關于弱電設備防雷技術的探討

任強德　李必清

摘要：本文針對弱電系統(tǒng)設備的特點，分析了造成弱電設備損壞的主要原因，提出了具體的防范措施，供大家參考。

關鍵詞：弱電 設備 防雷

0 引言

隨著現代科技的高速發(fā)展，電子信息設備的應用已深入至各個領域，各種電子、微電子裝備已在各行業(yè)大量使用。由于這些系統(tǒng)和設備耐過電壓能力低，雷電高電壓以及雷電電磁涌流侵入所產生的電磁效應、熱效應都會對系統(tǒng)和設備造成干擾或永久性損壞，造成較大的經濟損失。因此解決電子信息系統(tǒng)對雷電災害的防護問題，十分重要。電子信息系統(tǒng)設備的多樣化、復雜化，其微電子元器件的工作電壓較低，通信信號幅度相對較小等特點，如在回路中設置防雷設施勢必會影響通信、網絡等設備的可靠、安全和暢通。這給弱電設備的過電壓防范帶來一定的難度。為了減少雷電感應致使自動化控制系統(tǒng)等弱電設備損壞，造成直接和間接的重大經濟損失，有必要對弱電設備的防雷與接地技術進行研究，采取有效的防雷措施。

1 造成弱電設備損壞的主要原因

1.1 直擊雷 所謂直擊雷是指雷擊點直接作用在設備上或作用在傳輸線路上，由傳輸線路引人造成設備的損壞。直擊雷造成設備損壞的程度一般都較為嚴重，一般采取安裝避雷針和布設避雷帶進行防雷保護。

1.2 感應雷 所謂感應雷是指雷擊點發(fā)生在距離設備幾百米或幾公里以外，雷擊點周圍的磁場發(fā)生強烈變化，其附近的設備或金屬導體上將感應出一定的雷電壓幅值，使弱電設備過電壓造成損壞。實際上雷擊造成弱電設備損壞的大都(占99％)是由感應雷引起的。因此，必須重視感應雷的防范。

1.3 感應雷電壓的特點 ①雷電波是沖擊電壓披，作用時間短，一般只有幾微秒至幾十微秒的非周期變化電壓，可認為是瞬態(tài)的變化電壓：②雷擊點周圍的磁場發(fā)生強烈變化時。在附近的設備、金屬導體上將感應出一定的雷電壓幅值；③在設備、器件或導體上所產生的雷電感應電壓強度與其導體的長度、截面、安裝高度和磁場強度(雷擊強度)成正比，與至雷電發(fā)生地點之間的距離成反比。弱電設備主要由電子元件、晶體管、集成電路等組成，其工作電壓都較低(一般為5V－12V)，抗雷電干擾能力較差，即使很小的雷電感應電壓就有可能導致弱電設備損壞。

2 弱電設備的防雷措施

根據IEC61312標準，弱電設備應設置多級防雷保護措施。對380V低壓線路進行過電壓保護。按國家規(guī)范應有三部分：在高壓變壓器后端到二次低壓設備的總配電盤問的電纜內芯線兩端對地加避雷器或保護器，作一級保護。在二次低壓設備的總配電盤至二次低壓設備的配電箱間電纜內芯線兩端對地加裝避雷器或保護器，作二級保護。在所有重要的、精密的設備以及UPS的前端對地加裝避雷器或保護器，作為三級保護。由于雷電流主要是由首次雷擊電流和后續(xù)雷擊電流所組成，因此雷電過電壓的保護必須同時考慮到如何抑制(或分流)首次雷擊電流和后續(xù)雷擊電流。在采取多級保護措施的同時，還必須考慮各級之間的能量配合和解耦措施。弱電系統(tǒng)的防雷可采用兩種措施：外部防雷和內部防雷。外部防雷可將絕大部分雷電流直接引入地下泄散；內部防雷可阻塞沿電源或信號線所引入的雷電波。這兩道防線互相配合，各盡其職，缺一不可。

2.1 外部防護措施 外部防護是指對安裝弱電設備的建筑物本體的安全防護，可采用避雷針、分流、屏蔽網、均衡電位、接地等措施。這種防護措施人們比較重視，相對來說比較完善。目前弱電設備的外部防護措施主要有：①使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引入大地。②在將雷電流引入大地的時候俊量將雷電流分流，避免造成過電壓危害設備。③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，如果建筑物中的設備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控等小功率信號電路的電器，則需要加裝專門的屏蔽網。④建筑物各點的電位均衡，避免由于電位差危害設備。⑤保證建筑物有良好的接地-2，避免雷擊建筑物時地電位抬高而損壞設備。

2.2 內部防護措施 內部防雷是指在建筑物內部弱電設備對過電壓(雷電或電源系統(tǒng)內部過電壓)的防護，在設備受到過電壓侵襲時，保護裝置能快速動作泄放能量，從而保護設備免受損壞，可采用等電位聯接、屏蔽、保護隔離、合理布線和設置過電壓保護器等措施。內部防雷分為電源防雷和信號防雷。

2.2.1 電源防雷系統(tǒng)主要是防止雷電波通過電源線路對計算機及相關設備造成危害。為避免高電壓經過防雷器對地泄放后的殘壓或因更大的雷電流在擊毀防雷器后繼續(xù)毀壞后續(xù)設備，以及防止線纜遭受二次感應，依照有關防雷工程試行草案，應采取分級保護、逐級泄流的原則。一是在大樓電源的總進線處安裝放電電流較大的一級電源防雷器；一是在重要樓層或重要設備電源的進線處加裝二級或三級電源防雷器。為了確保遭受雷擊時，高電壓首先經過一級電源防雷器，然后再經過二級電源防雷器，一級電源防雷器和二級電源防雷器之間的距離要大于l0—15m。如果兩者間距不夠，可采用帶線圈的防雷箱，這樣可以避免二級電源防雷器首先遭受雷擊而損壞。

2.2.2 信號防雷系統(tǒng)由于雷電波在線路上能感應出較高的瞬時沖擊能量，因此要求網絡通信設備能夠承受較高能量的瞬時沖擊，而目前大部分設備由于電子元器件的高度集成化而使耐過電壓、耐過電流水平下降，必須在網絡通信接口處加裝必要的防雷保護裝置以確保網絡通信系統(tǒng)的安全運行。對通信系統(tǒng)進行防雷保護，選取適當保護裝置非常重要，應充分考慮防雷產品與通信系統(tǒng)匹配。對于信息系統(tǒng)，應分為粗保護和精細保護。粗保護量級根據所屬保護區(qū)的級別確定，精細保護要根據電子設備的敏感度來進行確定。因對弱電設備的雷電浪涌防護重視不夠，故而發(fā)生雷電浪涌損壞設備的故障。所以在完善弱電設備外部防護的同時，要加強弱電設備的內部防護。①完善弱電外部雷電防護，將絕大部分雷電流直接引入地下泄散。②阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓波。③限制鉗位被保護設備上浪涌過電壓過電流幅值在設備上可承受的范圍。④采用高吸收能量的分流設備(避雷器)將雷電過電壓(脈沖)能量分流泄人大地．分流(限幅)技術中采用的防護器品質、性能的好壞是網絡防護的關鍵，因此，選擇合格優(yōu)良的避雷器或保護器至關重要。⑤采用短線技術。設備間的連接線盡可能短，以減少導線上的雷電感應電壓幅值。⑥采用屏蔽方式。選用有屏蔽層的電纜，將減小雷電感應電壓強度，但屏蔽層應可靠接地。⑦采用隔離、絕緣來削弱雷電感應電壓。天線的固定支架采用絕緣棒與避雷針支體隔離，電池極支架與避雷針體地板用絕緣子隔離。⑧人工隔離。如需弱電設備工作時，由人工合上電源開關，插接網絡線路，否則，斷開以上線路。⑨電壓抑制技術。對于無人職守設備和需不間斷與外界聯絡的設備，必須把雷電感應電壓限制在設備承受的電壓以下，防止設備損壞。要使設備達到理想的防雷效果，必須根據設備的工作原理、工作條件、功率大小及阻抗高低來裝設相應的防雷保護裝置。要求有一個良好的接地系統(tǒng)，因所有防雷系統(tǒng)都需要通過接地系統(tǒng)把雷電流泄人大地，從而保護設備和人身安全。如果機房接地系統(tǒng)做得不好，不但會引起設備故障，燒壞元器件，甚至還將危害工作人員的生命安全。另外防干擾的屏蔽問題、防靜電的問題都需要通過建立良好的接地系統(tǒng)來解決。

3 結束語

弱電設備防雷的誤區(qū)目前弱電設備的防雷國家還沒有出相關的技術標準，很多設計還是套用強電的防雷接地規(guī)范，實際上弱電設備防的一般是感應雷，接地電流相對較小，認識到這一點對于弱電產品的防雷方案的選擇、工程造價的限制有重要的意義。