米之外的雷電閃擊我們叫它遠處的雷擊，它也可能在低壓導線(xiàn)、數據線(xiàn)上感應過(guò)電壓，也可能將高電壓傳導到建筑物的接地裝置上，從而對電子設備造成極大的危害。甚至云層之間或云層內部的放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也能耦合過(guò)電壓到導線(xiàn)中。除上述三種之外，開(kāi)關(guān)浪涌則來(lái)自電路的閉合、斷開(kāi)的轉換操作，來(lái)自感性和容性負載的開(kāi)關(guān)操作，也來(lái)自電流的阻斷。特別地，大型用電系統或變壓器的斷開(kāi)可能引起對鄰近的電子設備的損壞。 通過(guò)上述分析，我們看到對于高校實(shí)驗室電氣安全必須建立一個(gè)整體保護的概念。要轉變觀(guān)念，把雷電電磁脈沖防護當作防雷設計的重點(diǎn)。這不只是電氣一個(gè)專(zhuān)業(yè)的事，因為它涉及到電子設備的位置和管線(xiàn)的布置等問(wèn)題。至于對于實(shí)驗室來(lái)說(shuō)，我們一定要有整體觀(guān)念，建筑物的外部防雷保護要做到包含高能量的有害的雷電流在導線(xiàn)進(jìn)入建筑物處直接被轉向泄入大地，使得進(jìn)入到其他系統的過(guò)電壓值最小化。盡量避免來(lái)自磁場(chǎng)的干擾。這樣，我們就有了一個(gè)由外到內的防雷保護網(wǎng)。在雷電引起的過(guò)電壓到達終端設備造成損害之前，逐級地減少它至無(wú)害的水平。為了達到這個(gè)目的，建筑物的整個(gè)保護空間可以分幾個(gè)防雷分區，每一個(gè)分區都有具體要求，安裝相應等級的防雷器。但是，前提是必須正確安裝等電位連接系統，然后在各分區之間安裝防雷器作為補充。 二、防雷分區 國際上，在國際標準IEC613212—1中描述的分區防雷的觀(guān)念已被有效的應用。由外到內，防雷分區（LPZS）被定義如下： LPZ0A——在建筑物外部，不受外部保護裝置保護的區域?？赡茉馐苤睋衾?，對雷電脈沖沒(méi)有任何屏蔽作用。 LPZ0B——在建筑物外部受外部防雷保護裝置保護的區域。對雷電脈沖沒(méi)有任何屏蔽作用。 LPZ1——在建筑物內部區域，有小部分雷電能量進(jìn)入的可能性。 PLZ2——在建筑物內部區域，有低的浪涌過(guò)電壓進(jìn)入的可能性。 LPZ3——在建筑物（也可能是設備的金屬外殼）內部區域，沒(méi)有雷電磁脈沖產(chǎn)生的干擾，也沒(méi)有浪涌過(guò)電壓。 可見(jiàn)，如果我們把LPZ 0→1稱(chēng)為粗級保護、LPZ 1→2稱(chēng)為中級保護，那么就可以把LPZ 2→3稱(chēng)為精細保護。很明顯，實(shí)驗室的保護主要在中級保護和精細保護范圍，當然在它外面的針對建筑物的粗級保護必須把能量減低到中級保護能承擔的范圍。同理，中級保護也要把能量減低到精細保護能承擔的范圍，只有這樣，才能保證實(shí)驗室的儀器設備既沒(méi)有雷電磁脈沖的干擾又沒(méi)有浪涌過(guò)電壓，才能確保其正常工作和運行。 要注意，浪涌過(guò)電壓既可能如上所述是由雷電引起的，也可能是由開(kāi)關(guān)引起的，也就是說(shuō)，即使沒(méi)有雷電的天氣，由于來(lái)自電路的閉合、斷開(kāi)的轉換操作，來(lái)自感性和容性負載的開(kāi)關(guān)操作，也有來(lái)自短路電流的阻斷，也都會(huì )引起浪涌過(guò)電壓，這些我們就稱(chēng)為開(kāi)關(guān)浪涌，對于實(shí)驗室，雷電浪涌和開(kāi)關(guān)浪涌都是必須采取技術(shù)保護措施的。要使實(shí)驗室的電氣安全可靠有效，首先要有一個(gè)可靠的接地系統。在變壓器中性點(diǎn)直接接地的380/220V三相四線(xiàn)低壓電網(wǎng)中，即：過(guò)去稱(chēng)三相四線(xiàn)制供電系統中的保護接零。 TN系統的電源中性點(diǎn)直接接地，并有中性線(xiàn)引出。按其保護線(xiàn)形式，TN系統又分為：TN-C系統、TN-S系統和TN-C-S系統等三種。 TN-C系統(三相四線(xiàn)制)，該系統的中性線(xiàn)(N)和保護線(xiàn)(PE)是合一的，該線(xiàn)又稱(chēng)為保護中性線(xiàn)(PEN)線(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是節省了一條導線(xiàn)，但在三相負載不平衡或保護中性線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)會(huì )使所有用電設備的金屬外殼都帶上危險電壓。在一般情況下，如保護裝置和導線(xiàn)截面選擇適當，則TN-C系統是能夠滿(mǎn)足要求的。TN-S系統(三相五線(xiàn)制)，該系統的N線(xiàn)和PE線(xiàn)是分開(kāi)的。它的優(yōu)點(diǎn)是PE線(xiàn)在正常情況下沒(méi)有電流通過(guò)，因此不會(huì )對接在PE線(xiàn)上的其他設備產(chǎn)生電磁干擾。此外，由于N線(xiàn)與PE線(xiàn)分開(kāi)，N線(xiàn)斷開(kāi)也不會(huì )影響PE線(xiàn)的保護作用。但TN-S系統耗用的導電材料較多，投資較大。 TN-C-S系統(三相四線(xiàn)與三相五線(xiàn)混合系統)，系統中有一部分中性線(xiàn)和保護是合一的；而且一部分是分開(kāi)的。它兼有TN-C系統和TN-S系統的特點(diǎn)，而實(shí)驗室也可以用這種接地方式。但如投資允許，實(shí)驗室安全可靠性要求高，最好用TN-S系統。在TN-C、TN-S和TN-S-C系統中，為確保PE線(xiàn)或PEN線(xiàn)安全可靠，除在電源中性點(diǎn)進(jìn)行工作接地外，對PE線(xiàn)和PEN線(xiàn)還必須進(jìn)行必要的重復接地。PE線(xiàn)PEN線(xiàn)上不允許裝設熔斷器和開(kāi)關(guān)。 在同一供電系統中，不能同時(shí)采用TT系統和TN系統保護。