彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷措施

孫靖杰，王曉彤，王漢昌

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島 266041）

彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷措施

孫靖杰，王曉彤，王漢昌

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島 266041）

為確保彈藥倉(cāng)庫(kù)的安全，針對(duì)信息化條件下彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這個(gè)特殊的主體，分析傳統(tǒng)防雷措施的不足，給出信息化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的典型防雷措施和對(duì)相關(guān)防雷設(shè)施檢查維護(hù)工作的建議。

彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；防雷措施；檢查維護(hù)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.75

0 前言

我軍彈藥倉(cāng)庫(kù)普遍配置了裝備管理信息系統(tǒng)，與之配套使用的包括外接通信網(wǎng)絡(luò)、控制線路及電源線路等。考慮到信息系統(tǒng)電磁兼容性高，抗電磁干擾及耐過壓的水平比較低，容易導(dǎo)致雷擊事故，同時(shí)彈藥又具有易燃易爆的特性，雷擊可能會(huì)引起彈藥燃燒和爆炸，因此，必須重視彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷工作，采取有效的防雷措施，確保彈藥倉(cāng)庫(kù)及庫(kù)內(nèi)設(shè)施的安全。

1 雷電的破壞作用

雷擊放電形成的雷電具有電流大、時(shí)間短、頻率高、電壓高等特點(diǎn)。雷電具有很強(qiáng)的破壞作用，其中電方面表現(xiàn)為高壓沖擊波毀壞電氣設(shè)備，放電導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。熱方面表現(xiàn)為巨大電流通過導(dǎo)體，瞬間產(chǎn)生大量的熱能，引起金屬熔化、可燃物或爆炸物燃燒，產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸。機(jī)械方面主要表現(xiàn)為被擊物遭到破壞，甚至爆裂成碎片。雷電的造成的破壞往往多方面并存，以火災(zāi)和爆炸最為嚴(yán)重。

2 傳統(tǒng)的防雷措施及不足

防雷的基本原理是將雷電所產(chǎn)生高電位、大電流及時(shí)引入大地。常規(guī)防雷主要是防直擊雷的危害,措施主要是裝設(shè)避雷針（線、網(wǎng)、帶、籠）保護(hù),通過避雷裝置將雷電引向自身，降低周圍對(duì)象遭受雷擊的可能性，從而達(dá)到保護(hù)建筑物的目的。

傳統(tǒng)的避雷方式能夠發(fā)揮有效的防雷效果，但在信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代對(duì)建筑物內(nèi)的電子設(shè)備或信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的防護(hù)卻會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

一個(gè)30 kA的中等雷電，擊中避雷針接閃的瞬間，雷擊電流通過避雷針流入大地，受雷電流陡度di/dt的作用，雷擊電流會(huì)在周圍的導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)脈沖電壓，此時(shí)的感應(yīng)電壓可用式（1）表示。

式（1）中，c為雷電流引線與被感應(yīng)導(dǎo)體間的平行距離；di/dt為雷電流陡度，為30/2.6=11.5（kA/μs）。感應(yīng)脈沖電壓uj與平行距離c之間的關(guān)系見表1。

從表1可以看出，避雷針附近300 m范圍內(nèi)的電子信息系統(tǒng)仍能受到強(qiáng)烈的感應(yīng)脈沖電壓的侵害，且離避雷針越近，電子信息系統(tǒng)受到感應(yīng)電壓的影響越大。

表1 感應(yīng)脈沖電壓uj與平行距離c的關(guān)系

雷擊電流引入大地后，地電位會(huì)在瞬間升高，此時(shí)的地電位可用式（2）表示。

式（2）中，i為雷擊電流，R為接地電阻，l0為引線每米電感量，h為接地下引線的長(zhǎng)度。由于雷擊產(chǎn)生的瞬間電流及電流陡度都非常大，如果離避雷針的接地系統(tǒng)間距不夠大就會(huì)產(chǎn)生地電位反擊，使設(shè)備遭到損壞或人身受到傷害。

由此可見，常規(guī)的避雷針式的避雷方法雖然在保護(hù)建筑免遭直擊雷方面能夠起到作用，但是會(huì)產(chǎn)生二次效應(yīng)即感應(yīng)雷和雷擊電磁脈沖，這種二次效應(yīng)對(duì)于建筑物內(nèi)的電子信息系統(tǒng)不但不能起到保護(hù)的作用，反而會(huì)增加雷擊概率和地電位反擊，造成破壞。

3 彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷措施

彈藥倉(cāng)庫(kù)配置裝備信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)彈藥的登記統(tǒng)計(jì)管理的同時(shí)，每個(gè)倉(cāng)庫(kù)還配備1臺(tái)或多臺(tái)電子監(jiān)控設(shè)備對(duì)庫(kù)內(nèi)裝備存貯狀態(tài)及溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，庫(kù)房?jī)?nèi)多處安放傳感系統(tǒng)，庫(kù)區(qū)內(nèi)鋪設(shè)光纖配置成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)庫(kù)區(qū)形成一個(gè)大型信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各個(gè)倉(cāng)庫(kù)作為終端向中心服務(wù)器傳輸裝備貯存信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。由于信息化設(shè)備是由大量高集成、低電壓的集成電路和微電子控制單元構(gòu)成，存在對(duì)過電壓和過電流耐受能力差、抗電磁干擾能力弱等缺點(diǎn)，一旦遭到雷擊，輕則受電磁脈沖影響導(dǎo)致信息正常傳輸受阻，重則受過電壓影響致使電路短路，導(dǎo)致設(shè)備失效甚至燒毀。鑒于彈藥易燃易爆的特性，一旦受到信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不穩(wěn)定的干擾，彈藥倉(cāng)庫(kù)容易發(fā)生爆炸事故。

按照相關(guān)規(guī)定，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總的防雷原則有4點(diǎn)。①將絕大部分雷電流通過外部直擊雷防護(hù)裝置引入地下泄散（外部保護(hù)）。②阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號(hào)線引入的過電壓波（內(nèi)部保護(hù)及過電壓保護(hù)）。③限制竄入被保護(hù)設(shè)備上浪涌過壓幅值（過電壓保護(hù)）。④屏蔽雷擊電磁場(chǎng)，防止雷擊電磁場(chǎng)干擾（屏蔽）。

因此，彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷，應(yīng)該根據(jù)信息系統(tǒng)對(duì)雷電的敏感性和雷害途徑進(jìn)行綜合性的防護(hù)。要求不僅能有效保護(hù)建筑物本身，而且必須為其內(nèi)部的各類信息技術(shù)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供良好的電磁環(huán)境，并為信息系統(tǒng)的雷擊電磁脈沖防護(hù)提供必要的基礎(chǔ)條件，達(dá)到彈藥安全穩(wěn)定存儲(chǔ)的防雷條件。防雷設(shè)施的設(shè)計(jì)、建設(shè)及維護(hù)要在滿足《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》通用要求的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照《后方彈藥倉(cāng)庫(kù)防雷技術(shù)要求》專業(yè)要求實(shí)施。具體的防護(hù)內(nèi)容包括電源系統(tǒng)的保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)和控制線路的保護(hù)、雷擊的電磁屏蔽以及等電位處理。

3.1 電源系統(tǒng)的保護(hù)

電源系統(tǒng)屬于設(shè)備與外界聯(lián)系的接口，也是信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)易遭受雷電損害的重要部位之一，電源防雷的主要措施是安裝避雷器，即浪涌保護(hù)器（Surge Protective Device，SPD），其作用是限制瞬態(tài)過電壓從電源供入端進(jìn)入設(shè)備，原理是當(dāng)過電壓達(dá)到一定限定值時(shí)通過避雷器中的非線性元件瞬間對(duì)地放電，當(dāng)過電壓過后又能夠恢復(fù)原來的狀態(tài)，限制過電壓竄入被保護(hù)設(shè)備。電源防雷措施有5項(xiàng)。

（1）引入室內(nèi)的交流電力線使用鎧裝電纜，采用直埋式低壓電力電纜埋地引入室內(nèi)，電纜金屬護(hù)套的兩端應(yīng)做良好的接地。

（2）按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，信息網(wǎng)絡(luò)供電采用TN-S或TN-C-S制式。

（3）電纜金屬護(hù)套在入室處作保護(hù)接地。

（4）室內(nèi)所有交流用電及配電設(shè)備均采取接地保護(hù)。交流保護(hù)接地從接地匯集線上專引，嚴(yán)禁采用中性線作為交流保護(hù)接地線。

（5）對(duì)三相總電源、進(jìn)入室內(nèi)的電源和用電設(shè)備前安裝避雷器進(jìn)行三級(jí)保護(hù)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)和控制線路的保護(hù)

信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含大量的數(shù)據(jù)線、控制電路和通信線路等外接線路，雷擊發(fā)生時(shí)，網(wǎng)絡(luò)線路感應(yīng)到過電壓將影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，對(duì)網(wǎng)絡(luò)和控制線路的保護(hù)措施有3項(xiàng)。

（1）在交換機(jī)中繼線入口加裝信號(hào)線路浪涌保護(hù)器，每線1個(gè)。

（2）在與外部連接的寬帶通信線路或SON和DN專線等加裝信號(hào)浪涌保護(hù)器。

（3）在有天饋線接入到大樓內(nèi)部的地方加裝天饋線的避雷器，設(shè)計(jì)上可以根據(jù)不同的同軸電纜接口提供不同的產(chǎn)品。

3.3 雷擊電磁屏蔽

信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部多采用集成電路和電子元器件，雷擊發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上，造成器件或電路的損壞。防護(hù)的方法是將通過屏蔽阻擋或衰減電磁輻射的傳播，具體屏蔽措施有3項(xiàng)。

（1）在信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外表做金屬屏蔽處理并做好屏蔽接地，使雷電電磁感應(yīng)通過屏蔽層泄流到大地。

（2）在庫(kù)房外部加裝金屬屏蔽網(wǎng)。（3）對(duì)傳輸電纜加裝金屬護(hù)套。

3.4 等電位處理

為了消除雷電暫態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，需要對(duì)庫(kù)內(nèi)的各種金屬構(gòu)件進(jìn)行等電位連接，即將室內(nèi)的電子設(shè)備、組件和元件的金屬外殼或構(gòu)架連接在一起，并與建筑物的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成一個(gè)電氣上的連續(xù)整體，可以在發(fā)生雷擊時(shí)避免在不同的金屬外殼或構(gòu)架之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差，使得它們彼此間等電位。機(jī)房局部等電位連接如圖1所示。

圖1 信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)局部等電位連接圖

4 防雷設(shè)施的檢查與維護(hù)

為確保防雷設(shè)施處于良好的技術(shù)狀態(tài)，應(yīng)經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行檢查與維護(hù)。軍械倉(cāng)庫(kù)防雷設(shè)施設(shè)備的檢測(cè)與維護(hù)主要包括日常檢查、定期檢測(cè)和維護(hù)檢修。防雷設(shè)施的日常檢查包括外觀檢查和測(cè)量檢查2個(gè)方面。

4.1 日常檢查

日常檢查由倉(cāng)庫(kù)專業(yè)人員，結(jié)合日常查庫(kù)進(jìn)行，每月≥2次。主要是對(duì)防雷裝置的外觀和可視部分實(shí)施例行檢查。日常檢查的主要內(nèi)容可歸結(jié)為6項(xiàng)。

（1）防雷裝置各部分的連接是否牢固可靠，是否發(fā)生變形、松動(dòng)、傾斜、傾覆。

（2）接地線和引下線是否發(fā)生斷裂、銹蝕、損傷，引下線距地面2 m以內(nèi)的安全保護(hù)段有無損傷，防雷接地裝置周圍的土壤有無沉陷和流失。

（3）接閃器有無熔化、折斷，支撐物有無腐蝕，斷接測(cè)試卡有無接觸不良或開裂情況。

（4）避雷針上是否架設(shè)交叉或平行的各種線路，新引入防雷場(chǎng)所的各種線路是否采取了防雷措施。

（5）避雷器外絕緣套是否完整，有無破損、裂紋及放電痕跡，避雷器外絕緣套表面是否沾有污物，避雷器的上下引線有無斷線、斷股和燒蝕痕跡，避雷器的固定是否牢固，有無松動(dòng)、傾斜。

（6）鎧裝電纜的金屬外皮與避雷器的連線、鎧裝電纜末端的金屬外皮與保護(hù)接地的連線是否有松動(dòng)和斷線情況。等電位連接端子板的連接有無松動(dòng)，浪涌保護(hù)器接線端子有無松動(dòng)，浪涌保護(hù)器狀態(tài)指示標(biāo)志有無變化。

4.2 定期檢測(cè)

定期檢測(cè)由倉(cāng)庫(kù)主管業(yè)務(wù)部門組織，由專業(yè)技術(shù)人員在每年雷雨季節(jié)之前進(jìn)行。主要是對(duì)防雷裝置的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試檢查，必要時(shí)對(duì)防雷裝置中的不可視部分通過拆卸和開挖進(jìn)行檢查。定期檢測(cè)的主要內(nèi)容可概括為4項(xiàng)。

（1）對(duì)所有防雷接地裝置的接地電阻進(jìn)行測(cè)試并作好記錄。接地電阻的測(cè)試宜在每年雷雨季節(jié)之前進(jìn)行，但雨后不宜進(jìn)行接地電阻的測(cè)試。

（2）測(cè)試儀器可選用數(shù)字或指針式接地電阻測(cè)試儀。使用配有電壓和電流探針的測(cè)試儀，按規(guī)定距離選擇電壓探針和電流探針的位置。

（3）每組接地裝置的測(cè)試次數(shù)≥3次，且選擇不同方位插入電壓和電流探針，接地電阻值取實(shí)測(cè)的平均值，并根據(jù)土壤性質(zhì)進(jìn)行修正。

（4）接地電阻值變化較大的接地裝置，需進(jìn)行挖開檢查。對(duì)運(yùn)行時(shí)間超過10 a的接地裝置，應(yīng)按一定比例挖開檢查其銹蝕程度，檢查的重點(diǎn)部位是引下線從地面至地下0.5 m段及接地線與接地體的焊接點(diǎn)。

各種防雷設(shè)施接地裝置的接地電阻，應(yīng)符合規(guī)定的數(shù)值。彈藥庫(kù)房避雷針的接地電阻≤10 Ω。各種避雷設(shè)施和電氣設(shè)備接地裝置的接地電阻檢查方法相同。測(cè)量時(shí)，電氣設(shè)備必須斷開電源。測(cè)量接地電阻的方法可分為電流表、電壓表測(cè)量和專用儀器測(cè)量2種。

圖2 用電流表、電壓表測(cè)量接地電阻

一是用電流表、電壓表測(cè)量接地電阻。測(cè)量原理如圖2所示。電源用一般交流電源，但該電源不允許接地，可采用雙線圈變壓器，容量≥1000 VA，否則誤差較大。輔助接地裝置的接地電阻不宜太大，可采用1根直徑45～60 mm、長(zhǎng)2.5 m的鋼管。接地棒采用直徑25 mm、長(zhǎng)1m的圓鋼或鋼管。為測(cè)量準(zhǔn)確，接地棒之間的距離為20 m。

測(cè)量時(shí)先接通電源，接地電流沿輔助接地裝置和接地裝置構(gòu)成回路，電流表的讀數(shù)，就可近似地看作是通過被測(cè)接地裝置的電流I，電壓表的讀數(shù)即為被測(cè)接地裝置此時(shí)的對(duì)地電壓U。按歐姆定律可求得被測(cè)接地電阻R。用這種方法測(cè)量的結(jié)果比較準(zhǔn)確，測(cè)量設(shè)備也容易解決。缺點(diǎn)是準(zhǔn)備工作較麻煩，需要獨(dú)立的交流電源和裝設(shè)輔助接地部件等。

被測(cè)接地裝置和輔助接地裝置都呈現(xiàn)對(duì)地電壓，特別是輔助接地裝置由于電阻較大，對(duì)地電壓也較高，因此，在接通電源時(shí)人員必須遠(yuǎn)離，防止接觸電壓和跨步電壓危及人身安全。

二是用專用儀器測(cè)量接地電阻。測(cè)量接地電阻有電橋型、流比型、電位計(jì)型以及晶體管型等儀器。這些儀器本身都能產(chǎn)生交變的接地電流，不需要外加電源，而且操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，受干擾較小，測(cè)量過程安全可靠。圖3所示是一種接地電阻測(cè)試儀使用時(shí)的接線方法。3個(gè)接線柱E，P，C分別與被測(cè)接地裝置、接地棒、輔助接地裝置相接。以大約120 r/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試儀手柄，可產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕涣麟娏?，此電流沿被測(cè)接地裝置和輔助接地裝置構(gòu)成回路，待穩(wěn)定后，即可直接從儀表上讀出被測(cè)接地電阻的數(shù)值。

圖3 接地電阻測(cè)試儀測(cè)量接地電阻

4.3 維護(hù)檢修

維護(hù)檢修是對(duì)日常檢查和定期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問題及防雷設(shè)施遭受雷擊后造成的損壞進(jìn)行處理。應(yīng)在倉(cāng)庫(kù)主管業(yè)務(wù)部門的組織下，由專業(yè)技術(shù)人員及時(shí)實(shí)施。維護(hù)檢修的主要內(nèi)容有5項(xiàng)。

（1）對(duì)日常檢查和定期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)故障的處理。

（2）對(duì)遭受雷擊、自然災(zāi)害和供電系統(tǒng)發(fā)生故障造成的各種損壞的處理。

（3）當(dāng)浪涌保護(hù)器狀態(tài)指示標(biāo)志發(fā)生變化或分段顯示剩余容量降至20%時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

（4）對(duì)銹蝕程度超過30%的接地裝置進(jìn)行大修。

（5）更換性能測(cè)試不合格的氧化鋅避雷器。

5 結(jié)語

彈藥倉(cāng)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷工作是彈藥倉(cāng)庫(kù)安全防護(hù)工作中十分重要的一部分。分析直擊雷防護(hù)的工作原理，指出倉(cāng)庫(kù)傳統(tǒng)防雷措施并不利于信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷。針對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出以電源系統(tǒng)的保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)和控制線路的保護(hù)、雷擊的電磁屏蔽以及等電位處理為主要思路的防雷措施，能夠有效解決信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷問題。結(jié)合實(shí)際，給出防雷設(shè)施日常檢查和定期檢測(cè)工作的主要內(nèi)容。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其設(shè)備對(duì)防雷的要求也越來越高。只有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采取綜合防雷設(shè)計(jì)，才能有效防止雷擊災(zāi)害的發(fā)生，保證整個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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〔編輯 李 波〕