弱電設(shè)備的雷電危害與保護(hù)方式探討分析

陳正文

[摘要]隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，人們?cè)谙硎茈娮赢a(chǎn)品、自動(dòng)控制設(shè)備為生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也在承受著由于雷電原因使其受損而帶來(lái)的損失。本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，就弱電設(shè)備的雷電危害與保護(hù)方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的論述。

[關(guān)鍵詞]弱電設(shè)備；雷電；防護(hù)策略

雷擊是自然界一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，雷電放電會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，具有強(qiáng)大的破壞能力，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外弱電設(shè)備遭受雷電襲擊而導(dǎo)致?lián)p失重大的事件屢見(jiàn)不鮮，尤其是電力系統(tǒng)的變電站微波塔遭受雷擊襲擊后，導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備/保護(hù)裝置、通訊設(shè)備大量受損的事故時(shí)有發(fā)生，不僅給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重威脅到了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1.弱電設(shè)備雷電危害的主要原因分析

雷電的危害是巨大的，迄今為止并沒(méi)有找到一種有效地方法來(lái)防治雷電危害，只能采取一定的措施將其危害程度降到最低。感應(yīng)雷、直擊雷、球形雷是幾種常見(jiàn)的雷電形式。在長(zhǎng)期研究中，研究出了一套比較全面的防護(hù)措施，但對(duì)雷電浪涌的認(rèn)識(shí)程度并不高，所以這也是導(dǎo)致弱電設(shè)備受損的主要原因。下面對(duì)這幾種雷電形式進(jìn)行針對(duì)性分析。

（1）雷電在雷云之間或者雷云對(duì)地之間放電的形式就是感應(yīng)雷，它會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)直接干擾附近的埋地電力線路、戶外傳輸信號(hào)線路以及設(shè)備間連接線路，直接損害到串聯(lián)在線路中間或者終端的電子設(shè)備。

（2）直擊雷，雷電一般直接作用在動(dòng)植物或者建筑物構(gòu)架上，由于雷電產(chǎn)生巨大的能量引發(fā)一系列熱效應(yīng)、電效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)等情況，對(duì)人員的生命和建筑物的整體構(gòu)造造成了嚴(yán)重威脅。相比于感應(yīng)雷，直擊雷的威力較大，但發(fā)生概率較低。

（3）雷電浪涌主要包括信號(hào)浪涌和電源浪涌。近幾年，微電子設(shè)備遭受雷電侵襲的事故不斷發(fā)生，很多人誤以為是直擊雷的結(jié)果，其實(shí)不然，雷電發(fā)生時(shí)，直接作用于電源和通訊設(shè)備線路，在二者之間感應(yīng)出電流浪涌，進(jìn)而對(duì)設(shè)備造成了損害。

2.弱電設(shè)備雷害的防護(hù)策略

2.1內(nèi)部防護(hù)

傳輸信號(hào)、設(shè)備和裝置運(yùn)行時(shí)的電源是弱電設(shè)備進(jìn)行雷電內(nèi)部防護(hù)時(shí)兩個(gè)主要保護(hù)對(duì)象。就電源雷害來(lái)說(shuō)是由于電流、電壓超出了最大承受能力，使得雷電有機(jī)會(huì)通過(guò)線路損害到電源。因此要想防止弱電設(shè)備的電源雷害發(fā)生，必須做好弱電設(shè)備的線路過(guò)電壓保護(hù)工作。內(nèi)部防雷，包括監(jiān)控系統(tǒng)防雷、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷以及PSTN專線系統(tǒng)防雷等。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)的防雷。系統(tǒng)的各種線路，在建筑物直擊雷非保護(hù)區(qū)或直擊雷防護(hù)區(qū)與第一防護(hù)區(qū)交接處應(yīng)裝設(shè)線路適配的浪涌保護(hù)器。在中央控制室內(nèi)，必須對(duì)所有設(shè)備的金屬線槽、金屬外殼以及保護(hù)接地等先進(jìn)行等電位連接，然后再進(jìn)行接地處理。系統(tǒng)接地需要采用銅芯絕緣導(dǎo)體進(jìn)行共用接地，應(yīng)穿管敷設(shè)至就近的等電位端子排上。

（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷。進(jìn)、出建筑物的傳輸線路上應(yīng)設(shè)置浪涌保護(hù)區(qū)。計(jì)算機(jī)設(shè)備的輸入/輸出端口處，應(yīng)安裝適配的計(jì)算機(jī)信號(hào)浪涌保護(hù)器，同時(shí)其接地端選用截面最少為115mm2的多股絕緣銅導(dǎo)線，然后再對(duì)其進(jìn)行等電位連接。

（3）PSTN專線系統(tǒng)防雷。在建筑工程中，一些屋內(nèi)操作設(shè)備需要的線路是從建筑物外引入，一旦遭遇雷電危害，最易對(duì)通信設(shè)備造成損壞，所以我們必須對(duì)其安裝信號(hào)浪涌保護(hù)器。浪涌保護(hù)器的接地端應(yīng)與配線架接地端相連。配線架的接地線應(yīng)采用截面不小于16mm2的多股銅線，從配線架接至機(jī)房的局部等電位接地端子排上。配線架及設(shè)備金屬外殼應(yīng)做好等電位連接。

3.弱電設(shè)備雷害的外部防護(hù)

對(duì)弱電設(shè)備雷害進(jìn)行外部防護(hù)時(shí)，采用最多的方法是在設(shè)備建筑物本體處安裝一些像屏蔽網(wǎng)、避雷針以及法拉第籠等防雷裝置。建筑物中存在一些金屬部件，所以必要時(shí)可以充分發(fā)揮該部件作用，將其改造成一個(gè)法拉第籠，可以起到良好效果。但如果在遙控、小功率信號(hào)以及低電壓邏輯系統(tǒng)中依舊采取此方法并不妥當(dāng)，其防治力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。針對(duì)這種情況，可以在建筑物中安裝屏蔽網(wǎng)，首先應(yīng)該保證處于建筑物屋面中的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)要小于5m見(jiàn)方；其次要對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行等電位連接工作，平衡各點(diǎn)電位，如此才能避免因電位差造成的設(shè)備損壞。本質(zhì)上看，法拉第籠和屏蔽網(wǎng)工作原理是相同的。

避雷針是一種常見(jiàn)的防雷裝置，它不僅安裝方便，維修簡(jiǎn)單，而且防雷效果也是比較理想的，在不同的設(shè)備和建筑領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用開(kāi)來(lái)。當(dāng)遭遇雷雨天氣時(shí)，帶電云層就會(huì)聚集在裝有弱電設(shè)備的建筑物上面，避雷針和建筑物頂部就會(huì)產(chǎn)生大量的感應(yīng)電荷，根據(jù)尖端放電原理，避雷針針頭處聚焦的電荷最集中，也是最多的一處，這樣一來(lái)，帶電的云層與避雷針這兩個(gè)帶有電荷的部分，就構(gòu)成了一個(gè)巨大的電容器的兩級(jí)。再加上避雷針自尖端針頭較尖，進(jìn)而縮短了其和云層之間的面積，這樣的結(jié)果就是使得這個(gè)巨大的電容器所能容納的電荷也隨之很小。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，雷電對(duì)弱電設(shè)備造成的危害是巨大的，盡管當(dāng)前我國(guó)的科學(xué)技術(shù)處于飛速發(fā)展階段，但是仍然欠缺有效地防雷措施徹底根治雷電危害。對(duì)弱電設(shè)備的防雷工作涉及的環(huán)節(jié)比較多，所以必須將內(nèi)部防雷和外部防雷結(jié)合起來(lái)，共同提高防雷效率。