成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉德兵

淺談高職院校實(shí)訓(xùn)室內(nèi)電子設(shè)備雷電防護(hù)

成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉德兵

本文簡(jiǎn)述了雷電的入侵途徑及其對(duì)電子設(shè)備的危害，并探討了高職院校實(shí)訓(xùn)室內(nèi)電子設(shè)備防雷電的方法和措施。

電子設(shè)備；實(shí)訓(xùn)室；雷電

0　前言

近年來(lái)，隨著高職教育的蓬勃發(fā)展，各高職院校也得到了很大程度的發(fā)展和壯大，并逐步建立了大量有關(guān)電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面的實(shí)訓(xùn)室。同時(shí)，實(shí)訓(xùn)室里的電子設(shè)備的數(shù)量也得到了大量增加。同時(shí)，電子設(shè)備、儀器的元器件基本都采用微電子技術(shù)，呈現(xiàn)集成芯片等特點(diǎn)，這些元器件工作電壓較低，并且耐沖擊電壓水平也較低，容易受到雷電物理效應(yīng)（比如電磁脈沖、高壓浪涌等）的影響，從而危害電子設(shè)備、儀器的正常使用，比如可能造成數(shù)據(jù)出錯(cuò)、通信中斷、壽命縮短，甚至直接損壞。這種損傷會(huì)使設(shè)備經(jīng)常產(chǎn)生難以捉摸的軟故障直到最后電路失效或性能下降。

同時(shí)，由于雷擊有很大的隨機(jī)性，所以在一些雷電頻繁程度和強(qiáng)烈程度不高的地區(qū)，很多人都沒(méi)有引起足夠重視，只是對(duì)建筑物和設(shè)備做了簡(jiǎn)單的防雷措施（比如安裝簡(jiǎn)易避雷針等）。但實(shí)際上，如果當(dāng)雷電擊中建筑物時(shí)，瞬間內(nèi)會(huì)在引下線(xiàn)自上而下產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的變化磁場(chǎng)。所以，處在這個(gè)電磁場(chǎng)作用下的電子設(shè)備，便會(huì)產(chǎn)生可達(dá)數(shù)十千伏的感應(yīng)電壓，導(dǎo)致設(shè)備被擊壞。面對(duì)新的防雷形勢(shì)，我們必須在防雷觀(guān)念或技術(shù)上進(jìn)行轉(zhuǎn)變和提高，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行綜合防護(hù)。從高職院校的實(shí)際出發(fā)，實(shí)訓(xùn)室配置的防雷設(shè)備一定要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性、合理性、規(guī)范性，以避免不必要的浪費(fèi)。

1. 電子設(shè)備被雷擊的途徑及危害

雷電是一種瞬間放電自然現(xiàn)象，具有電流強(qiáng)、溫度高、沖擊波猛、電磁輻射、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，雷電給電子設(shè)備造成的經(jīng)濟(jì)損失占雷電災(zāi)害總損失的80%以上，被稱(chēng)為“電子時(shí)代的一大公害”。雷電一般分為直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷，其中感應(yīng)雷會(huì)產(chǎn)生雷電波，通過(guò)電路傳到電子設(shè)備內(nèi)部，造成電子元器件損害，因此電子設(shè)備的大部分雷電損壞都是感應(yīng)雷造成的。

1.1直擊雷

直擊雷，即帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛放電的雷電現(xiàn)象。雷電在放電的瞬間，會(huì)產(chǎn)生一股峰值在1000到100，000安培的脈沖電流，它的上升時(shí)間約為一微秒。此時(shí)，接地網(wǎng)的地電位水平會(huì)在數(shù)微妙之內(nèi)達(dá)到數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)伏，在沒(méi)有等電位的回路，可能出現(xiàn)由于高電位差造成火花放電。針對(duì)高職院校實(shí)訓(xùn)室，設(shè)備所需電源線(xiàn)或者信號(hào)線(xiàn)受到雷擊后，產(chǎn)生的沖擊波會(huì)沿著導(dǎo)線(xiàn)前行，危機(jī)與導(dǎo)線(xiàn)連接的設(shè)備，甚至可能會(huì)擊穿絕緣層，給師生造成人身?yè)p害。

1.2感應(yīng)雷

感應(yīng)雷，即帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷現(xiàn)象。在這個(gè)放電過(guò)程中，實(shí)訓(xùn)室周?chē)膫鬏斝盘?hào)線(xiàn)路、電子設(shè)備間連接線(xiàn)，可能發(fā)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線(xiàn)路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。和直擊雷相比，感應(yīng)雷發(fā)生的幾率更大，并且可以通過(guò)電力線(xiàn)或者電話(huà)線(xiàn)的傳輸，造成危害范圍擴(kuò)大。

1.3球形雷

球形雷，是一種特殊的雷電現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)球雷。當(dāng)球形雷下降時(shí)，一旦遇到物體或電氣設(shè)備就可能產(chǎn)生燃燒或爆炸。其主要是沿建筑物（實(shí)訓(xùn)室）的孔洞或門(mén)窗進(jìn)入室內(nèi)，有的由通氣管道滾進(jìn)實(shí)訓(xùn)室，從而造成電子設(shè)備的損害。

2. 電子設(shè)備雷電防護(hù)措施

雷電防護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，所以，在高職院校實(shí)訓(xùn)室的雷電防護(hù)過(guò)程中，我們需要綜合考慮，做到全方位防護(hù)（既要防直擊雷，又要防感應(yīng)雷），力求將雷擊災(zāi)害降低到最低。就設(shè)備而言，實(shí)訓(xùn)室內(nèi)部既有電力設(shè)備，也有計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、電話(huà)等弱電設(shè)備，尤其是在學(xué)院實(shí)訓(xùn)室里實(shí)訓(xùn)的學(xué)生和教師人數(shù)較多，所以更要考慮到師生的人身安全。實(shí)訓(xùn)室雷電防護(hù)的整體概念如圖1所示：

圖1 實(shí)訓(xùn)室雷電防護(hù)整體概念

2.1外部防護(hù)

從雷電防護(hù)區(qū)域的角度看，實(shí)訓(xùn)室所在的實(shí)訓(xùn)大樓是一個(gè)欲保護(hù)的空間區(qū)域。實(shí)訓(xùn)大樓外部是直擊雷危害的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的電子設(shè)備最容易遭受損害，危險(xiǎn)性最高。所以，實(shí)訓(xùn)室雷電防護(hù)首先應(yīng)該從實(shí)訓(xùn)大樓外部防護(hù)開(kāi)始，主要包括防雷系統(tǒng)、金屬屏蔽層、鋼筋混泥土。防護(hù)直擊雷的外部裝置由三部分組成：即接閃器、引下線(xiàn)和接地網(wǎng)。接閃器是指避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、架空避雷線(xiàn)的直接接受雷擊部分，以及作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等。實(shí)訓(xùn)大樓采用的接閃器包括：圓鋼形避雷針、實(shí)訓(xùn)大樓屋面、混泥土鋼筋。而引下線(xiàn)是指連接接閃器與接地裝置的金屬體。實(shí)訓(xùn)大樓采用的引下線(xiàn)是實(shí)訓(xùn)大樓的柱筋，這種引下線(xiàn)方法不但成本較低，施工方便，而且又可以避免引下線(xiàn)意外脫落，增加了可靠性?？傊娱W器和引下線(xiàn)最根本的目的是為了保證接閃器與大地之間有良好的連接；保證連接線(xiàn)有足夠大的截面積，避免雷電流通過(guò)連接線(xiàn)時(shí)引起熔斷，或溫度過(guò)高而引起火災(zāi)；保證連接線(xiàn)路有合理的結(jié)構(gòu)，防止電力被破壞，防止避雷裝置的高電位對(duì)建筑物的反擊。

在實(shí)訓(xùn)室外部避雷技術(shù)中，接地是最重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)椴还苁鞘裁葱问降睦纂?，都是把雷電流送入到大地，所以就必須在?shí)訓(xùn)室地下安裝合理、良好的接地裝置，以保證避雷的可靠性。接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)一般有兩種：等電位連接和環(huán)形接地。等電位連接是將建筑物相關(guān)的金屬通過(guò)電氣連接方式連接起來(lái)，形成一個(gè)等電位體，不會(huì)因?yàn)槔讚舢a(chǎn)生的高電壓而在設(shè)備和人員身上形成高電位，從而起到避雷的作用。環(huán)形接地就是將接地體圍成一個(gè)閉合環(huán)，能夠讓閉合環(huán)內(nèi)均勻分布電場(chǎng)，減少由于地面電位梯度對(duì)設(shè)備高壓反擊的危險(xiǎn)，同時(shí)減少跨步電壓對(duì)師生的損害。

2.2內(nèi)部防護(hù)

在做好實(shí)訓(xùn)大樓外部雷電防護(hù)的同時(shí)，還應(yīng)該做好實(shí)訓(xùn)室內(nèi)部防護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，雷擊造成埋地線(xiàn)纜的故障大約占總故障的30%，即使雷電擊中離實(shí)訓(xùn)室比較遠(yuǎn)的地方，仍然會(huì)有部分雷電電流流入電纜。所以，首先應(yīng)該防止電路的電磁干擾和電磁感應(yīng)，即電源線(xiàn)纜和信號(hào)傳輸線(xiàn)纜采用穿金屬管的敷設(shè)方式，以加強(qiáng)屏蔽，減弱感應(yīng)效應(yīng)，從而保護(hù)了實(shí)訓(xùn)室傳輸線(xiàn)纜。

除此以外，70%以上的雷電損害設(shè)備事故都是由供電線(xiàn)路侵入的雷電造成的。所以，我們必須對(duì)實(shí)訓(xùn)室的電源系統(tǒng)實(shí)施多級(jí)防護(hù)。電涌保護(hù)器（SPD）的使用將會(huì)限制雷電反擊、侵入波、雷電感應(yīng)和操作過(guò)電壓而產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓和泄放電涌電流，一般安裝在各防雷區(qū)交界處，以實(shí)現(xiàn)等電位連接和抑制過(guò)電壓（即超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的正常工作電壓上限值的電壓）。過(guò)電壓將對(duì)電子設(shè)備造成錯(cuò)亂、壽命縮短、徹底損壞，甚至可能導(dǎo)致觸電、起火等安全事故。并且，過(guò)電壓可以通過(guò)電路、導(dǎo)管等傳導(dǎo)侵入電子設(shè)備，也可以通過(guò)電子設(shè)備的電磁感應(yīng)侵入。因此，我們必須對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行認(rèn)真的防護(hù)，這就需要正確地選擇、配置、安裝SPD才能成功的防護(hù)過(guò)電壓。首先，電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、金屬管道等都要通過(guò)等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器進(jìn)行等電位連接，各個(gè)局部等電位連接排也要互相連接，然后再與主等電位連接排相連。這樣就可以使在保護(hù)區(qū)里的電子設(shè)備都有接近相等的電位，不存在顯著的電位差，不會(huì)對(duì)實(shí)訓(xùn)室里的電子設(shè)備造成過(guò)電壓損害。

在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)部防護(hù)中，為了保持設(shè)備的高精確度， 盡量避免干擾，最好還是用短而粗的導(dǎo)線(xiàn)與地相連，再與設(shè)備附近的專(zhuān)門(mén)接地線(xiàn)排連接，然后再與總接地干線(xiàn)連接起來(lái)，確保精密電子儀器的精準(zhǔn)度。

2.3增強(qiáng)防雷意識(shí)

雷電對(duì)高職院校的各類(lèi)電子設(shè)備安全構(gòu)成極大的威脅，而且有愈演愈烈之勢(shì)。因此，必須增強(qiáng)防雷意識(shí)?？梢岳酶鞣N宣傳媒體，編寫(xiě)教材和攝制防雷減災(zāi)科學(xué)普及作品等手段對(duì)師生進(jìn)行雷電安全知識(shí)的宣傳，提高防雷減災(zāi)意識(shí)和自我保護(hù)意識(shí)，特別是要加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)室管理人員的雷電科普、雷電防護(hù)、災(zāi)害應(yīng)急處置、醫(yī)療急救知識(shí)（掌握使用心肺復(fù)蘇術(shù)）等防雷知識(shí)的宣傳教育和普及工作，增強(qiáng)個(gè)人現(xiàn)場(chǎng)急救能力，進(jìn)一步提高防雷減災(zāi)意識(shí)，將雷電災(zāi)害損失降低到最低限度。在今后的電子技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用中，電子設(shè)備的防雷技術(shù)必將會(huì)有新的進(jìn)步，并能為各院校實(shí)訓(xùn)室提供更加科學(xué)有利的技術(shù)支持和保障。

［1］張小青.建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護(hù)［M］.電子工業(yè)出版社，2000.

［2］電子設(shè)備雷擊試驗(yàn)導(dǎo)則［S］.編制說(shuō)明，1982，5.

［3］劉爾燕.電子設(shè)備的接地技術(shù)［S］.廣東建筑電氣，1996.

［4］http：//www.studa.net.

Protection of Thunder about Electronic Installation of the Room in Higher Vocational Institute

Liu Debing
（Chengdu Aeronautic Polytechtric Chengdu Sichuan）

This article summarizes the thunder invasion ways and to the electronic installation harm， and discusses the method and the measure of guarding against the thunder about electronic installation of the room in Higher Vocational Institute.

Electronic Installation；Room；Thunder

劉德兵（1981—），男，四川威遠(yuǎn)人，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：機(jī)電一體化。