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屏蔽层在雷击下的保护作用?

屏蔽层在雷击下通过反射、吸收电磁波以及限制电磁场传播等机制,为电子设备提供关键防护,具体保护作用如下:

一、反射与吸收电磁波,降低能量侵入

  1. 反射损耗
    当雷电产生的电磁波到达屏蔽层表面时,因空气与金属(如铜、铝)交界面波阻抗不连续,部分电磁波能量被反射。这种反射损耗与屏蔽体材料厚度无关,仅取决于波阻抗差异,能有效减少进入设备内部的电磁能量。

  2. 吸收损耗
    未被反射的电磁波进入屏蔽材料后,因材料电导率或磁导率产生涡流,导致能量衰减。例如,高频磁场屏蔽需选用高电导率材料(如铜),而低频磁场屏蔽则需高磁导率材料(如坡莫合金),通过吸收损耗进一步削弱电磁波强度。

二、限制电磁场传播,阻断入侵通道

  1. 构建封闭防护空间
    屏蔽层通过金属网、箔、壳等将设备包围,形成法拉第笼效应,阻断雷电电磁脉冲在空间的入侵通道。例如,建筑物屋面避雷网、金属屋面、立面金属表面等自然构件经等电位连接后,可减少雷电感应影响。

  2. 多层屏蔽增强防护
    对电磁脉冲干扰敏感的电子设备(如计算机、交换机),可采用双层屏蔽:

    • 第一层:利用建筑物钢筋或钢结构形成格栅型大空间屏蔽。

    • 第二层:将设备机壳或机柜外壳接地,形成局部封闭防护。
      这种结构可显著降低雷电电磁场对设备的干扰。

三、减少电磁耦合,抑制感应电压

  1. 抑制电感耦合
    雷击时,导体附近产生的干扰磁场会在无屏蔽层的导体上感应出电压。屏蔽层与地之间构成环路后,感应电流产生的磁场可抵消源干扰磁场的磁通,从而抑制电感耦合效应。例如,铠装电缆或带金属屏蔽层的电缆穿金属保护管埋地敷设,并保证两端可靠接地,可有效减少感应电压。

  2. 防止雷电波侵入
    直击雷或雷电感应电流可能通过输电线、通信电缆等引入建筑物。屏蔽层通过限制电磁场传播,可减少雷电波对电力设备及用电设施的危害。例如,电源线路和数据线路套钢管或金属铠装埋地进入建筑物,埋地长度≥15m且首尾两端接地,冲击接地电阻≤30Ω,可显著降低雷电波侵入风险。

四、分流雷电流,降低设备受损概率

  1. 屏蔽层分流作用
    在雷击过程中,屏蔽层可分走一部分雷电流。例如,风机除冰叶片供电电缆的屏蔽层采用双侧接地连接方式时,雷电流主要经叶片上下表面的金属屏蔽网、引下线和供电电缆的屏蔽层泄放,屏蔽层分流比例可达雷电流的1/4,从而减少设备承受的电流冲击。

  2. 等电位连接协同防护
    屏蔽层与等电位接地端子或接地带可靠连接后,可形成低阻抗通道,使雷电流迅速导入大地。例如,金属屏蔽网(屏蔽室)与建筑物接地系统可靠连接,可避免因暂态电位抬高导致的反击现象,保护设备安全。


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