弱電設(shè)備的雷害分析及保護(hù)

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　　雷擊是一種自然現(xiàn)象，它能釋放出巨大的能量、具有極強(qiáng)大的破壞能力。幾個(gè)世紀(jì)來(lái)，人類通過(guò)對(duì)雷擊破壞性的研究、探索，對(duì)雷電的危害采取了一定的預(yù)防措施，有效地降低了雷害。

　　近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)在生產(chǎn)生活各個(gè)方面的使用越來(lái)越廣，人們?cè)谑芤嬗谖㈦娮拥臉O大方便的同時(shí)，也受到其一旦損壞就損失巨大的困擾。實(shí)際中，在增加自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)候，往往對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的防雷未加考慮或考慮不夠的情況較多，一旦有雷電波侵入，設(shè)備損壞一般是巨大的，有的甚至使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，造成無(wú)可挽回的損失。僅1999年6月到2001年8月一年多的時(shí)間里，可查的由于雷擊發(fā)生的弱電損壞就有四次之多。樊莊變電站線路落雷，造成主控地與設(shè)備之間的電位差而損壞大量的保護(hù)設(shè)備；南郊變電站的微波塔落雷，由于感應(yīng)過(guò)電壓而損壞大量的通訊、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備損壞；西萬(wàn)莊變電站的微波塔落雷，由于地電位差造成大量的通訊遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備損壞；北郊變電站微波塔落雷，造成大量的保護(hù)、運(yùn)動(dòng)、通訊設(shè)備損壞。

　　分析這幾次故障的主要原因是由于一次設(shè)備發(fā)生雷擊后在弱電設(shè)備造成的浪涌超過(guò)了設(shè)備承受的能力而損壞設(shè)備的，浪涌的主要形式是電源浪涌、信號(hào)浪涌。而這種浪涌在新建或擴(kuò)建設(shè)備時(shí)又往往不被重視，所以本文在介紹常用的弱電防雷的同時(shí)，重點(diǎn)探討了浪涌對(duì)弱電設(shè)備的危害及預(yù)防措施。

　　2 弱電設(shè)備雷電危害的主要原因分析

　　雷電會(huì)導(dǎo)致多種不同形式的危害，沒(méi)有任何一種辦法可以全面防止雷電的危害，通過(guò)各種有效的辦法可將雷害的程度降到最低，在多年的實(shí)際中人們對(duì)直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷的認(rèn)識(shí)比較高，防護(hù)也相對(duì)完善，但對(duì)雷電浪涌的防護(hù)意識(shí)和防護(hù)措施相對(duì)比較薄弱，以上所列的四次典型的雷擊弱電設(shè)備的情況就是對(duì)弱電防雷考慮不夠造成的。其主要的雷電形式及雷害情況有以下幾種情況：

　　(1)直擊雷是指雷電直接擊在建筑物構(gòu)架、動(dòng)植物上，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。
　　(2)感應(yīng)雷是雷電在雷云之間或雷云對(duì)地放電時(shí)，在附近的戶外傳輸信號(hào)線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒(méi)有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。

　　(3)雷電浪涌是近年來(lái)由于微電子的不斷使用引起人們極大重視的一種雷電危害形式，同時(shí)其防護(hù)方式也不斷完善。最常見(jiàn)的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發(fā)生時(shí)在電源和通訊線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化(VLSI芯片)，從而造成設(shè)備耐壓、耐過(guò)電流的水平下降，對(duì)雷電(包括感應(yīng)雷及操作過(guò)電壓浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信號(hào)來(lái)源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。浪涌電壓可以從電源線或信號(hào)線等途徑竄人電腦設(shè)備。美國(guó)GE公司測(cè)定一般家庭、飯店、公寓等低壓配電線(110V)在10000h(約一年零兩個(gè)月)內(nèi)在線間發(fā)生的超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數(shù)達(dá)到800余次，其中超過(guò)1000V的就有300余次。這樣的浪涌電壓完全有可能一次性將電子設(shè)備損壞。信號(hào)系統(tǒng)浪涌電壓的主要來(lái)源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾、無(wú)線電干擾和靜電干擾。金屬物體(如電話線)受到這些干擾信號(hào)的影響，會(huì)使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率。排除這些干擾將會(huì)改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況。

　　3 弱電設(shè)備防雷措施

　　按照防護(hù)范圍可將弱電設(shè)備的防雷措施分為兩類，外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)。外部防護(hù)是指對(duì)安裝弱電設(shè)備的建筑物本體的安全防護(hù)，可采用避雷針、分流、屏蔽網(wǎng)、均衡電位、接地等措施，這種防護(hù)措施人們比較重視、比較常見(jiàn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較完善。內(nèi)部防護(hù)是指在建筑物內(nèi)部弱電設(shè)備對(duì)過(guò)電壓(雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓)的防護(hù)，其措施有：等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、保護(hù)隔離、合理布線和設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)器等措施，這種措施相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較新的辦法，也不夠完善，下邊對(duì)弱電設(shè)備防雷進(jìn)行探討，主要對(duì)雷電浪涌及地電位差的防護(hù)提出一些自己的看法。

　　3.1 弱電設(shè)備的外部防護(hù)

　　弱電設(shè)備的外部防護(hù)首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引人大地；其次是在將雷電流引人大地的時(shí)候盡量將雷電流分流，避免造成過(guò)電壓危害設(shè)備；第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規(guī)則的法拉第籠，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的設(shè)備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號(hào)電路的電器，則需要加裝專門(mén)的屏蔽網(wǎng)，在整個(gè)屋面組成不大于5m-5m，6m-4m的網(wǎng)格，所有均壓環(huán)采用避雷帶等電位連接；第四是建筑物各點(diǎn)的電位均衡，避免由于電位差危害設(shè)備；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷擊建筑物時(shí)接點(diǎn)電位損壞設(shè)備。

　　3.2 弱電設(shè)備的內(nèi)部保護(hù)

　　從EMC(電磁兼容)的觀點(diǎn)來(lái)看，防雷保護(hù)由外到內(nèi)應(yīng)劃分為多級(jí)保護(hù)區(qū)。最外層為0級(jí)，是直接雷擊區(qū)域，危險(xiǎn)性最高，主要是由外部(建筑)防雷系統(tǒng)保護(hù)，越往里則危險(xiǎn)程度越低。保護(hù)區(qū)的界面劃分主要通過(guò)防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構(gòu)成的屏蔽層而形成，從0級(jí)保護(hù)區(qū)到最內(nèi)層保護(hù)區(qū)，必須實(shí)行分層多級(jí)保護(hù)，從而將過(guò)電壓降到設(shè)備能承受的水平。一般而言，雷電流經(jīng)傳統(tǒng)避雷裝置后約有50%是直接泄人大地，還有50%將平均流人各電氣通道(如電源線，信號(hào)線和金屬管道等)。