摘要 雷擊，是全球第三大自然災(zāi)害，每年因雷擊連成的難以估量的經(jīng)濟(jì)損失，給企業(yè)的安全管理帶來很大的困難。電子設(shè)備微電子性和弱電工作特點(diǎn)，使得設(shè)備的抗干擾能力明顯不足。如何減少和防止雷擊所連成的損失，逐漸引起人們關(guān)注。本文對雷電的形成機(jī)理、雷電種類及危害進(jìn)行了分析，并利用國際、國內(nèi)先進(jìn)的防雷產(chǎn)品和技術(shù)，探討了防雷保安的解決方案。

關(guān)鍵詞 石油企業(yè)；雷電；防雷系統(tǒng)

一，雷電和雷電電磁脈沖

(一)雷電的危害

雷電是發(fā)生在大氣層中大氣或云塊在氣流作用下產(chǎn)生異性電荷的積累使某處空氣被擊穿，電荷中和產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲、光、電并發(fā)的一種物理現(xiàn)象。進(jìn)入電子信息時(shí)代后，雷災(zāi)出現(xiàn)的特點(diǎn)與以往有極大的不同，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、受災(zāi)行業(yè)面大大擴(kuò)大，從電力、建筑這兩個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)展到幾乎所有行業(yè)，特點(diǎn)是與高新技術(shù)關(guān)系最密切的領(lǐng)域，

2，從二維空間入侵變?yōu)槿S空間入侵。從閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場從三維空間入侵到任何角落。

雷電致?lián)p帶來的可怕后果主要有以下幾個(gè)方面：

1，破壞數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作、信息丟失、不可知的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、文件丟失。

2、過早地耗損電子元器件，使性能劣化導(dǎo)致壽命降低、不穩(wěn)定的性能，神秘的故障以及無法解釋的硬件問題和高維修率。

3、絕緣擊穿或元器件損壞導(dǎo)致系統(tǒng)停頓。

(二)干擾源

雷電和雷電電磁脈沖作為強(qiáng)干擾源，其破壞性極為明顯，但同時(shí)另外幾種破壞性的強(qiáng)干擾源也應(yīng)加以考慮。

1、雷電及雷電電磁脈沖(LEMP)

雷電直接擊到建筑物或其它物體上或雷電直接擊中線路并經(jīng)過電器設(shè)備入地，也叫直擊雷。

雷電電磁脈沖是作為干擾源的直接雷擊和附近雷擊所引起的效應(yīng)。大多數(shù)是通過連接導(dǎo)體的傳導(dǎo)與輻射產(chǎn)生干擾，如雷電流或部分雷電流、被雷電擊中的裝置的電位升高產(chǎn)生磁輻射干擾、電磁場變化。

2、開關(guān)操作脈沖(sEMP)

眾所周知，當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場，儲存能量，最大的瞬時(shí)過電壓是由閃電產(chǎn)生的，瞬時(shí)過電壓的另一個(gè)來源是電力公司日常的電力切換操作。這兩類有害的電源擾動(dòng)都可擾亂計(jì)算機(jī)和微機(jī)信息處理系統(tǒng)的工作，引起停工或永久性設(shè)備損壞。

3、靜電放電(ESD)

靜電放電對MOS器件影響最大，人體接觸和存放MOS器件塑料盒的振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生大量的靜電，當(dāng)相對濕度為10～20％時(shí)，人體在地毯上行走，將產(chǎn)生3.5萬伏的靜電電壓。

4、核電磁脈沖(NEMP)-

核爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁脈沖，它在導(dǎo)線中會(huì)引起感應(yīng)電壓，尤其在長線傳輸時(shí)，會(huì)引起較高的感應(yīng)電壓。

(三)雷電和雷電電磁脈沖致?lián)p設(shè)備的途徑

雷電和雷電電磁脈沖主要通過兩種形式：一種是通過金屬管線或地線直接傳導(dǎo)雷電致?lián)p設(shè)備；一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應(yīng)到金屬管線或地線產(chǎn)生浪涌致?lián)p設(shè)備，對于電子信息設(shè)備而言，危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量，通過以下三個(gè)通道所產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌：

1、金屬管線通道：如自來水管、電源線、天饋線、信號線、航空障礙燈引線等產(chǎn)生的浪涌。

2、地線通道：地電位反擊。

3、空間通道：電磁波的輻射能量。 其中金屬管線通道的浪涌和地線通道的地電位反擊是電子信息系統(tǒng)致?lián)p的主要原因。

二，雷電防護(hù)

一個(gè)有效的防雷系統(tǒng)，必須包括以下三部分：外部防護(hù)，由接閃器、引下線、接地體組成。

內(nèi)部粗防護(hù)，由合理的屏蔽、接地、布線等組成；內(nèi)部細(xì)防護(hù)，由等電位連接、過電壓保護(hù)組成。

1、外部防雷

外部防雷的主要作用是按引雷電按預(yù)定的途徑引入地下泄放，它可將絕大部分的雷電能量引入地下泄放，但雷電會(huì)透過多種形式及途徑破壞電子設(shè)備。

2、內(nèi)部粗防護(hù)

內(nèi)部粗防護(hù)的作用是阻塞和減弱雷電能量進(jìn)入電子系統(tǒng)內(nèi)部，并為內(nèi)部細(xì)防護(hù)提供良好的基礎(chǔ)環(huán)境，使其下降1～2個(gè)數(shù)量級。

在接地體設(shè)置時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

A、相對接地電阻，接地體地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式、引線結(jié)構(gòu)和接觸電阻更為重要，地網(wǎng)形式等要求應(yīng)參照相應(yīng)的規(guī)范。

B、注意金屬的電化次序，敷設(shè)在土壤中的裸鋼材不需鍍鋅，而用1：3水泥砂漿將其保護(hù)起來，使其使用使用壽命與護(hù)坡樁和建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋相當(dāng)，如果用鍍鋅鋼材連接，并直接敷設(shè)在土壤中，當(dāng)將它們連接起來后，形成了原電池作用，電位差可過O.35～O.9V。由于土壤中裸鋼的平衡電位為-0.4～0.6V，仍然存在原電池作用，電位差為0.05～0.5V，土壤中的鋼材繼續(xù)被腐蝕。如果用1：3水泥砂漿保護(hù)，就不會(huì)發(fā)生上述的原電池腐蝕作用。毫無疑問，接地電阻越小，其泄放功能越強(qiáng)。

3、內(nèi)部細(xì)防護(hù)

內(nèi)部細(xì)防護(hù)是分層次對入侵的雷電能量進(jìn)行均衡泄放，減弱或消除瞬態(tài)現(xiàn)象所產(chǎn)生的電位差，以保證信息系統(tǒng)與人員的安全。要保護(hù)電氣和電子系統(tǒng)重要的是在電磁兼容性保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置一套包容全部有源導(dǎo)線在內(nèi)的完整的電位補(bǔ)償系統(tǒng)。

(1)防雷保護(hù)區(qū)(電磁兼容性保護(hù)區(qū))

一個(gè)欲保護(hù)的區(qū)域，從EMc(電磁兼容)的觀點(diǎn)來看，防雷保護(hù)由外到內(nèi)可劃分多級保護(hù)區(qū)。防雷保護(hù)區(qū)又稱電磁兼容分區(qū)，是按人、物和信息系統(tǒng)對雷電及雷電電磁脈沖的感受強(qiáng)度不同把環(huán)境分成幾個(gè)區(qū)域，最外層為O級，是直接雷擊區(qū)域，危險(xiǎn)性最高，主要是由外部(建筑)防雷系統(tǒng)保護(hù)；越往里則危險(xiǎn)程度越底，過壓主要是沿線竄人的。防雷保護(hù)區(qū)的辦面劃分主要通過防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構(gòu)成的屏蔽層而形成，電氣通道以及金屬管道等則經(jīng)過這些界面，從O級保護(hù)區(qū)到最內(nèi)層保護(hù)區(qū)，必須實(shí)行分層保護(hù)區(qū)，必須實(shí)行分層多級保護(hù)，從而將過電壓降到設(shè)備能承受的水平。

(2)防雷保護(hù)區(qū)的劃分

A、LPZOA區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭直接雷擊，因此各物體都可能導(dǎo)走全部吉電流，本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減一

B、LPZOB區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體一般認(rèn)為不會(huì)遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減，

c、LPZl區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體一般認(rèn)為不會(huì)遭受到直接雷擊，流往各導(dǎo)體的電流比LPZOB區(qū)進(jìn)一步減少，電磁場衰減的效果取決于整體的屏蔽措施，

D、后續(xù)的防雷保護(hù)區(qū)(LPZ2區(qū)等)：如果需要進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的電流和電磁場，就應(yīng)引入后續(xù)防雷保護(hù)區(qū)，按照需要保護(hù)系統(tǒng)所要求的環(huán)境區(qū)，選擇后續(xù)防雷保護(hù)區(qū)的要求條件。

(3)等電位連接

為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實(shí)行等電位連接，將分開的裝置的導(dǎo)電物體連接導(dǎo)體或等電位連接器(防雷器或放電器)連接起來以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生的電位差。目的是在減少需要防雷的空間各金屬部件和備系統(tǒng)之間的電位差，等電位連接，就是使導(dǎo)體良好的導(dǎo)電性連接、使它們過到電位相等，整個(gè)系統(tǒng)能量均衡，并為雷電流提供低阻抗通道，以使它迅速泄流入地。