電子信息系統(tǒng)防雷接地技術(shù)的相關(guān)探討

張燕霞

（甘肅省白銀市氣象局，甘肅 白銀 730900）

0 引言

雷電會對電子信息系統(tǒng)造成威脅，為確保電子信息系統(tǒng)正常運(yùn)作，避免雷電對其造成損害，應(yīng)根據(jù)地區(qū)實(shí)際情況采取適宜的防雷措施，根據(jù)不同雷電類別應(yīng)用合理的防雷技術(shù)。

1 雷電對電子信息系統(tǒng)的影響

雷電會對電子信息系統(tǒng)造成影響，主要原因是雷電會產(chǎn)生極高的電流，而高電流會對電力設(shè)備和整個電子信息系統(tǒng)的正常運(yùn)作造成嚴(yán)重影響，輕則使信息系統(tǒng)的運(yùn)作稍顯遲鈍，重則會使整個系統(tǒng)陷入癱瘓，對人員的人身安全也會造成威脅。雷電對電子信息系統(tǒng)造成的危害主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

1.1 直擊雷

帶電云層會對大地猛烈放電，這種現(xiàn)象稱為直擊雷。在直擊雷產(chǎn)生時，通電的物體容易因強(qiáng)電流產(chǎn)生故障，這是因?yàn)橹睋衾椎碾娏鬟^大，很容易讓周圍的電子系統(tǒng)因?yàn)闊o法承受短時高強(qiáng)度電流的沖擊而產(chǎn)生不可逆損害。

1.2 地電位反擊現(xiàn)象

地電位反擊相對于直接雷作用更加明顯，閃電擊中電子系統(tǒng)周邊設(shè)施會導(dǎo)致線路損壞或者設(shè)備無法承擔(dān)高強(qiáng)度電流而發(fā)生短路的情況，輕則破壞相關(guān)的系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)架，重則導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵部位發(fā)生短路，引發(fā)小型爆炸，甚至有產(chǎn)生火災(zāi)的可能性。其對周邊人群的人身安全及財(cái)產(chǎn)安全造成的威脅極大。

1.3 雷電波入侵

雷電波入侵相較前兩者更難以預(yù)防。雷電波入侵并不是直接對電子信息系統(tǒng)和設(shè)備造成破壞，而是在產(chǎn)生雷電波的瞬間，電流進(jìn)入電子設(shè)備中的連接點(diǎn)，產(chǎn)生的電流會沿著導(dǎo)線擴(kuò)散，使得某一區(qū)域出現(xiàn)電壓過強(qiáng)、電流過大等情況。這種電流的傳播非常迅速，因此在雷電波出現(xiàn)時，即使意識到電子設(shè)備有損壞可能，也沒有足夠的時間采取應(yīng)對措施。

2 電子信息系統(tǒng)防雷接地技術(shù)簡述與實(shí)施措施

2.1 電子信息系統(tǒng)防雷接地技術(shù)簡述

防雷接地技術(shù)實(shí)際上是電子信息系統(tǒng)中為保護(hù)電子系統(tǒng)而采取的新技術(shù)，這種技術(shù)在應(yīng)用過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相對應(yīng)的措施，電子信息系統(tǒng)要結(jié)合實(shí)際情況才能應(yīng)用得更加合理。因?yàn)槔纂娨u擊的強(qiáng)度不定、時間不定，整體的不確定性極高，所以要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合性分析，這樣才能拿出更為合理的技術(shù)實(shí)施方案，盡量避免雷電對電子信息系統(tǒng)造成損害。

雷電產(chǎn)生的是瞬時高強(qiáng)度電流，會對電子信息系統(tǒng)造成短時高強(qiáng)度傷害，因此在應(yīng)用防雷技術(shù)時，應(yīng)將短時防護(hù)作為主要方向。在我國，接地防雷技術(shù)是最常用的防雷技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的本質(zhì)是將雷電均勻分壓，電流導(dǎo)入地下。裝置安裝方式如下：利用均壓環(huán)對導(dǎo)體等電位進(jìn)行連接，再將系統(tǒng)線路接至接地設(shè)備，將電流從避雷針引入導(dǎo)線，最終進(jìn)入接地線，使電流不會流經(jīng)電子信息系統(tǒng)的內(nèi)部電路，實(shí)現(xiàn)雷電防害。

現(xiàn)今防雷接地技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用有工作接地與保護(hù)接地兩種主要形式：工作接地是在電路屏障內(nèi)通過電流輸出的方式正常接地，直流通過負(fù)極接地，交流電則通過接地設(shè)備實(shí)現(xiàn)接地；保護(hù)接地是根據(jù)設(shè)備正常帶電部分選擇位置接地。這兩種接地方式在防雷接地技術(shù)中的應(yīng)用可涵蓋多領(lǐng)域電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)，實(shí)用性極強(qiáng)。

2.2 電子信息系統(tǒng)防雷接地技術(shù)實(shí)施措施

2.2.1 直擊雷防護(hù)

直擊雷是指帶電云層猛烈放電。對于這種雷擊現(xiàn)象，要想實(shí)現(xiàn)電子信息系統(tǒng)即時保護(hù)，最行之有效的防雷措施就是在建筑物上插入避雷針，讓避雷針將高強(qiáng)度電流導(dǎo)入地下，讓電流不會分流進(jìn)入電子信息系統(tǒng)，達(dá)到保護(hù)電子信息系統(tǒng)的目的。直擊雷的強(qiáng)度非常高，在防護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)及制作的過程中，應(yīng)考慮直擊雷強(qiáng)度造成的影響，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際天氣情況，提供細(xì)化的設(shè)備和工藝處理方案。

2.2.2 分流

在新基建熱潮下，我國建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展成熟。在應(yīng)用防雷接地相關(guān)技術(shù)時，很多單位都將建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)作為引導(dǎo)裝置的防護(hù)體，在設(shè)計(jì)內(nèi)部鋼筋構(gòu)架時會布置系統(tǒng)化的防護(hù)引導(dǎo)裝置，使雷電電流中的絕大部分進(jìn)入地底，避免其對整體電子信息系統(tǒng)造成較大影響。在分流防護(hù)過程中，這一方式可以運(yùn)用到新建的商用或民用建筑里，但僅限于建筑結(jié)構(gòu)較為完善的建筑物。這種防護(hù)方式效果極佳，但就現(xiàn)在大多數(shù)建筑物的結(jié)構(gòu)性能而言，其具有一定的局限性［1］。

2.2.3 屏蔽

采用屏蔽的方式防雷也是當(dāng)前一種行之有效的防雷措施。屏蔽防雷是利用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的?；炷两Y(jié)構(gòu)中有一個專門實(shí)現(xiàn)雷電防護(hù)的構(gòu)件，而該部分主要是通過外部屏蔽的方式來達(dá)成雷電防護(hù)的目的。雷電防護(hù)構(gòu)件可以對電子信息系統(tǒng)進(jìn)行直接防護(hù)，但只有建筑中包含屏蔽防護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物才可以應(yīng)用。要想實(shí)現(xiàn)該防護(hù)技術(shù)的普及，需要在建筑領(lǐng)域?qū)﹄娮有畔⑾到y(tǒng)防護(hù)措施的完善性加以重視。

2.2.4 內(nèi)部防護(hù)

內(nèi)部防護(hù)是保障接地設(shè)施安全，實(shí)現(xiàn)接地防雷的重要方式，等電位連接設(shè)備的金屬外殼是防護(hù)工作中的重點(diǎn)。在防護(hù)工作中，防護(hù)人員要加強(qiáng)對防雷細(xì)節(jié)的把握，為防護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行創(chuàng)造條件。內(nèi)部防護(hù)時，應(yīng)結(jié)合建筑工程的設(shè)計(jì)及實(shí)際施工情況加以考慮，選擇更加合適的內(nèi)部防護(hù)措施，讓建筑內(nèi)的防雷設(shè)施布置更為合理。

3 電子信息系統(tǒng)防雷接地技術(shù)未來發(fā)展展望

3.1 防雷技術(shù)未來發(fā)展的主要課題

3.1.1 水平雷擊防損

放電的表觀現(xiàn)象和實(shí)際放電情況有一定區(qū)別：放電是通過雷電放電理論進(jìn)行預(yù)測的，而水平方向的雷電放電路徑是可以觀測到的［2］。針對高層建筑物水平方向的雷擊保護(hù)工作，無論是雷電引導(dǎo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)還是避雷針的放置，都必須做到精準(zhǔn)無誤。

3.1.2 防雷區(qū)域與邊界

防雷的空間按照電磁脈沖響應(yīng)進(jìn)行區(qū)域分割，這樣可以讓每個防雷空間之間有非常明確的邊界。通過這種方式分割出來的防雷空間被稱為防雷區(qū)，而邊界線兩邊的電磁條件往往有極大程度的差異。當(dāng)前有很多木質(zhì)建筑物難以通過電子脈沖現(xiàn)象進(jìn)行防雷區(qū)的具體劃分，木質(zhì)建造物的防雷區(qū)范圍確定這一板塊仍有較大發(fā)展和研究空間。

3.1.3 防雷設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)管理

在防雷設(shè)備使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)因?yàn)榉览状胧┑姆雷o(hù)級別不夠，或者因?yàn)橐恍┡既皇录斐晌ｋU(xiǎn)的情況，因此必須根據(jù)防雷措施的級別和周邊保護(hù)物的危險(xiǎn)程度得出風(fēng)險(xiǎn)和管理的相關(guān)評價(jià)，根據(jù)這一評價(jià)來判斷該地區(qū)受雷擊的可能性和受雷擊的程度，從而制定相應(yīng)的防雷措施，這樣才可以更有效地實(shí)現(xiàn)防雷，并且減少防雷設(shè)施沒有達(dá)到對應(yīng)級別而使得防雷過程中出現(xiàn)危險(xiǎn)的情況［3］。

要想實(shí)現(xiàn)防雷設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)的有效管理，首先要熟悉風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，從相對應(yīng)的計(jì)算公式中了解不可靠系數(shù)，通過充分的可靠性研究之后得出結(jié)論。要聯(lián)合多種假定條件確定實(shí)際情況下的結(jié)果數(shù)值范圍，因?yàn)槭苡绊憲l件較多，所以結(jié)果只能是一定的區(qū)間范圍，而無法確定精確數(shù)值。與此同時，風(fēng)險(xiǎn)評估需要根據(jù)每棟建筑的位置和結(jié)構(gòu)情況具體分析，且建筑物風(fēng)險(xiǎn)評估的可靠性也需要作為重點(diǎn)關(guān)注和核實(shí)的內(nèi)容。

3.1.4 冬季雷

有些國家對于冬季雷問題已經(jīng)有了大量的研究，關(guān)于電子設(shè)備對冬季雷防護(hù)的措施方法研究也有了重大突破。冬季雷的特性和正常的標(biāo)準(zhǔn)雷電特性有一定程度的區(qū)別。首先，冬季雷持續(xù)的時間較普通雷電長，屬于長時間雷電流，這種雷電流的電荷量特別大，甚至比夏天的雷電流值大百倍之多［4］。其次，雷擊次數(shù)相對于夏天也有很大區(qū)別，在頻繁發(fā)生冬季雷的區(qū)域，如果將正常區(qū)域避雷元件的耐放電電流量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，很容易發(fā)生事故，要根據(jù)實(shí)際情況增加避雷元件的耐放電電流量這一指標(biāo)。

3.2 避雷產(chǎn)品發(fā)展

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化

在避雷產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的過程中，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在很多廠商都會采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。比如，用3.5 cm 標(biāo)準(zhǔn)電器導(dǎo)軌來安裝電源系統(tǒng)。相對于最開始的簡單防護(hù)來說，設(shè)計(jì)安裝因?yàn)槌叽缫?guī)范變得更加簡便，并且在防爆、防火、防電相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生的效果也比之前更佳。

3.2.2 設(shè)計(jì)需求細(xì)分

在細(xì)分設(shè)計(jì)需求時需考慮人群、地區(qū)、建筑需求等綜合因素，若使用人工進(jìn)行數(shù)據(jù)分類及統(tǒng)計(jì)，誤差較大且工作任務(wù)繁重。隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，防雷領(lǐng)域出現(xiàn)了越來越多與高科技相關(guān)的新型設(shè)備，這些防雷產(chǎn)品正是通過應(yīng)用高科技滿足了各種情況的防雷需求。因此，當(dāng)前人們大多依靠大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)在高新領(lǐng)域的應(yīng)用，使防雷設(shè)備可以根據(jù)不同情況實(shí)現(xiàn)需求細(xì)分，根據(jù)更為細(xì)致的需求進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的改良和優(yōu)化［5］。

3.2.3 保護(hù)精細(xì)化

目前，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展更是有目共睹，特別是在新型防雷設(shè)備研究方向上越來越多元化，在各個精密零部件的設(shè)計(jì)上也會根據(jù)不同需求越發(fā)精細(xì)化。相應(yīng)的，設(shè)備耐受電壓、電流的能力也應(yīng)變得更強(qiáng)，未來的防雷產(chǎn)品要盡量做到殘壓更低、保護(hù)更加細(xì)致全面，如此才能滿足未來電子產(chǎn)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)需求。

未來產(chǎn)品發(fā)展趨向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，需求細(xì)分以及保護(hù)精細(xì)化3 個方向。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，大數(shù)據(jù)、人工智能等時代發(fā)展的新型技術(shù)也會逐漸融入避雷產(chǎn)品的研發(fā)與優(yōu)化中。要想在未來實(shí)現(xiàn)避雷產(chǎn)品的優(yōu)化、發(fā)展和革新，就應(yīng)學(xué)會與時俱進(jìn)，結(jié)合當(dāng)前新型電子產(chǎn)品的避雷需求，實(shí)現(xiàn)避雷產(chǎn)品的研發(fā)與更新。

4 結(jié)語

當(dāng)前，電子信息系統(tǒng)中防雷接地技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，未來整體技術(shù)的發(fā)展和革新勢在必行。在電子信息系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)程中，注重防雷接地技術(shù)，根據(jù)實(shí)際情況選擇更合理的防雷接地措施是電子信息系統(tǒng)管理流程中需要重視的內(nèi)容，減少雷電對電子系統(tǒng)產(chǎn)生的影響可以極大程度提高電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。