蘭建斌 黃美萍

（福建省壽寧縣氣象局，福建 壽寧 355500）

雷電的活動會在電子系統(tǒng)的電源總線、數(shù)據(jù)通信、信號等線路上引起電壓瞬間的激增，如果激增的瞬態(tài)電壓超過了電子設(shè)備中元器件的承受能力，就會造成破壞性的后果。所有的醫(yī)療電子設(shè)備(包括計算機、閉路電視設(shè)備、不間斷電源、傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置等)都存在著這種危險。

人們往往對雷電防護工作不夠重視，或者簡單地認為防雷無非是安裝防雷器件和降低地線接地電阻即萬事大吉，然而,從近幾年的實際情況來看,這樣的觀點是錯誤的。

1 瞬態(tài)過電壓的原理

所謂“瞬態(tài)過電壓”是指兩個或兩個以上的導(dǎo)體間測得的電壓在很短的時間(幾微秒～幾毫秒)內(nèi)的急劇增加(從幾伏到幾萬伏)。1.1瞬態(tài)過電壓的起因

雷電實際的放電電流可達幾百kA的量級。對于裝有防雷裝置的建筑物，盡管雷擊電流可按預(yù)定的方式瀉入大地，但它將通過電感、電容和電阻的耦合產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓。

1.2 瞬態(tài)過電壓引發(fā)的問題

雷電動作引起的瞬態(tài)過電壓的作用效果：干擾、衰變、損壞和故障停機。

1.2.1 干擾

盡管這種情況一般不會造成物理性的損壞，但會干擾數(shù)字或模擬電平，從而引起數(shù)據(jù)丟失，軟件和數(shù)據(jù)損壞，電子計算機無法解釋的退出服務(wù)、死機，以及過流開關(guān)的錯誤跳閘等諸如此類的麻煩情況。這對正在進行的醫(yī)療工作是一個非常糟糕的情況,極易引起醫(yī)療事故的發(fā)生。

1.2.2 衰變

電子設(shè)備和電路系統(tǒng)長期暴露在較低等級的瞬態(tài)過電壓下，使其工作壽命減少和發(fā)生故障的可能性增大。在用戶不知曉的情況下，這是一種非常糟糕的情況,很容易引起誤診、誤斷等醫(yī)療事故的發(fā)生。

1.2.3 損壞

瞬態(tài)過電壓過高將會造成一些精密儀器的電路板和I/O板的損壞。而這些損壞一般很難看出，因為只有特別強烈的瞬態(tài)過電壓才會燒毀電路板。

1.2.4 故障停機

干擾、局部衰變、損壞都可能會導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)的故障。這將意味著：正在進行的檢查或手術(shù)無法正常的進行，甚至引發(fā)醫(yī)療事故。

1.3 瞬態(tài)過電壓損壞的物理途徑

幾乎所有的電子器件和電路遭瞬態(tài)過電壓的損壞方式都是一樣的，即兩種主要的物理途徑，發(fā)熱和絕緣破壞；而兩者都是因電源的“續(xù)流”所造成。

2 對雷電的防護

目前,對雷電的防護有很多方面的措施,就目前我們所遇到的情況而言,有以下幾種防雷措施。這些防雷害措施包括：加強建筑物防雷系統(tǒng)；接地和屏蔽接地；合理選擇設(shè)備擺放位置；合理選擇電纜走線路徑和電纜屏蔽。

2.1 加強建筑物防雷

除在建筑物頂部增設(shè)避雷帶(針、網(wǎng))防護外，在建筑物的外層按照相關(guān)規(guī)定增加滿足要求的接地導(dǎo)體，可以加強該建筑物的防雷性能。建筑物的外層接地導(dǎo)體愈多，其內(nèi)部的電磁場就愈小，瞬態(tài)過電壓侵入干擾電子設(shè)備的可能性也就愈小。這就是說，對于內(nèi)部裝有重要電子醫(yī)療設(shè)備的建筑物，可以采取在其外部增設(shè)接地導(dǎo)體的做法來增加防護。

2.2 接地與連接

屋面所有的金屬均應(yīng)在防雷設(shè)施的保護之下,并且與防雷設(shè)施有可靠的連接。所有的引入管線(水管、暖氣管、電力和數(shù)據(jù)電纜的防護金屬管等)都應(yīng)當(dāng)連接到一個單獨的地參考點上。然后再將它與總地線端子(接地極)連接，這樣可減少建筑物內(nèi)的雷電流。如果電力或數(shù)據(jù)電纜需要在建筑物之間穿透的話，則它們的接地系統(tǒng)應(yīng)該相互連接，以使所有設(shè)備有一個共同地參考點。

2.3 設(shè)備擺放位置的選擇

為了盡量的減少因雷擊所造成的危害,設(shè)備和一些科室的設(shè)置應(yīng)該科學(xué)的選擇其場所,比如手術(shù)室應(yīng)設(shè)置在2、3層,因為就一般的大樓而言,這兩個層次防雷電波侵入是比較理想的。另外電子設(shè)備的擺放也有很大的學(xué)問：電子設(shè)備的擺放位置不能靠近大電流和感應(yīng)瞬態(tài)過電壓威脅的地方；設(shè)備不能擺放在建筑物的頂層，因該處太靠近樓頂?shù)谋芾揍樅头览紫到y(tǒng)的導(dǎo)體網(wǎng)；設(shè)備也不能太靠近建筑物的外墻，尤其是外墻拐角處，因雷電流將優(yōu)先流經(jīng)該處；設(shè)備的擺放位置也不能太靠近諸如天線、煙囪等高大建筑物。

2.4 電纜布線與屏蔽

電力、數(shù)據(jù)通信和電話電纜在建筑物內(nèi)同樣也可能受到瞬態(tài)過電壓的威脅。設(shè)備布線應(yīng)盡可能避開類似于設(shè)在建筑物頂部或墻內(nèi)的可能通過雷電流的導(dǎo)體。

當(dāng)電源線和數(shù)據(jù)線之間形成的環(huán)形面積較大時，從耦合感應(yīng)的效果來說，它將會獲得更多的雷電能量，因此應(yīng)盡量避免。為減少環(huán)形面積，電源、數(shù)據(jù)通信和電話線等線路應(yīng)彼此隔離的并排鋪設(shè)。

對電纜施行屏蔽是另一種十分有效的方法，它將有助于減少電纜受到電磁輻射或?qū)ν猱a(chǎn)生電磁輻射。通常電力電纜由金屬管或電纜槽防護，數(shù)據(jù)電纜用外層金屬編織帶屏蔽防護。

2.5 建筑物間的數(shù)據(jù)傳輸采用光纜

對于建筑物之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用光纜是最佳的防護方式，它將在建筑物之間實現(xiàn)電氣上的徹底隔離，防止包括瞬態(tài)過電壓在內(nèi)的各種電磁干擾問題。

3 裝設(shè)浪涌保護器(SPD)

浪涌保護器(SPD)是對上述防護技術(shù)和方法的補充和支持。配置運用浪涌保護器(SPD)的目的，就是在干擾源與需要防護的設(shè)備之間提供適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)過電壓防護，以保護設(shè)備。重點的防護部位包括：電源的雷電防護；電源的開關(guān)瞬變防護；不間斷電源(UPS)的防護；數(shù)據(jù)通信、電話線路的防護；重要儀器、設(shè)備的防護。

選擇浪涌保護器(SPD)最重要的是所選擇的器件必須滿足以下要求：

3.1 承受能力。它應(yīng)能承受安裝位置預(yù)計的最大瞬態(tài)過電壓，由于雷電是多脈沖過程，所以它應(yīng)能承受多次沖擊。

3.2 過壓值的控制。浪涌保護器(SPD)應(yīng)能將瞬態(tài)過電壓控制在被防護設(shè)備的允許承受值以下。例如，某設(shè)備工作允許最高瞬態(tài)過電壓值為700V，則其防護裝置允許通過的瞬態(tài)過電壓控制值應(yīng)選擇在700V以上，考慮適當(dāng)?shù)陌踩嗔?，則該防護裝置的最高允許通過電壓應(yīng)低于600V。

3.3 系統(tǒng)兼容性。浪涌保護器(SPD)不應(yīng)妨礙和干擾被防護設(shè)備及其系統(tǒng)的正常工作。對具體設(shè)備(系統(tǒng))的防護裝置的選擇應(yīng)依據(jù)相關(guān)的標準、規(guī)范進行。值得強調(diào)的是，對浪涌保護器(SPD)的選擇和正確安裝是十分重要的:

3.3.1 必須選擇經(jīng)過氣象主管機構(gòu)備案的產(chǎn)品,因為經(jīng)過備案的這些產(chǎn)品都是經(jīng)過相關(guān)部門的檢測,其安全性、可靠性都可以得到保證。

3.3.2 對浪涌保護器(SPD)必須進行正確的安裝,因為這不僅是電氣安全所必須的要求,而且不正確的安裝將大大地降低浪涌保護器(SPD)的預(yù)期保護效果,因此必須按照相關(guān)的說明書進行安裝。

4 結(jié)語

雷電是我國南方地區(qū)春夏季非常頻發(fā)的一種氣象災(zāi)害。到目前為止還沒有任何一種裝置（或方法）能阻止雷電的產(chǎn)生，沒有能阻止雷擊到建筑物上的器具和方法。壽寧縣年均雷暴日數(shù)為65天，2009年8月13日至22日，壽寧城關(guān)地區(qū)連續(xù)10天都是電閃雷鳴，雷電已經(jīng)是本地區(qū)非常嚴重的一種自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計，每年雷電災(zāi)害對國民經(jīng)濟造成的損失居氣象災(zāi)害之首。究其原因就是人們對防雷電災(zāi)害的不重視，不能正確利用雷電防護設(shè)施。只要科學(xué)、合理、得當(dāng)?shù)剡M行預(yù)防，可以避免或減少很多不必要的災(zāi)害發(fā)生和經(jīng)濟損失，確保醫(yī)療設(shè)備的正常使用。

[1]平帥.淺議核電磁脈沖的防護.防雷技術(shù).第五期.