弱電設(shè)備雷電的防護(hù)

弱電設(shè)備雷電的防護(hù)1.概述隨著科技的不斷進(jìn)展，人類已步入信息社會(huì)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及越來越多的辦公大樓、寫字樓、醫(yī)院、銀行、賓館等建筑離不開綜合布線系統(tǒng)。配置綜合布線系統(tǒng)，如同為建筑物建立了一個(gè)高速，大容量的信息傳送平臺(tái)，為建筑智能化供應(yīng)了快速的信息通道。計(jì)算機(jī)、程控交換機(jī)、CATV等微電子設(shè)備日益增多，而微電子器件承受雷電電磁脈沖力量較差，因此，雷害事故不斷發(fā)生。我國每年因雷擊破壞建筑物內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的大事時(shí)有發(fā)生，所造成的損失是特別巨大的。因此綜合布線系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)就顯得尤其重要。我們知道雷電入侵電器設(shè)備的形式有兩種：直擊雷和感應(yīng)雷。雷電直接擊中線路并經(jīng)過電器設(shè)備入地的雷擊過電流稱為直擊雷；由雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓，過電流形成的雷擊稱為感應(yīng)雷。目前，在建筑物防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，是執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94,設(shè)計(jì)由避雷網(wǎng)（帶），避雷針或混合組成的接閃器，立柱基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)與鋼屋架，屋面板鋼筋等構(gòu)成一個(gè)整體，避雷網(wǎng)通過全部立柱基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體，將強(qiáng)大的雷電流入大地。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安置在建筑物內(nèi)，受建筑物防雷系統(tǒng)愛護(hù)，直擊雷擊中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可能性特別小，計(jì)算機(jī)設(shè)備抗直擊雷力量很低，防護(hù)設(shè)備特別昂貴，通常不必安裝防護(hù)直擊雷的設(shè)備，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必需防感應(yīng)雷和雷電浪涌電壓。2.干擾途徑與耦合機(jī)制產(chǎn)生干擾必需具備三個(gè)條件：干擾源、干擾通道、易受干擾設(shè)備。干擾源分為內(nèi)部和外部。內(nèi)部主要是裝置原理和產(chǎn)品質(zhì)量等。外部主要由使用條件和環(huán)境因素打算，如工作電源直流回路受開關(guān)操作和天氣影響等而引起的浪涌電壓，強(qiáng)電場或強(qiáng)磁場以及電磁波輻射等。干擾通道有傳導(dǎo)耦合、公共阻抗耦合和電磁耦合三種。外部主要通過分布電容的電磁耦合傳到內(nèi)部；內(nèi)部則三種均有。由于設(shè)備采納的敏感元件的選用和結(jié)構(gòu)布局等不盡合理，造成本身抗干擾力量差，對(duì)干擾加以抑制，降低其幅度，削減其影響力，這是從外部環(huán)境上加以改善。1干擾途徑感應(yīng)雷可由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，形成感應(yīng)雷電壓的機(jī)率很高，對(duì)建筑物內(nèi)的弱電設(shè)備威逼巨大，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及電話程控交換機(jī)的防雷工作重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷入侵。入侵計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個(gè)途徑：2.1.1由溝通電220V電源供電線路入侵；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電源由電力線路輸入室內(nèi)，電力線路可能患病直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷擊中高壓電力線路，經(jīng)過變壓器耦合到220伏低壓，入侵計(jì)算機(jī)供電設(shè)備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)雷過電壓。在220伏電源線上消失的雷電過電壓平均可達(dá)10000伏，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可造成毀滅性打擊。電源干擾簡單性中眾多緣由之一就是包含著眾多的可變因素，電源干擾可以以"共模"或"差模"方式存在。"共模"干擾是指電源線與大地，或中性線與大地之間的電位差。"差模"干擾存在于電源相線與中性線之間。對(duì)三相電源來講，還存在于相線與相線之間。電源干擾簡單性中的其次個(gè)緣由是干擾狀況可以從持續(xù)周期很短暫的尖峰干擾到全失電之間的變化。電源干擾的類型見表一：表一序號(hào)干擾的類型典型的起因1跌落雷擊，重載接通，電網(wǎng)電壓低下2失電惡劣的氣候，變壓器故障，其他緣由的原因3頻率偏移發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定，區(qū)域性電網(wǎng)故障4電氣燥聲雷達(dá)，無線電信號(hào)。電力公司和工業(yè)設(shè)備的飛狐，轉(zhuǎn)換器和逆變器5浪涌突然減輕負(fù)載，變壓器的抽頭不恰當(dāng)6諧波失真整流，開關(guān)負(fù)載。開關(guān)型電源，調(diào)速驅(qū)動(dòng)7瞬變雷擊，電源線負(fù)載設(shè)備的切換，功率因數(shù)補(bǔ)償電容的切換，空載電動(dòng)機(jī)的斷開。電源干擾進(jìn)入設(shè)備的途徑；一是電磁耦合；二是電容耦合；三是直接進(jìn)入三種。2.1.2由計(jì)算機(jī)通信線路入侵；可分為三種狀況:當(dāng)?shù)孛嫱怀鑫镌庵睋衾状驌魰r(shí)，強(qiáng)雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進(jìn)而擊穿外皮，使高壓入侵線路。雷云對(duì)地面放電時(shí)，在線路上感應(yīng)出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電器設(shè)備，通過設(shè)備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。若通過一條多芯電纜連接不同來源的導(dǎo)線或者多條電纜平行鋪設(shè)時(shí)，當(dāng)某一導(dǎo)線被雷電擊中時(shí)，會(huì)在相鄰的導(dǎo)線感應(yīng)出過電壓，擊壞低壓電子設(shè)備。1.3地電位反擊電壓通過接地體入侵；雷擊時(shí)強(qiáng)大的雷電流經(jīng)過引下線和接地體泄入大地，在接地體四周放射型的電位分布，若有連接電子設(shè)備的其他接地體靠近時(shí)，即產(chǎn)生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達(dá)數(shù)萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強(qiáng)大的雷電流通過引下線入地，在四周空間產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場變化，會(huì)在相鄰的導(dǎo)線（包括電源線和信號(hào)線）上感應(yīng)出雷電過電壓，因此建筑物避雷系統(tǒng)不但不能愛護(hù)計(jì)算機(jī)，反而可能引入了雷電。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備的集成電線芯片耐壓力量很弱，通常在100伏以下，因此必需建立多層次的計(jì)算機(jī)防雷系統(tǒng)，層層防護(hù)，確保計(jì)算機(jī)特殊是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的平安。2.2耦合機(jī)制雷電沖擊影響微電子設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)的耦合機(jī)制有下面幾種。2.2.1電阻耦合；雷電放電將使受影響的物體相對(duì)于遠(yuǎn)端地的電位上上升達(dá)幾百千伏，地電位上升形成的電流將分布到設(shè)備的金屬部分。如連接到系統(tǒng)參考點(diǎn)數(shù)據(jù)線和電源電線。電纜屏蔽層的電流在屏蔽層與芯線之間引起過電壓，其數(shù)值與傳輸阻抗成正比例。2.2.2磁耦合；在導(dǎo)體上流通的或處在雷電通道的雷電流會(huì)產(chǎn)生磁場，在幾百米范圍內(nèi)，可以認(rèn)為磁場的時(shí)間變化率與雷電電流時(shí)間變化率相同。然而，磁場常常被建筑材料和四周的物體所衰減和轉(zhuǎn)變。磁場的變化會(huì)在室內(nèi)外電纜設(shè)備上產(chǎn)生感應(yīng)電流和電壓。2.2.3電耦合；雷電通道下端的電荷會(huì)在四周產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電場，它對(duì)鞭狀天線設(shè)備有影響，而對(duì)于建筑物內(nèi)部電場干擾一般可以忽視。2.4電磁耦合；遠(yuǎn)距離雷電放電產(chǎn)生的電磁場會(huì)在大范圍的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)上感應(yīng)出過電壓，這種干擾會(huì)傳導(dǎo)到接口上，但這種狀況下，直接輻射的電磁場很難對(duì)建筑物或機(jī)柜內(nèi)的微電子設(shè)備造成破壞。弱電設(shè)備防雷措施根據(jù)防護(hù)范圍可將弱電設(shè)備的防雷措施分為兩類，外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)。外部防護(hù)是指對(duì)安裝弱電設(shè)備的建筑物本體的平安防護(hù)，可采納避雷針、分流、屏蔽網(wǎng)、均衡電位、接地等措施，這種防護(hù)措施人們比較重視、比較常見，相對(duì)來說比較完善。內(nèi)部防護(hù)是指在建筑物內(nèi)部弱電設(shè)備對(duì)過電壓（雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過電壓）的防護(hù)，其措施有：等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、愛護(hù)隔離、合理布線和設(shè)置過電壓愛護(hù)器等措施，這種措施相對(duì)來說是比較新的方法，也不夠完善，針對(duì)弱電設(shè)備防雷的特性機(jī)理，對(duì)雷電浪涌及地電位差的防護(hù)進(jìn)行探討。1弱電設(shè)備的外部防護(hù)弱電設(shè)備的外部防護(hù)首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引入大地；其次是在將雷電流引入大地的時(shí)候盡量將雷電流分流，避開造成過電壓危害設(shè)備；第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規(guī)章的法拉第籠，起到肯定的屏蔽作用，假如建筑物中的設(shè)備是低壓電子規(guī)律系統(tǒng)、遙控、小功率信號(hào)電路的電器，則需要加裝特地的屏蔽網(wǎng)，在整個(gè)屋面組成不大于5m-5m,6m-4m的網(wǎng)格，全部均壓環(huán)采納避雷帶等電位連接；第四是建筑物各點(diǎn)的電位均衡，避開由于電位差危害設(shè)備；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷擊建筑物時(shí)接點(diǎn)電位損壞設(shè)備。3.2弱電設(shè)備的內(nèi)部愛護(hù)從EMC（電磁兼容）的觀點(diǎn)來看，防雷愛護(hù)由外到內(nèi)應(yīng)劃分為多級(jí)愛護(hù)區(qū)。最外層為0級(jí)，是直接雷擊區(qū)域，危急性最高，主要是由外部（建筑）防雷系統(tǒng)愛護(hù)，越往里則危急程度越低。愛護(hù)區(qū)的界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，從0級(jí)愛護(hù)區(qū)到最內(nèi)層愛護(hù)區(qū)，必需實(shí)行分層多級(jí)愛護(hù)，從而將過電壓降到設(shè)備能承受的水平。一般而言，雷電流經(jīng)傳統(tǒng)避雷裝置后約有50%是直接泄入大地，還有50%將平均流入各電氣通道（如電源線，信號(hào)線和金屬管道等）。隨著微電子設(shè)備的大規(guī)模使用，雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越嚴(yán)峻。以往的防護(hù)體系已不能滿意微電子設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)平