關(guān)于弱電設(shè)備的雷害及其防護策略討論

魯力寧

（河北寧晉松宮半導(dǎo)體有限公司，河北寧晉 055550）

關(guān)于弱電設(shè)備的雷害及其防護策略討論

魯力寧

（河北寧晉松宮半導(dǎo)體有限公司，河北寧晉 055550）

現(xiàn)代防雷技術(shù)不斷改進(jìn)，為了解決當(dāng)前弱電設(shè)備雷害及防護問題，采用了弱電設(shè)備外部防護與內(nèi)部防護措施。其中外部防護包括避雷針的安裝，將雷電中的大量的點電荷導(dǎo)入大地，使其保證弱電設(shè)備的安全性；內(nèi)部防護主要為增設(shè)弱電裝置，減少雷電對其設(shè)備的損壞。在此進(jìn)行詳細(xì)分析，提供可參考性的依據(jù)。

弱電設(shè)備；雷害；防護策略

0 引言

電子信息設(shè)備的絕緣度低，當(dāng)有很大的電流或電壓流過時，會表現(xiàn)出很低的承受耐力，而且這些電子信息設(shè)備很容易受到電磁波的干擾，在雷害發(fā)生時很容易受到強大電壓和電涌的損壞，而這些電子信息設(shè)備一旦受到損害，就會帶來巨大的損失。本文主要從雷害的成因及其危害形式、弱電設(shè)備遭受雷害的原因以及弱電設(shè)備雷害的防護策略三個方面進(jìn)行分析，為弱電設(shè)備的雷害防護提供可靠的依據(jù)。

1 雷害危害形式

雷害的危害形式包括：直擊雷、感應(yīng)雷和雷電浪涌。直擊雷放電時，產(chǎn)生的感應(yīng)電流能夠達(dá)到200 kA，瞬間擊毀大地表層中的帶電裝置，帶電裝置本身帶有靜電荷，設(shè)備運行過程中會對周圍產(chǎn)生電流感應(yīng)磁場，吸引周圍的點電荷，使直擊雷產(chǎn)生的高電壓形成跳躍式的主導(dǎo)放電，直擊雷放電過程會產(chǎn)生二個沖擊波，第一個電流沖擊波產(chǎn)生的高電壓在1 MV，第二個沖擊波放電時間120 ms，產(chǎn)生的感應(yīng)電流140 kA。兩個沖擊波間隔時間在170 ms，放出的能量大約在2×108J。感應(yīng)雷指的是雷電在雷云之間進(jìn)行的放電，或者是雷云在對地面進(jìn)行放電時對其周圍進(jìn)行信號傳輸?shù)木€路或連接各個電力設(shè)備的連接線進(jìn)行釋放電壓的過程。感應(yīng)雷在云層放電過程中，由于電荷性質(zhì)發(fā)生變化，由原有的靜止電荷變?yōu)楝F(xiàn)有的自由電荷，在空氣大氣層中自由浮動，放電瞬間擊穿所有的自由電荷，產(chǎn)生巨大電壓。使之沿著電荷的導(dǎo)體進(jìn)入靜電設(shè)備，造成一定的損壞。其次便是雷電浪涌，雷電浪涌現(xiàn)象是由于閃電對金屬管道或者線路產(chǎn)生雷電波的過程，閃電放電過程中會對周圍產(chǎn)生電磁場，從而引起金屬部件產(chǎn)生較高的電動勢，電動勢能夠在一定條件下，克服電阻對導(dǎo)體電流的現(xiàn)有阻力，從而形成閉合環(huán)路。在電流流動過程中需要外界能量的補償，所以電動勢能夠補償導(dǎo)體外在所需的能量。帶電設(shè)備產(chǎn)生較高的電動勢，便會帶有較高的能量，當(dāng)外界的能量超過設(shè)備所承載的范圍時，便會造成設(shè)備一定的損壞[1]。

2 弱電設(shè)備遭受雷害的原因

雷害對弱電設(shè)備造成的危害由多種因素構(gòu)成，到目前為止還沒有任何一種措施可以對雷害進(jìn)行全面防護，所以只能通過一些切實可行的辦法降低雷害造成的損失。想要準(zhǔn)確及時地對雷害天氣做出應(yīng)對措施，就必須先要了解幾種常見的雷害對弱電設(shè)備造成危害的原因。

直擊雷是直接襲擊附著在建筑物上的動植物，通過一系列的熱效應(yīng)、電效應(yīng)以及機械效應(yīng)等等對建筑物的弱電設(shè)備直接造成損害，嚴(yán)重的還會造成人員傷亡；感應(yīng)雷是對建筑物周圍用于傳輸信號的弱電設(shè)備進(jìn)行過電壓過程，當(dāng)雷電進(jìn)入弱電設(shè)備以后，就會對以串聯(lián)方式連接的電子設(shè)備或者是處于終端的電子設(shè)備造成一定程度的損害，雖然損害效果沒有直擊雷嚴(yán)重，但是雷害天氣出現(xiàn)感應(yīng)雷的概率卻比直接雷高很多；雷電浪涌的危害程度比直擊雷的危害程度還要大很多，它會大幅度降低高度集成化的現(xiàn)代電子信息設(shè)備的耐壓水平和耐電流水平，使弱電設(shè)備難以承受如此強大的壓變而出現(xiàn)損害情況，此外，弱電設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較特殊，且電子信號的傳輸途徑過于繁雜，而雷電浪涌就會通過這些繁雜的電源線或者是信號線進(jìn)入弱電設(shè)備，很有可能會一次性損害弱電設(shè)備。

3 弱電設(shè)備雷害的防護策略

弱電設(shè)備防護雷害的措施可以分為很多種，按照防護范圍進(jìn)行劃分可以分成外部防護和內(nèi)部防護兩大類。弱電設(shè)備雷害的外部防護指的是對已經(jīng)安裝了弱電設(shè)備的建筑物進(jìn)行雷害防護，一般可以在建筑物的頂端安裝避雷針或?qū)ㄖ镞M(jìn)行分流處理，還可以通過屏蔽網(wǎng)、均衡電位以及將弱電設(shè)備進(jìn)行接地處理。這些防護措施在現(xiàn)實生活中是比較常見的類型，而且也是弱電設(shè)備進(jìn)行防雷害的比較完善的防護措施[2]。弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護指的是對建筑物內(nèi)部的弱電設(shè)備進(jìn)行過電壓的防護，主要是針對雷電浪涌的雷害形式，一般采取的措施主要是將電位相等的點連接在一起，經(jīng)過屏蔽后對建筑物進(jìn)行隔離保護，還可以通過合理地布置防護線、在弱電設(shè)備上設(shè)置過電壓保護器等等措施對建筑物進(jìn)行防雷害保護。

（1）弱電設(shè)備雷害的外部防護

對于弱電設(shè)備的外部防護措施，施工人員首先要對建筑物進(jìn)行安裝避雷針處理，當(dāng)遭受到雷擊時，避雷針就會將巨大的雷擊電流引入大地，同時為了防止出現(xiàn)電壓過大的現(xiàn)象，還需要對雷擊電流進(jìn)行分流處理。此外，建筑物中的鋼筋結(jié)構(gòu)以及金屬結(jié)構(gòu)也起到了一定的屏蔽作用。還應(yīng)該時刻保持建筑物接地的良好性以及各個點位的均衡條件，降低因為電位差過大而造成的弱電設(shè)備損失。避雷針尖端帶有大量電荷，遇到雷雨天氣時，能夠與周圍的帶電云層形成一個靜電容器。由于靜電容器正對面積較小，所以承載電荷的能力有限。當(dāng)聚集的電荷數(shù)較多時，避雷針的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)便會擊穿。避雷針與大地相連，過多的電荷量便會從避雷針流入大地，不會對弱電設(shè)備造成損壞[3]。

（2）弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護

本文對于弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護措施是以計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，在局部改進(jìn)措施前期，計算機的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改進(jìn)前計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

從圖1中進(jìn)行分析，造成計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)過電壓損壞的主要原因，是因為當(dāng)電網(wǎng)遭受到直擊雷的攻擊后，雷電波就會通過媒介進(jìn)入到計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的弱電設(shè)備，最后擊毀弱電設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)元件；當(dāng)電網(wǎng)的附近區(qū)域遭受到雷擊后，電網(wǎng)的線路就會感應(yīng)到一定量的雷電壓幅值，從而使雷電波通過一系列的媒質(zhì)進(jìn)入到計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的弱電設(shè)備[4]。

經(jīng)過長時間的交流、研究和探索，防雷技術(shù)人員對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的弱電設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，在弱電設(shè)備前加裝了完備的防雷裝置，如圖2所示。

圖2 加裝防雷裝置的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

從圖2結(jié)構(gòu)圖中，交流電網(wǎng)過電壓的強度相對較大，所以對于交流電路，采用加裝防雷裝置的結(jié)構(gòu)對于防雷措施更為顯著。機房電源的防雷裝置示意圖如圖3所示。

圖3 機房電源防雷裝置示意圖

（3）弱電設(shè)備雷害的接地處理

在對建筑物的弱電設(shè)備安裝防雷裝置時，一般采用接地處理。防雷接地是把防雷裝置系統(tǒng)所承受的雷擊電流全部都轉(zhuǎn)移到大地中。所以，弱電裝置的接地處理對于一個接觸良好的雷電接地系統(tǒng)可以更加有效、合理地保護弱電設(shè)備和人身安全。因此，施工人員在對建筑物的弱電設(shè)備進(jìn)行接地處理時，必須要按照建筑物質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷設(shè)備的安裝工作，否則會造成嚴(yán)重后果。一般采用的接地裝置設(shè)有接地極、接地帶，構(gòu)成一個接地網(wǎng)。弱電機房引出若干根鍍銅鋼絞線，每個鋼絞線的間距配比保持在2～3 m，整個結(jié)構(gòu)網(wǎng)整體設(shè)計保證接地棒2組，每組接地棒5根，可視具體情況而定。周圍外界部分采用鋼絞線進(jìn)行纏繞，使之形成一個環(huán)形封閉的網(wǎng)。此外，施工人員在安裝防雷裝置時，還要特別注意對干擾信號的屏蔽問題以及防靜電問題。防雷裝置一般帶有少量的電磁信號，能夠吸引周圍點電荷，這樣才能將匯聚的電荷流入大地。若在弱電裝置周圍設(shè)有較強的電磁裝置，則會將大量電荷吸收，出現(xiàn)該裝置造成雷擊的現(xiàn)象[5-6]。

4 結(jié)語

雷害是一種自然現(xiàn)象，人們是無法控制它的存在的。隨著我國電子信息設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雷害的強大電壓對電子信息設(shè)備的危害也在逐漸加重。弱電設(shè)備的防雷害問題是一項綜合性較高的項目，如果對弱電設(shè)備的防雷害工作重視程度不夠的話，那么這些弱電設(shè)備就會經(jīng)常受到損壞，從而影響人們的日常生活。在面對雷害時，只有采取相應(yīng)的防護策略，才能最大程度地降低雷害的破壞力。傳統(tǒng)的舊式防護系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了電子信息設(shè)備的安全性，所以，必須要尋找更加適合保護電子信息設(shè)備的防護系統(tǒng)，加強對弱電設(shè)備的雷害防護，將雷害危害降到最低。

［1］鄒軍，袁建生，周字昆，等.地下通信電纜外套金屬管道與附近鋪設(shè)屏蔽線屏蔽效果的比較［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2000，13（4）：22-23.

［2］李世作，梁小冰.平果500 kV變電站弱電設(shè)備防雷研究［J］.廣西電力，2001，57（01）：52-53.

［3］謝海華.現(xiàn)代建筑內(nèi)的電子信患系統(tǒng)的雷電防護［J］.南京信息工程大學(xué)，2006，47（36）：13-14.

［4］王建龍.信息系統(tǒng)綜合防雷工程探討［J］.山西電子技術(shù)，2006，18（6）：69-70.

［5］王偉，王智祥，宋鐵男，等.自動化系統(tǒng)防雷問題解決方案［J］.給水排水，1997，23（4）：54-56.

［6］和偉，和雙麗.云層間閃電在電纜上產(chǎn)生的電流和電壓［J］.云南師范大學(xué)學(xué)報，2002，l8（3）：73-74.

Discussion about the Lightning Disturbance of Weak Current Equipment and Protection Strategies

LU Li-ning
（Hebei Ningjin Pine Palace Semiconductor Co.，Ltd.，Ningjin055550，China）

With the continuous improvement of the modern lightning protection technology，in order to solve the problem of the current weak current equipment lightning disturbance and protective，adopted the protection for weak current equipment external and internal safety measures，external safety measures including lightning rod installation，the large amount of point charge into the earth，to guarantee the safety of weak current equipment.Internal protection mainly is to add weak current device，reduce lightning damage to the equipment.The problems are detailed analyzed in order to provide reference.

weak current equipment；lightning damage；protect strategy

TM527

A

1009－9492(2015)10－0133－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.035

魯力寧，男，1976年生，河北省寧晉人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：電氣工程。

(編輯：王智圣)

2015－04－25