魯力寧

（河北寧晉松宮半導(dǎo)體有限公司，河北寧晉 055550）

關(guān)于弱電設(shè)備的雷害及其防護(hù)策略討論

魯力寧

（河北寧晉松宮半導(dǎo)體有限公司，河北寧晉 055550）

現(xiàn)代防雷技術(shù)不斷改進(jìn)，為了解決當(dāng)前弱電設(shè)備雷害及防護(hù)問題，采用了弱電設(shè)備外部防護(hù)與內(nèi)部防護(hù)措施。其中外部防護(hù)包括避雷針的安裝，將雷電中的大量的點(diǎn)電荷導(dǎo)入大地，使其保證弱電設(shè)備的安全性；內(nèi)部防護(hù)主要為增設(shè)弱電裝置，減少雷電對其設(shè)備的損壞。在此進(jìn)行詳細(xì)分析，提供可參考性的依據(jù)。

弱電設(shè)備；雷害；防護(hù)策略

0 引言

電子信息設(shè)備的絕緣度低，當(dāng)有很大的電流或電壓流過時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出很低的承受耐力，而且這些電子信息設(shè)備很容易受到電磁波的干擾，在雷害發(fā)生時(shí)很容易受到強(qiáng)大電壓和電涌的損壞，而這些電子信息設(shè)備一旦受到損害，就會(huì)帶來巨大的損失。本文主要從雷害的成因及其危害形式、弱電設(shè)備遭受雷害的原因以及弱電設(shè)備雷害的防護(hù)策略三個(gè)方面進(jìn)行分析，為弱電設(shè)備的雷害防護(hù)提供可靠的依據(jù)。

1 雷害危害形式

雷害的危害形式包括：直擊雷、感應(yīng)雷和雷電浪涌。直擊雷放電時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流能夠達(dá)到200 kA，瞬間擊毀大地表層中的帶電裝置，帶電裝置本身帶有靜電荷，設(shè)備運(yùn)行過程中會(huì)對周圍產(chǎn)生電流感應(yīng)磁場，吸引周圍的點(diǎn)電荷，使直擊雷產(chǎn)生的高電壓形成跳躍式的主導(dǎo)放電，直擊雷放電過程會(huì)產(chǎn)生二個(gè)沖擊波，第一個(gè)電流沖擊波產(chǎn)生的高電壓在1 MV，第二個(gè)沖擊波放電時(shí)間120 ms，產(chǎn)生的感應(yīng)電流140 kA。兩個(gè)沖擊波間隔時(shí)間在170 ms，放出的能量大約在2×108J。感應(yīng)雷指的是雷電在雷云之間進(jìn)行的放電，或者是雷云在對地面進(jìn)行放電時(shí)對其周圍進(jìn)行信號傳輸?shù)木€路或連接各個(gè)電力設(shè)備的連接線進(jìn)行釋放電壓的過程。感應(yīng)雷在云層放電過程中，由于電荷性質(zhì)發(fā)生變化，由原有的靜止電荷變?yōu)楝F(xiàn)有的自由電荷，在空氣大氣層中自由浮動(dòng)，放電瞬間擊穿所有的自由電荷，產(chǎn)生巨大電壓。使之沿著電荷的導(dǎo)體進(jìn)入靜電設(shè)備，造成一定的損壞。其次便是雷電浪涌，雷電浪涌現(xiàn)象是由于閃電對金屬管道或者線路產(chǎn)生雷電波的過程，閃電放電過程中會(huì)對周圍產(chǎn)生電磁場，從而引起金屬部件產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢，電動(dòng)勢能夠在一定條件下，克服電阻對導(dǎo)體電流的現(xiàn)有阻力，從而形成閉合環(huán)路。在電流流動(dòng)過程中需要外界能量的補(bǔ)償，所以電動(dòng)勢能夠補(bǔ)償導(dǎo)體外在所需的能量。帶電設(shè)備產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢，便會(huì)帶有較高的能量，當(dāng)外界的能量超過設(shè)備所承載的范圍時(shí)，便會(huì)造成設(shè)備一定的損壞[1]。

2 弱電設(shè)備遭受雷害的原因

雷害對弱電設(shè)備造成的危害由多種因素構(gòu)成，到目前為止還沒有任何一種措施可以對雷害進(jìn)行全面防護(hù)，所以只能通過一些切實(shí)可行的辦法降低雷害造成的損失。想要準(zhǔn)確及時(shí)地對雷害天氣做出應(yīng)對措施，就必須先要了解幾種常見的雷害對弱電設(shè)備造成危害的原因。

直擊雷是直接襲擊附著在建筑物上的動(dòng)植物，通過一系列的熱效應(yīng)、電效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)等等對建筑物的弱電設(shè)備直接造成損害，嚴(yán)重的還會(huì)造成人員傷亡；感應(yīng)雷是對建筑物周圍用于傳輸信號的弱電設(shè)備進(jìn)行過電壓過程，當(dāng)雷電進(jìn)入弱電設(shè)備以后，就會(huì)對以串聯(lián)方式連接的電子設(shè)備或者是處于終端的電子設(shè)備造成一定程度的損害，雖然損害效果沒有直擊雷嚴(yán)重，但是雷害天氣出現(xiàn)感應(yīng)雷的概率卻比直接雷高很多；雷電浪涌的危害程度比直擊雷的危害程度還要大很多，它會(huì)大幅度降低高度集成化的現(xiàn)代電子信息設(shè)備的耐壓水平和耐電流水平，使弱電設(shè)備難以承受如此強(qiáng)大的壓變而出現(xiàn)損害情況，此外，弱電設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較特殊，且電子信號的傳輸途徑過于繁雜，而雷電浪涌就會(huì)通過這些繁雜的電源線或者是信號線進(jìn)入弱電設(shè)備，很有可能會(huì)一次性損害弱電設(shè)備。

3 弱電設(shè)備雷害的防護(hù)策略

弱電設(shè)備防護(hù)雷害的措施可以分為很多種，按照防護(hù)范圍進(jìn)行劃分可以分成外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)兩大類。弱電設(shè)備雷害的外部防護(hù)指的是對已經(jīng)安裝了弱電設(shè)備的建筑物進(jìn)行雷害防護(hù)，一般可以在建筑物的頂端安裝避雷針或?qū)ㄖ镞M(jìn)行分流處理，還可以通過屏蔽網(wǎng)、均衡電位以及將弱電設(shè)備進(jìn)行接地處理。這些防護(hù)措施在現(xiàn)實(shí)生活中是比較常見的類型，而且也是弱電設(shè)備進(jìn)行防雷害的比較完善的防護(hù)措施[2]。弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護(hù)指的是對建筑物內(nèi)部的弱電設(shè)備進(jìn)行過電壓的防護(hù)，主要是針對雷電浪涌的雷害形式，一般采取的措施主要是將電位相等的點(diǎn)連接在一起，經(jīng)過屏蔽后對建筑物進(jìn)行隔離保護(hù)，還可以通過合理地布置防護(hù)線、在弱電設(shè)備上設(shè)置過電壓保護(hù)器等等措施對建筑物進(jìn)行防雷害保護(hù)。

（1）弱電設(shè)備雷害的外部防護(hù)

對于弱電設(shè)備的外部防護(hù)措施，施工人員首先要對建筑物進(jìn)行安裝避雷針處理，當(dāng)遭受到雷擊時(shí)，避雷針就會(huì)將巨大的雷擊電流引入大地，同時(shí)為了防止出現(xiàn)電壓過大的現(xiàn)象，還需要對雷擊電流進(jìn)行分流處理。此外，建筑物中的鋼筋結(jié)構(gòu)以及金屬結(jié)構(gòu)也起到了一定的屏蔽作用。還應(yīng)該時(shí)刻保持建筑物接地的良好性以及各個(gè)點(diǎn)位的均衡條件，降低因?yàn)殡娢徊钸^大而造成的弱電設(shè)備損失。避雷針尖端帶有大量電荷，遇到雷雨天氣時(shí)，能夠與周圍的帶電云層形成一個(gè)靜電容器。由于靜電容器正對面積較小，所以承載電荷的能力有限。當(dāng)聚集的電荷數(shù)較多時(shí)，避雷針的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)便會(huì)擊穿。避雷針與大地相連，過多的電荷量便會(huì)從避雷針流入大地，不會(huì)對弱電設(shè)備造成損壞[3]。

（2）弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護(hù)

本文對于弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護(hù)措施是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，在局部改進(jìn)措施前期，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改進(jìn)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

從圖1中進(jìn)行分析，造成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)過電壓損壞的主要原因，是因?yàn)楫?dāng)電網(wǎng)遭受到直擊雷的攻擊后，雷電波就會(huì)通過媒介進(jìn)入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的弱電設(shè)備，最后擊毀弱電設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)元件；當(dāng)電網(wǎng)的附近區(qū)域遭受到雷擊后，電網(wǎng)的線路就會(huì)感應(yīng)到一定量的雷電壓幅值，從而使雷電波通過一系列的媒質(zhì)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的弱電設(shè)備[4]。

經(jīng)過長時(shí)間的交流、研究和探索，防雷技術(shù)人員對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的弱電設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，在弱電設(shè)備前加裝了完備的防雷裝置，如圖2所示。

圖2 加裝防雷裝置的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

從圖2結(jié)構(gòu)圖中，交流電網(wǎng)過電壓的強(qiáng)度相對較大，所以對于交流電路，采用加裝防雷裝置的結(jié)構(gòu)對于防雷措施更為顯著。機(jī)房電源的防雷裝置示意圖如圖3所示。

圖3 機(jī)房電源防雷裝置示意圖

（3）弱電設(shè)備雷害的接地處理

在對建筑物的弱電設(shè)備安裝防雷裝置時(shí)，一般采用接地處理。防雷接地是把防雷裝置系統(tǒng)所承受的雷擊電流全部都轉(zhuǎn)移到大地中。所以，弱電裝置的接地處理對于一個(gè)接觸良好的雷電接地系統(tǒng)可以更加有效、合理地保護(hù)弱電設(shè)備和人身安全。因此，施工人員在對建筑物的弱電設(shè)備進(jìn)行接地處理時(shí)，必須要按照建筑物質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷設(shè)備的安裝工作，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。一般采用的接地裝置設(shè)有接地極、接地帶，構(gòu)成一個(gè)接地網(wǎng)。弱電機(jī)房引出若干根鍍銅鋼絞線，每個(gè)鋼絞線的間距配比保持在2～3 m，整個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)整體設(shè)計(jì)保證接地棒2組，每組接地棒5根，可視具體情況而定。周圍外界部分采用鋼絞線進(jìn)行纏繞，使之形成一個(gè)環(huán)形封閉的網(wǎng)。此外，施工人員在安裝防雷裝置時(shí)，還要特別注意對干擾信號的屏蔽問題以及防靜電問題。防雷裝置一般帶有少量的電磁信號，能夠吸引周圍點(diǎn)電荷，這樣才能將匯聚的電荷流入大地。若在弱電裝置周圍設(shè)有較強(qiáng)的電磁裝置，則會(huì)將大量電荷吸收，出現(xiàn)該裝置造成雷擊的現(xiàn)象[5-6]。

4 結(jié)語

雷害是一種自然現(xiàn)象，人們是無法控制它的存在的。隨著我國電子信息設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雷害的強(qiáng)大電壓對電子信息設(shè)備的危害也在逐漸加重。弱電設(shè)備的防雷害問題是一項(xiàng)綜合性較高的項(xiàng)目，如果對弱電設(shè)備的防雷害工作重視程度不夠的話，那么這些弱電設(shè)備就會(huì)經(jīng)常受到損壞，從而影響人們的日常生活。在面對雷害時(shí)，只有采取相應(yīng)的防護(hù)策略，才能最大程度地降低雷害的破壞力。傳統(tǒng)的舊式防護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了電子信息設(shè)備的安全性，所以，必須要尋找更加適合保護(hù)電子信息設(shè)備的防護(hù)系統(tǒng)，加強(qiáng)對弱電設(shè)備的雷害防護(hù)，將雷害危害降到最低。

［1］鄒軍，袁建生，周字昆，等.地下通信電纜外套金屬管道與附近鋪設(shè)屏蔽線屏蔽效果的比較［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2000，13（4）：22-23.

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Discussion about the Lightning Disturbance of Weak Current Equipment and Protection Strategies

LU Li-ning
（Hebei Ningjin Pine Palace Semiconductor Co.，Ltd.，Ningjin055550，China）

With the continuous improvement of the modern lightning protection technology，in order to solve the problem of the current weak current equipment lightning disturbance and protective，adopted the protection for weak current equipment external and internal safety measures，external safety measures including lightning rod installation，the large amount of point charge into the earth，to guarantee the safety of weak current equipment.Internal protection mainly is to add weak current device，reduce lightning damage to the equipment.The problems are detailed analyzed in order to provide reference.

weak current equipment；lightning damage；protect strategy

TM527

A

1009－9492(2015)10－0133－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.035

魯力寧，男，1976年生，河北省寧晉人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：電氣工程。

(編輯：王智圣)

2015－04－25