1.概 況

    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)。

    隨著電腦通信設(shè)備的大規(guī)模使用，雷電以及操作瞬間過(guò)電壓造成的危害越來(lái)越嚴(yán)重。以往的防護(hù)體系已不能滿足電腦通信網(wǎng)絡(luò)安全的要求。應(yīng)從單純一維防護(hù)轉(zhuǎn)為三維防護(hù)，包括：防直擊雷，防感應(yīng)雷電波侵入，防雷電電磁感應(yīng)，防地電位反擊以及操作瞬間過(guò)電壓影響等多方面作系統(tǒng)綜合考慮。

    多級(jí)分級(jí)(類)保護(hù)原則：即根據(jù)電氣、微電子設(shè)備的不同功能及不同受保護(hù)程序和所屬保護(hù)層確定保護(hù)要點(diǎn)作分類保護(hù)；根據(jù)雷電和操作瞬間過(guò)電壓危害的可能通道從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)做多級(jí)層保護(hù)。

    3.2.1 電源部分防護(hù)

    弱電設(shè)備的電源雷電侵害主要是通過(guò)線路侵入。高壓部分有專用高壓避雷裝置，電力傳輸線把對(duì)地的電壓限制到小于6000V(1EEEEC62.41)，而線對(duì)線則無(wú)法控制。所以，對(duì)380V低壓線路應(yīng)進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，按國(guó)家規(guī)范應(yīng)有三部分：建議在高壓變壓器后端到二次低壓設(shè)備的總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加避雷器或保護(hù)器，作一級(jí)保護(hù)；在二次低壓設(shè)備的總配電盤至二次低壓設(shè)備的配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加裝避雷器保護(hù)器，作二級(jí)保護(hù)；在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端應(yīng)對(duì)地加裝避雷器或保護(hù)器，作為三級(jí)保護(hù)。

    目的是用分流(限幅)技術(shù)即采用高吸收能量的分流設(shè)備(避雷器)將雷電過(guò)電壓(脈沖)能量分流泄人大地，達(dá)到保護(hù)目的，所以，分流(限幅)技術(shù)中采用防護(hù)器的品質(zhì)、性能的好壞是直接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的關(guān)鍵，因此，選擇合格優(yōu)良的避雷器或保護(hù)器至關(guān)重要。

    3.2.2 信號(hào)部分保護(hù)

    對(duì)于信息系統(tǒng)，應(yīng)分為粗保護(hù)和精細(xì)保護(hù)。粗保護(hù)量級(jí)根據(jù)所屬保護(hù)區(qū)的級(jí)別確定，精細(xì)保護(hù)要根據(jù)電子設(shè)備的敏感度來(lái)進(jìn)行確定。

    3.2.3 接地處理

    一定要求有一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，因所有防雷系統(tǒng)都需要通過(guò)接地系統(tǒng)把雷電流泄人大地，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。如果機(jī)房接地系統(tǒng)做得不好，不但會(huì)引起設(shè)備故障，燒壞元器件，嚴(yán)重的還將危害工作人員的生命安全。另外還有防干擾的屏蔽問(wèn)題，防靜電的問(wèn)題都需要通過(guò)建立良好的接地系統(tǒng)來(lái)解決。

    4.結(jié) 論

    弱電設(shè)備的防雷問(wèn)題是一個(gè)綜合性的工作，尤其是弱電設(shè)備的雷電浪涌防護(hù)還重視不夠，也常常由其而引起設(shè)備的損壞，所以在完善弱電設(shè)備外部防護(hù)的同時(shí)，要加強(qiáng)弱電設(shè)備的內(nèi)部防護(hù)，建議加強(qiáng)以下幾方面的工作； (1)首先要完善弱電外部雷電防護(hù)，將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散。 (2)其次要阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號(hào)線引入的過(guò)電壓波。 (3)第三限制鉗位被保護(hù)設(shè)備上浪涌過(guò)壓過(guò)流幅值在設(shè)備可承受的范圍。這三道防線，相互配合，各行其責(zé)，缺一不可。