弱电设备防雷技术措施

随着现代科技的高速发展，电子信息设备的应用已深入至各个领域，各种电子、微电子装备已在各行业大量使用。由于这些系统和设备耐过电压能力低，雷电高电压以及雷电电磁涌流侵入所产生的电磁效应、热效应都会对系统和设备造成干扰或永久性损坏，造成较大的经济损失。因此解决电子信息系统对雷电灾害的防护问题，十分重要。电子信息系统设备的多样化、复杂化，其微电子元器件的工作电压较低，通信信号幅度相对较小等特点，如在回路中设置防雷设施势必会影响通信、网络等设备的可靠、安全和畅通。这给弱电设备的过电压防范带来一定的难度。为了减少雷电感应致使自动化控制系统等弱电设备损坏，造成直接和间接的重大经济损失，有必要对弱电设备的防雷与接地技术进行研究，采取有效的防雷措施。
　　1 造成弱电设备损坏的主要原因
　　1.1 直击雷 所谓直击雷是指雷击点直接作用在设备上或作用在传输线路上，由传输线路引人造成设备的损坏。直击雷造成设备损坏的程度一般都较为严重，一般采取安装避雷针和布设避雷带进行防雷保护。
　　1.2 感应雷 所谓感应雷是指雷击点发生在距离设备几百米或几公里以外，雷击点周围的磁场发生强烈变化，其附近的设备或金属导体上将感应出一定的雷电压幅值，使弱电设备过电压造成损坏。实际上雷击造成弱电设备损坏的大都(占99％)是由感应雷引起的。因此，必须重视感应雷的防范。
　　1.3 感应雷电压的特点 ①雷电波是冲击电压披，作用时间短，一般只有几微秒至几十微秒的非周期变化电压，可认为是瞬态的变化电压：②雷击点周围的磁场发生强烈变化时。在附近的设备、金属导体上将感应出一定的雷电压幅值；③在设备、器件或导体上所产生的雷电感应电压强度与其导体的长度、截面、安装高度和磁场强度(雷击强度)成正比，与至雷电发生地点之间的距离成反比。弱电设备主要由电子元件、晶体管、集成电路等组成，其工作电压都较低(一般为5V一12V)，抗雷电干扰能力较差，即使很小的雷电感应电压就有可能导致弱电设备损坏。
　　2 弱电设备的防雷措施
　　根据IEC61312标准，弱电设备应设置多级防雷保护措施。对380V低压线路进行过电压保护。按国家规范应有三部分：在高压变压器后端到二次低压设备的总配电盘问的电缆内芯线两端对地加避雷器或保护器，作一级保护。在二次低压设备的总配电盘至二次低压设备的配电箱间电缆内芯线两端对地加装避雷器或保护器，作二级保护。在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端对地加装避雷器或保护器，作为三级保护。由于雷电流主要是由首次雷击电流和后续雷击电流所组成，因此雷电过电压的保护必须同时考虑到如何抑制(或分流)首次雷击电流和后续雷击电流。在采取多级保护措施的同时，还必须考虑各级之间的能量配合和解耦措施。弱电系统的防雷可采用两种措施：外部防雷和内部防雷。外部防雷可将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；内部防雷可阻塞沿电源或信号线所引入的雷电波。这两道防线互相配合，各尽其职，缺一不可。
　　2.1 外部防护措施 外部防护是指对安装弱电设备的建筑物本体的安全防护，可采用避雷针、分流、屏蔽网、均衡电位、接地等措施。这种防护措施人们比较重视，相对来说比较完善。目前弱电设备的外部防护措施主要有：①使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引入大地。②在将雷电流引入大地的时候俊量将雷电流分流，避免造成过电压危害设备。③利用建筑物中的金属部件以及钢筋可以作为不规则的法拉第笼，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的设备是低压电子逻辑系统、遥控等小功率信号电路的电器，则需要加装专门的屏蔽网。④建筑物各点的电位均衡，避免由于电位差危害设备。⑤保证建筑物有良好的接地-2，避免雷击建筑物时地电位抬高而损坏设备。
2.2 内部防护措施 内部防雷是指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护，在设备受到过电压侵袭时，保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏，可采用等电位联接、屏蔽、保护隔离、合理布线和设置过电压保护器等措施。内部防雷分为电源防雷和信号防雷。
　　2.2.1 电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过防雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁防雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照有关防雷工程试行草案，应采取分级保护、逐级泄流的原则。一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源防雷器；一是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二级或三级电源防雷器。为了确保遭受雷击时，高电压首先经过一级电源防雷器，然后再经过二级电源防雷器，一级电源防雷器和二级电源防雷器之间的距离要大于l0—15m。如果两者间距不够，可采用带线圈的防雷箱，这样可以避免二级电源防雷器首先遭受雷击而损坏。
　　2.2.2 信号防雷系统由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分设备由于电子元器件的高度集成化而使耐过电压、耐过电流水平下降，必须在网络通信接口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。对通信系统进行防雷保护，选取适当保护装置非常重要，应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。对于信息系统，应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定，精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。因对弱电设备的雷电浪涌防护重视不够，故而发生雷电浪涌损坏设备的故障。所以在完善弱电设备外部防护的同时，要加强弱电设备的内部防护。①完善弱电外部雷电防护，将绝大部分雷电流直接引入地下泄散。②阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波。③限制钳位被保护设备上浪涌过电压过电流幅值在设备上可承受的范围。④采用高吸收能量的分流设备(避雷器)将雷电过电压(脉冲)能量分流泄人大地．分流(限幅)技术中采用的防护器品质、性能的好坏是网络防护的关键，因此，选择合格优良的避雷器或保护器至关重要。⑤采用短线技术。设备间的连接线尽可能短，以减少导线上的雷电感应电压幅值。⑥采用屏蔽方式。选用有屏蔽层的电缆，将减小雷电感应电压强度，但屏蔽层应可靠接地。⑦采用隔离、绝缘来削弱雷电感应电压。天线的固定支架采用绝缘棒与避雷针支体隔离，电池极支架与避雷针体地板用绝缘子隔离。⑧人工隔离。如需弱电设备工作时，由人工合上电源开关，插接网络线路，否则，断开以上线路。⑨电压抑制技术。对于无人职守设备和需不间断与外界联络的设备，必须把雷电感应电压限制在设备承受的电压以下，防止设备损坏。要使设备达到理想的防雷效果，必须根据设备的工作原理、工作条件、功率大小及阻抗高低来装设相应的防雷保护装置。要求有一个良好的接地系统，因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄人大地，从而保护设备和人身安全。如果机房接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，甚至还将危害工作人员的生命安全。另外防干扰的屏蔽问题、防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。
　　3 结束语
　　弱电设备防雷的误区目前弱电设备的防雷国家还没有出相关的技术标准，很多设计还是套用强电的防雷接地规范，实际上弱电设备防的一般是感应雷，接地电流相对较小，认识到这一点对于弱电产品的防雷方案的选择、工程造价的限制有重要的意义。