淺談電子信息系統(tǒng)的雷電防護

李　強

摘要：通過對電子信息系統(tǒng)中雷電防護課題的探討，闡述了對電子信息系統(tǒng)進行雷電防護時應(yīng)采用的綜合系統(tǒng)設(shè)計和施工措施，能夠有效地抑制雷電流和電磁脈沖對信息系統(tǒng)的危害。

關(guān)鍵詞：信息系統(tǒng)；雷電；防護

1 引言

我國是雷暴活動十分頻繁的國家，雷電災(zāi)害是最嚴重的自然災(zāi)害之一。科技越發(fā)達，雷擊對人類的危害就越大。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和現(xiàn)代化水平的提高，特別是信息技術(shù)的快速發(fā)展，城市建設(shè)高層建筑物日益增多，雷電災(zāi)害程度和造成的經(jīng)濟損失及社會影響也越來越大。

電氣和電子技術(shù)是現(xiàn)代物質(zhì)文明的基礎(chǔ)，其迅猛發(fā)展促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，加速了社會繁榮與進步的進程，但也帶來了麻煩問題，那就是各類電磁干擾越來越嚴重。電磁干擾，特別是雷電電磁脈沖干擾對這些設(shè)備和系統(tǒng)的影響越來越突出，對這些設(shè)備系統(tǒng)造成的失效與損壞事故的發(fā)生率逐年增高。信息時代的到來，已使雷電電磁脈沖的防護成為當(dāng)務(wù)之急。

2 電子信息系統(tǒng)綜合防雷技術(shù)

信息防雷包括對直擊雷的防護和對雷電電磁脈沖的防護。對雷電電磁脈沖的防護應(yīng)綜合考慮雷電成災(zāi)的多種因素，針對雷電的各種途徑和通道及其危害機理，采用相應(yīng)的綜合防雷技術(shù)和措施。

2.1 現(xiàn)代綜合防雷的兩個部分

外部防雷（直擊雷防護）。系統(tǒng)組成：由接閃器（避雷針、避雷帶）、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導(dǎo)入地下泄放；作用：攔截、泄放雷電流內(nèi)部防雷（雷電電磁脈沖防護）

系統(tǒng)組成：由均壓等電位連接、各種過電壓保護器（避雷器）等組成；作用：均衡系統(tǒng)電位，限制過電壓幅值；技術(shù)措施：截流、屏蔽、均壓，分流、接地。

2.2 防雷保護區(qū)

根據(jù)國際電工委員會的《防雷擊電磁脈沖（LEMP）》，信息防雷應(yīng)根據(jù)雷電電磁脈沖的嚴重程度，將需要保護的空間劃分為不同等級的雷電保護區(qū)（LPZ）。防雷保護區(qū)稱電磁兼容分區(qū)。是按人、物和信息系統(tǒng)對雷電及雷電電磁脈沖的感受強度不同，把建筑物內(nèi)、外電磁環(huán)境分成幾個區(qū)域。

LPZ0A區(qū)。本區(qū)內(nèi)的各物體地都可能遭到直接雷擊，因此各物體都可能導(dǎo)走全部雷電流，且本區(qū)內(nèi)雷電電磁脈沖沒有衰減。

LPZ0B區(qū)。本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)雷電電磁脈沖也沒有衰減。

LPZ1區(qū)。本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流往各導(dǎo)體的電流比LPZ0B區(qū)進一步減少。本區(qū)內(nèi)雷電電磁脈沖經(jīng)建筑物外墻的屏蔽而衰減。在防雷保護區(qū)的0區(qū)與1區(qū)的界面上，對建筑物來說就是屋頂與四周墻壁及地面，盡管采用籠式避雷網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但由于受大網(wǎng)孔、門、窗口等開洞的影響，雷電電磁脈沖仍將通過多種耦合途徑侵入保護區(qū)內(nèi)，其感應(yīng)電壓也會破壞建筑物內(nèi)部的電氣和電子設(shè)備。

LPZ2區(qū)。本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊。雷電電磁脈沖經(jīng)建筑物內(nèi)墻的再次屏蔽而衰減，又稱后續(xù)防雷區(qū)。 如果需要進一步減小所導(dǎo)引的雷電流和電磁場，就應(yīng)引入后續(xù)防雷區(qū)。

LPZ3區(qū)。機殼內(nèi)部。保護區(qū)序號越高，預(yù)期的干擾能量和干擾電壓越低。

2.3 現(xiàn)代綜合防雷的主要技術(shù)措施

攔截。信息防雷的第一道防線是攔截直擊雷。最經(jīng)濟、最有效的方法仍然是避雷針（避雷帶、避雷網(wǎng)）法。

屏蔽。屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一區(qū)域內(nèi)部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護的空間傳播。按屏蔽的要求不同可分別采用屏蔽室的完整屏蔽體，或非完整屏蔽體。屏蔽一般分為電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽幾種；電場屏蔽：是為了消除和抑制靜電電場的干擾。磁場屏蔽：是為了消除或抑制由磁場耦合引起的干擾。

均壓。均壓簡稱等電位連接。就是把所有導(dǎo)體相互作良好的導(dǎo)電性連接，并與接地系統(tǒng)連通。其中非帶電導(dǎo)體直接用導(dǎo)線連接，帶電導(dǎo)體通過避雷器連接。其本質(zhì)是由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線、等電位連接器（即避雷器、地線隔離器）和所有導(dǎo)體組成一個電位補償系統(tǒng)。該電位補償系統(tǒng)的作用，一是為雷電流提供低阻抗的連續(xù)通道，使其迅速導(dǎo)入大地泄放。二是使系統(tǒng)不產(chǎn)生電位差。即在極短時間里，通過這個電位補償系統(tǒng)可以迅速地在被保護系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)的所有導(dǎo)電部件之間建立起等電位區(qū)域。重要的是在需要保護的系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)部，所有導(dǎo)電部件之間不能存在顯著的電位差，從而達到保護設(shè)備和人身安全的目的；等電位連接。不帶電金屬物體。如各種金屬管道，線纜屏蔽層等。 帶電金屬物體。如電源線、各種信號傳輸線等。

分流：是將雷電流能量向大地泄放過程中應(yīng)符合層次性原則。層次性就是按照所劃分的防雷保護區(qū)對雷電能量分級瀉放。盡可能將多余能量在引入信息系統(tǒng)之前泄放入地；雷電能量分配模型(設(shè)有避雷針的建筑物) 前級評估模式。用于評估LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界處的雷電流分配情況。進入各系統(tǒng)的能量又將在各自的內(nèi)部進行分配。后續(xù)評估模式。用于評估LPZ1區(qū)以后各級保護區(qū)交界處的雷電流分配情況。許多行業(yè)的標準、規(guī)范中都規(guī)定在低壓電源系統(tǒng)應(yīng)安裝多級避雷器，使雷電流分級瀉放入地。

接地。接地是分流和瀉放直擊雷和雷電電磁干擾能量最有效的手段之一，也是電位均衡補償系統(tǒng)基礎(chǔ)。目的是使雷電流通過低阻接地系統(tǒng)向大地泄放，從而保護建筑物、人員和設(shè)備的安全。

3 電子信息系統(tǒng)雷電防護工程

3.1 整體設(shè)計、綜合治理、系統(tǒng)實施

信息防雷是一個系統(tǒng)工程。應(yīng)首先對需要防雷保護的系統(tǒng)進行詳細勘察，制訂技術(shù)方案，并依據(jù)技術(shù)標準、規(guī)范，進行工程設(shè)計。對避雷針、地線、屏蔽、均壓接地網(wǎng)絡(luò)，以及雷電過電壓容易侵入的通道，有針對性地采取相應(yīng)的技術(shù)措施，進行綜合治理。施工過程中也應(yīng)嚴格按照標準、規(guī)范和設(shè)計圖紙實施。

3.2 有效攔截、良好屏蔽

有效攔截。其思路是：根據(jù)技術(shù)規(guī)范完善避雷針、避雷帶等設(shè)施。采用新型避雷針和優(yōu)化避雷針，以降低雷電流陡度，從而減小二次雷擊的感應(yīng)電壓。盡量降低接地電阻等。

良好屏蔽。信號電纜的屏蔽，要點是：過早地敷設(shè)、排流防雷、穿管（槽）走線、可靠接地。電纜的屏蔽性能與電纜外導(dǎo)體或屏蔽體是否接地以及它的敷設(shè)形式有關(guān)。架空電纜比埋地電纜更易受雷電損壞；設(shè)備的屏蔽，主要依賴其外殼。對于屏蔽要求很高的設(shè)備，應(yīng)設(shè)置專用的屏蔽室。設(shè)備外殼和屏蔽室的屏蔽體都應(yīng)良好接地。

3.3 均衡連接、合理接地

均衡連接。對保護范圍內(nèi)的所有不帶電金屬導(dǎo)體應(yīng)進行嚴密的等電位連接，并與符合要求的地線可靠連接。工程實踐中應(yīng)注意處理好如下幾個方面的等電位連接問題：建筑物內(nèi)不帶電金屬物的等電位連接；建筑物頂不帶電金屬物的等電位連接：如電梯、空調(diào)、廣告牌、鐵欄桿等；建筑物外帶電金屬物的等電位連接：如電源線、信號線、控制線等。

合理接地。改造地線，依據(jù)不同的信息系統(tǒng)對接地的要求，對不符合要求的地線進行適當(dāng)改造。盡可能地減小地線電阻；合理接地，最好將信息系統(tǒng)的接地和防雷接地實行共地。工程實踐中應(yīng)注意處理好以下幾個方面的接地問題： 電子信息設(shè)備的單點接地；電子信息設(shè)備接地與建筑物防雷接地；信號傳輸電纜的全屏蔽與電子設(shè)備的單點接地。

以上是信息防雷工程的基本環(huán)節(jié)和主要工程措施。信息防雷工程是現(xiàn)代防雷多項技術(shù)措施綜合運用的系統(tǒng)工程。信息系統(tǒng)防雷工程必須從整體設(shè)計、系統(tǒng)考慮、綜合防護角度出發(fā)，做到層層設(shè)防，不留一絲隱患。

參考文獻

[1]張小青，建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護，電子工業(yè)出版社，2000.

[2]肖穩(wěn)安，防雷技術(shù)基礎(chǔ)，南京氣象學(xué)院防雷工程技術(shù)中心，2003.