钢筋混凝土卫星发射脐带塔防雷过压保护 杨振国 择 要 详细介绍了典型的钢筋混凝土卫星发射脐带塔 防雷电感扰的成功经验，采用外部防雷和内部防雷相结合 的综合防雷方案，提高了火箭和卫星防雷击的可靠性，保 证了电源供电系统和自动化信息系统免受雷电的袭击。 关键词 雷电危害 外部防雷 内部防雷 浪涌保护器 等电位连接 0、引言 我国首次建成的钢筋混凝土卫星发射脐带塔，高 100 多 米，能够发射多种型号的科学试验卫星，日益繁忙庞杂的 科学试验数据通过高速电脑、自动化设备及通讯设备得以 井然有序，而这些敏感电子设备的工作电压却很低，因而 它们受到过压特别是雷击袭击而受到损害的可能性就大大 增加，其后果可能使整个系统的运行中断，并造成难以估 算的经济损失，雷电和浪涌电压成了钢筋混凝土卫星发射 脐带塔的一大公害。 1 1、雷电对钢筋混凝土卫星发射脐带塔的危害、雷电对钢筋混凝土卫星发射脐带塔的危害1、1 雷击造成危险过电压以雷击中心 1.5Km-3Km 范围内都可能产生 100KV 以 上危险过电压，损害钢筋混凝土卫星发射脐带塔上的电气 和电子设备。近年来航天技术随着大量数据设备和精密仪 器应用的范围日益广泛，雷电损害造成的事故有逐年上升 的趋势。1、2 雷电波入侵的途径1、2、1 直击雷和临近雷击形成的感应雷和过电压a、雷击在钢筋混凝土卫星发射脐带塔顶端及外部防雷 系统、保护框架、雷达天线装置和电缆上等引起感应雷电 波及过电压；b、雷击浪涌电流在接地电阻上引起的过电压降；c、雷击浪涌电流在钢筋混凝土卫星发射脐带塔各层防 雷均压网上和各个系统接地环路上引起环路感应过电压。1、2、2 远处雷击形成的感应雷和过电压a、雷击在远处架空输送线缆上引起感应雷电波及过电 压；b、雷云之间的放电通过架空线缆引起感应雷电波及过 电压；c、野外雷击通讯线缆引起感应雷电波及过电压。1、3 地电位反击钢筋混凝土卫星发射脐带塔的外部防雷系统（如避雷 针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻两端会产生危 险过电压，一般综合接地网的接地电阻值达到 1，一百多 米高的钢筋混凝土卫星发射脐带塔直接雷击电流达到一百 多千安培，在接地两端就会形成 100KV 以上的高电压，由 设备的接地线引入设备，造成设备的损害。2 2、钢筋混凝土卫星发射脐带塔外部防雷、钢筋混凝土卫星发射脐带塔外部防雷 钢筋混凝土卫星发射脐带塔顶端的避雷针（避雷带或避 雷网） ，引下线和接地系统构成外部防雷系统，主要是为了 保护钢筋混凝土卫星发射脐带塔免受直接雷击引起火灾事 故及人身安全事故。3 3、钢筋混凝土卫星发射脐带塔内部防雷、钢筋混凝土卫星发射脐带塔内部防雷钢筋混凝土卫星发射脐带塔内部防雷系统则是防止雷 电和其它形式的过电压侵入设备中造成的损坏，这是外部 防雷系统无法保证的，为了实现内部避雷，需要进出各保 护区的电缆、金属管道等都要连接避雷及过压保护器，并 实行等电位连接。3、1 钢筋混凝土卫星发射脐带塔雷电保护区的概念钢筋混凝土卫星发射脐带塔雷电保护的区域，从 EMC（电磁兼容）的观点来看，由外到内可分为四级保护 区，LPZ0、LPZ1、LPZ2 和 LPZ3。最外层是 0 级，是直接 雷击区域，危险性最高。越往里，则危险性程度越低，过 电压主要是沿线窜入的，保护区的界面通过外部防雷系统， 钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层而形成，电气通道 及金属管道等则经过这些界面。从 0 级保护区到最内层保护区，必须实行分级保护。 对于电源系统，分为、级，从而将过电压降到设备能承受的电压水平。对于信息系统，则分为粗保护 和精细保护，粗保护量级根据所属保护区的级别，而精细 保护则是根据电子设备的敏感度来进行选择，从理论上讲， 雷击电流约有 50%直接流入大地，还有 50%将平均流入各 电气通道（如电源线、信号线和金属管道等） 。3、2 浪涌保护器在防雷电过电压中的作用 浪涌保护器是由压敏电阻（可变电阻、限压二级管） 和火花间隙（放电路径）组成，用于保护电源和电子设备 免受到雷击电流浪涌的危害，为电源和电子传输系统提供 等电位连接。 浪涌保护器根据应用分为：电源系统防雷器，防雷器 的作用，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，使设备各断口等电位，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 断口的电位差，从而保护电路上的设备。标称电压在 1000V 以下可在细分为避雷器（B 级） 、过压保护器（C 级）和浪 涌吸收保护器（D 级） ；信号系统防雷器和过电压保护器， 此类保护器亦被称为浪涌控制器，标准电压在 60V 以下； 绝缘火花间隙，应用在地线系统或等电位连接中。 3、3 电源系统和设备中浪涌保护器的应用 3、3、1 选择第一级（B 级）电源防雷器 采用 DEHNport 四个，在三条相线（L）和一条零线 （N）上分别对地（PE）并联一个 DEHNport。该装置可将 电源线联于防雷等电位中，用在雷击区域的 LPZ0 区与 LPZ1 区之间。高能量避雷器 DEHNport 是由火花间隙组成， 高速能量释放，防止低电压设备受到过压感扰和直接雷击， 适用于各种供电系统，灭弧能力强，安装在总电源进线的 配电屏前，当供电回路额定电流大于 250A 时，需要在 DEHNport 并联支路上（相线）加装 250A 以下的断路器或 者熔断器，反之则不需。 3、3、2 选择第二级（C 级）电源防雷器 采用 DEHNguard 四个，在三条相线（L）和一条零线 （N）上分别对地（PE）并联一个 DEHNguard。该装置应用在雷击区域 LPZ0B与 LPZ1 区之间，防止低压设备受到过 压干扰，与前端的避雷器配合使用（如 DEHNport） 。过压 保护器 DEHNguard 由热敏元件控制的隔离装置，快速响应， 高速电流泄放。当供电回路额定电流大于 125A 时，需要在 DEHNguard 并联支路上（相线）加装 125A 以下的断路器 或者熔断器，反之则不需。 3、3、3 选择第三级（D 级）电源防雷器 采用 DEHNrail 230FML 一个，并联在需要保护的单相 电源或三相电源设备的前端，并与地线连接。该装置应用 在雷击区域 LPZ1 与 LPZ2、LPZ3 区之间。浪涌吸收保护器 DEHNrail 230FML 是由火花间隙、压敏电阻和半导体组成， 是电子设备的精细过压保护。当供电回路额定电流大于 16A 时，需要在 DEHNrail 230FML 并联支路上（相线）加装 16A 以下的断路器或者熔断器，反之则不需。 3、3、4 在电源防雷的级间配合中，还应注意级间的相 隔距离 如果 B 级与 C 级间的线缆长度小于 15 米，C 级与 D 级 间的线缆长度小于 5 米，就必须在级与级之间串联退耦器 DEHNbridge，集中感应补充导体的长度，作为避雷器和过 压保护器的退耦器件，在最小空间能实现雷电保护区 LPZOA-LZP2。3、4 信息技术系统和设备中浪涌保护器的应用 3、4、1 选择第一级（B 级）信息线路浪涌保护器 选择第一级（B 级）信息线路浪涌保护器，可防直接雷 击和过电压，应用在雷击区域 LPZO 与 LPZ1 之间。此类浪 涌保护器有：双绞线信息线路保护器 BLITZDUCTOR CT， 两线制，内置式安全保护电路，适用于保护信号工程系统 及其设备的过压保护；双绞线信息线路保护器 BLITZDUCTOR VT，保护四条信号线，在其后安装精细保 护器件（如 FDK/2 或 FS）实现对高精度敏感电子设备的保 护；电缆系统网络高能量浪涌保护器 TR8，可插在欲保护 设备的输入端，适用于保护数据处理系统和设备的过电压 保护；天馈线浪涌保护器 UGK，用于 50、75 和 93的同轴天馈线和无线电系统；广播卫星天线馈线避雷过压 保护器 KAZ10，用来保护 75 系统的设备，如天线放大器， 广播卫星接受系统等。 3、4、2 选择第二级（C 级）信息线路浪涌保护器 选择第二级（C 级）信息线路浪涌保护器，应用在雷击 区域 LPZ1 与 LPZ2 之间。此类浪涌保护器有：双绞线信息 线路过电压保护器 BLITZDUCTOR VT 用于保护数据传输 线，如 TTY、RS422、RS485 和 VII 的浪涌过压保护；双绞 线信息线路过压保护器 DEHNlink，保护数据传输系统和设 备；网络浪涌保护器 NET-protector，用于保护连接于 NET- protector19、 、bays 的保护集线器（HUB）和其它 19、 、系统 的网络元件。NET-protector 4TP 配合有 8 个屏蔽的连接器 一并安装于 NET-protector19、 、bays 上。网络浪涌保护器 NET-protector 一般安装于配线架和设备之间，它每线只占 一个垂直单元。 3、4、3 选择第三级（D 级）信息线浪涌保护器 选择第三级（D 级）信息线浪涌保护器，应用在雷击区 域 LPZ2 与 LPZ3 之间。此类浪涌保护器有：双绞线信息线 路精细过压保护器 FDK/2，保护信息技术设备；双绞线信 息线路过压保护器 DPL，保护信息技术系统和设备，使用 LSA 架作为接头；双绞线信息线保护器 Blitzductor VT，适 用于以直流供电的可编程控制器，在恶劣电磁场环境下的 浪涌保护；浪涌过压保护器 FS，用于保护数据处理系统和 设备，适用于高速传输场合，可插在保护设备的输入端； 串口浪涌过压保护器 USD，用于保护信息技术系统和设备， 型号有 USD-9、USD-15 和 USD-25 分别和 9 针、15 针和 25 针的插座配合，或带数据电缆和插头；同轴电缆信息线 路过压保护器 UGKF，用于 50/75/95 的同轴，105 的 T 型连接和带 100/150 的平衡线端子的计算机系统。3、5 浪涌雷电保护等电位器的应用中国国家标准及国际电工委员会 IEC 标准不允许在同 一栋建筑物内，或人体可以接触到的两组隔离接地体之间 安装火花间隙，如有需要达到等电位，则须把这两组隔离的接地体通过金属导线牢固地连接在一起形成一个不隔离 的接地装置。等电位连接器用于依照雷电保护等电位连接。 此类浪涌等电位连接器有：高能量等电位连接器 TFS 和 HSFS，用于各地之间等电位连接，雷击时，系统中各独立 相绝缘的部分实现等电位连接；防爆型等电位连接器 ExFS 和 ExFS-KU，用于易爆易燃燃料加注危险区的防雷等电位 连接，安装于管道绝缘法兰盘、绝缘接点或阴极受保护的 管道耦合部分，实现雷击时和静电荷堆积时等电位连接。4、钢筋混凝土卫星发射脐带塔防雷等电位连接为了彻底消除雷电对钢筋混凝土卫星发射脐带塔引起 的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接。电源线、 信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连接， 各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接， 各个局部等电位连接棒互相连接，并最后与主等电位连接 棒相连接。钢筋混凝土卫星发射塔架防雷等电位连接如下 图：对于钢筋混凝土卫星发射塔架上的设备（或系统）必 须在各进出线缆安装相应的避雷/过压保护器，一旦线路上 感应过电压（或遭直接雷击） ，由于避雷/过压保护器的作用， 设备（或系统）的各端口电压大致达到相等水平（即等电 位） ，从而保护设备（或系统）免遭损坏。设备和系统等电位连接如下图：此篇论文发表于建筑电气2005 年第 1 期