電子、電氣系統(tǒng)雷電危害的特點(diǎn)

李艷紅，化麒，許沖

（國(guó)營(yíng)洛陽丹城無線電廠，河南 洛陽 471000）

0 引言

雷電對(duì)電子電氣系統(tǒng)中的弱電設(shè)備電子元器件造成的傷害非常大，而且根據(jù)電流形式的不同，負(fù)荷不同，帶來破壞程度也存在一定區(qū)別。而弱電設(shè)備中的電子元器件對(duì)雷擊電流十分敏感，在實(shí)際生產(chǎn)生活中通過相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)手段來減少雷擊電流造成的損傷。人們通過安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)度對(duì)雷電進(jìn)行預(yù)防，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)考慮不全面的情況，極端天氣下雷電入侵，對(duì)弱電系統(tǒng)中電子元器件造成損傷，所以應(yīng)該對(duì)防雷工作給予相應(yīng)的重視。

1 雷電對(duì)電子元器件造成危害的原因概述

1.1 雷電的主要形式

雷電對(duì)人們的生產(chǎn)生活存在著一定影響，尤其針對(duì)于電子電氣系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備。但是現(xiàn)代對(duì)雷電缺乏有效的治理方式，只能夠通過一些設(shè)備和技術(shù)手段進(jìn)行預(yù)防，并且降低雷電造成的危害[1]。在生活中雷電的主要形式分為三種，球形雷、感應(yīng)雷、直擊雷，根據(jù)雷電類型的不同，對(duì)電子電氣系統(tǒng)造成的傷害和影響也存在著一定差別。人們需對(duì)不同種類的雷電進(jìn)行深入研究，并制定針對(duì)性的治理方案，避免因?yàn)閷?duì)雷電的了解程度不高，導(dǎo)致弱電系統(tǒng)和相應(yīng)設(shè)備受到破壞。

1.2 直擊雷

直擊雷一般會(huì)對(duì)動(dòng)物和植物造成損壞，而在這個(gè)過程中雷電產(chǎn)生的巨大能量，會(huì)引起熱效應(yīng)，對(duì)電子電氣系統(tǒng)產(chǎn)生影響，甚至是破壞電子元器件。直擊電對(duì)人們的生命和建筑物的整體結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的威脅和影響，雖然直擊電的破壞性比較大，但發(fā)生的概率比較低。

1.3 球形雷

球狀閃電的危害較大，特別是針對(duì)于電子電氣系統(tǒng)，一般情況下它隨氣流起伏在近地空中自在飄飛或逆風(fēng)而行。它可以通過開著的門窗進(jìn)入室內(nèi)，常見的是穿過煙囪后進(jìn)入建筑物?？梢栽趯?dǎo)線上滑動(dòng)，有時(shí)會(huì)懸停，有時(shí)會(huì)無聲消失，有時(shí)又會(huì)因?yàn)榕龅秸系K物爆炸。球狀閃電是形成雷電的電動(dòng)趨勢(shì)，在半擊穿空氣時(shí)產(chǎn)生的空氣離子球。它其中攜帶能量，包裹相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)有導(dǎo)體破壞它的平衡時(shí)，它會(huì)和周圍的空氣中和，并釋放出能量。

1.4 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷主要是指雷電在雷云之間或者是雷云對(duì)地面進(jìn)行放電，感應(yīng)雷發(fā)生的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)，對(duì)附近的電力線路、電子電氣系統(tǒng)、信號(hào)傳輸線路造成一定的影響，直接會(huì)損害到串聯(lián)線路或者中間的電子終端設(shè)備，而且這種形式的雷電發(fā)生頻率比較高[2]。

1.5 雷電浪涌

雷電浪涌是近幾年有關(guān)技術(shù)人員十分重視的雷電危害類型，雷電浪涌對(duì)微電子設(shè)備的危害巨大，而且防護(hù)手段起步比較晚導(dǎo)致不夠完善。常見的電子元器件受到損壞，并不是由雷電直接引起的損傷，而是雷擊發(fā)生時(shí)電源和線路中形成的電流涌浪造成的。因?yàn)橐恍╇娮釉O(shè)備的耐電，耐壓情況比較差，對(duì)雷電的承受能力也比較弱。就弱電設(shè)備而言，由于電流涌浪的作用甚至對(duì)電器可能一次性造成嚴(yán)重的損傷，而且傷害不僅是通過電流的形式，還可以通過信號(hào)的形式對(duì)弱電設(shè)備造成嚴(yán)重的威脅。

2 電子、電氣系統(tǒng)防雷措施

在電子、電氣行業(yè)，防雷技術(shù)水平得到了一定程度的提升，防雷工作對(duì)弱電設(shè)備安全使用有著非常重要的保護(hù)作用，針對(duì)于不同的雷電類型造成的影響和傷害，在弱電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用防雷技術(shù)對(duì)電子元器件進(jìn)行保護(hù)，延長(zhǎng)電子、電氣系統(tǒng)的使用年限[3]。技術(shù)人員根據(jù)防護(hù)范圍的不同可以將防雷手段分成兩種，一種是外部防護(hù)而另一種是內(nèi)部防護(hù)。外部防護(hù)是指對(duì)弱電設(shè)備和建筑物本身的防雷系統(tǒng)，主要有避雷針、分流技術(shù)、屏蔽網(wǎng)等措施，這種防護(hù)措施比較傳統(tǒng)，但是容易引起人們的重視，形式比較常見，而內(nèi)部防護(hù)是弱電設(shè)備對(duì)電壓、電源的保護(hù)，主要措施是等等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽措施、隔離措施等，內(nèi)部防護(hù)技術(shù)屬于較新的防護(hù)方式，針對(duì)于新出現(xiàn)的雷電問題有一定的效果，但是整體技術(shù)不夠完善，缺乏廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)[4]。

2.1 外部防護(hù)

外部防護(hù)主要是利用外部設(shè)備從而降低對(duì)雷電造成的影響，以避雷針為例，通過避雷針的引導(dǎo)能夠?qū)⒗纂娨虼蟮?，將雷電流引向大地的時(shí)候，需要將雷電流進(jìn)行有效的分流，避免造成過強(qiáng)的電壓對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的危害。通過建筑物中的金屬部件，形成法拉第籠，將雷電流進(jìn)行屏蔽。針對(duì)于弱電設(shè)備，需在建筑物中設(shè)立均壓電位連接點(diǎn)，保證電位均衡，降低雷擊對(duì)建筑物中弱電設(shè)備的影響。外部防護(hù)操作起來比較簡(jiǎn)單，而其使用情況相對(duì)穩(wěn)定，在防雷工作進(jìn)行過程中，占有重要的地位，但是隨著時(shí)代發(fā)展，傳統(tǒng)防雷技術(shù)對(duì)新型的弱電設(shè)備和電子元器件的保護(hù)力度有限，而且精密電子元器件對(duì)雷電帶來的危害自身缺乏抵抗力，為應(yīng)對(duì)這種情況需將現(xiàn)代的防護(hù)系統(tǒng)多層次化[5]。

2.2 內(nèi)部防護(hù)

根據(jù)EMC的觀點(diǎn)，防雷從外部到內(nèi)部需要建立多個(gè)保護(hù)區(qū)，才能夠?qū)⒗纂姷奈：π越档阶畹?。保護(hù)區(qū)主要是依靠金屬管道等設(shè)備進(jìn)行屏蔽層的搭建，通過分層多級(jí)保護(hù)的方式，將電壓降到能夠承受的水平，而雷電流通過傳統(tǒng)的避雷方式，將一半左右的能量之間轉(zhuǎn)移到了大地，而另一半平均流入到其他的管道當(dāng)中，隨著電子設(shè)備的應(yīng)用，雷電及設(shè)備操作瞬間經(jīng)過的電流數(shù)值不斷提升，傳統(tǒng)的防護(hù)系統(tǒng)不能夠應(yīng)對(duì)現(xiàn)在的防雷環(huán)境，針對(duì)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)工作和弱電設(shè)備的發(fā)展應(yīng)用，需將單一的雷電防護(hù)模式，變成多層次的雷電防護(hù)，而且在操作瞬間通過對(duì)電子電氣系統(tǒng)的全面考量，提升系統(tǒng)防雷水平，對(duì)電子元器件進(jìn)行有效的保護(hù)。電源雷電入侵也是弱電設(shè)備需面對(duì)的主要問題之一，電力系統(tǒng)把對(duì)地的電壓進(jìn)行有效限制，根據(jù)國(guó)家的規(guī)范進(jìn)行有效統(tǒng)一，建議在高壓變壓器的后端到二次低壓設(shè)備之間形成有效的防護(hù)，對(duì)精美儀器而言，在內(nèi)部需安裝避雷設(shè)備和保護(hù)器，從而將雷電過電壓通過能量分流的方式導(dǎo)入大地，保護(hù)弱電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行[6]。分流設(shè)備的性能直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保護(hù)，所以相關(guān)設(shè)備的選擇對(duì)防雷的最終效果有著極大的影響。對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)而言的防雷工作也需要一定重視，根據(jù)粗保護(hù)和細(xì)保護(hù)的不同內(nèi)容，提出針對(duì)性的保護(hù)方式。

3 雷電浪涌保護(hù)

3.1 三級(jí)保護(hù)方式

對(duì)自動(dòng)化的控制方式需要根據(jù)雷電浪涌的情況綜合考慮，在保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，針對(duì)于自動(dòng)化控制裝備的特點(diǎn)，將該系統(tǒng)的浪涌保護(hù)器分成三個(gè)等級(jí)，而且對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的控制和研究是防雷工作進(jìn)行的主要技術(shù)手段。雷擊電流釋放器、過壓放電器、終端保護(hù)器在數(shù)據(jù)通信和控制過程匯中廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化裝置供電設(shè)備保護(hù)采用的是雷擊電流的放大器，這種設(shè)備一般情況下安裝在建筑物的進(jìn)口處，在實(shí)際工作中，為了避免后續(xù)設(shè)備電壓數(shù)過高，需在保護(hù)范圍內(nèi)進(jìn)行有效控制，并安裝第二級(jí)保護(hù)，通過壓放電器的施工完成二級(jí)保護(hù)的工作，而三級(jí)保護(hù)直接將過壓保護(hù)器安裝在設(shè)備的前端。而且必須遵守導(dǎo)線的最小最長(zhǎng)的規(guī)定[7]。

3.2 三級(jí)保護(hù)設(shè)備

三級(jí)保護(hù)設(shè)備應(yīng)用首先是惰性氣體的過電器，是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的設(shè)備，主要針對(duì)于雷電浪涌。亞敏電阻，應(yīng)用在二級(jí)保護(hù)層中，能夠針對(duì)于電流的變化迅速做出反應(yīng)，而且壓敏電阻的放電時(shí)間是微秒級(jí)別。抑制二極管，應(yīng)用在靈活的電子回路中。

4 結(jié)語

雷電對(duì)于弱電系統(tǒng)中電子元器件危害是十分巨大的，雖然我國(guó)電子電氣技術(shù)在不斷發(fā)展和提高，但是在實(shí)際工作中還是存在著一些問題，對(duì)雷電造成的損傷不能夠進(jìn)行有效的治理，特別是在電子電氣角度下，弱電涉及的防雷工作內(nèi)容相對(duì)比較復(fù)雜，需將系統(tǒng)中的內(nèi)外部相結(jié)合，進(jìn)行統(tǒng)一的防雷工作，技術(shù)人員需對(duì)防雷工作給予相應(yīng)的重視，避免因?yàn)楣ぷ鞯氖韬鲈斐山?jīng)濟(jì)損失，只有對(duì)雷電技術(shù)造成的損害進(jìn)行分析，才能夠提出針對(duì)性的建議和措施。