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弱电设备的防雷保护摘 要：本文针对弱电系统设备的特点，分析了造成弱电设备损坏的主要原因，提出了具体的防范措施。关键词：弱电设备、浪涌、防雷引言：随着现代科技的高速发展，电子信息设备的应用已深入至各个领域，各种电子、微电子装备已在各行业大量使用。由于这些系统和设备耐过电压能力低，雷电高电压以及雷电电磁涌流侵入所产生的电磁效应、热效应都会对系统和设备造成干扰或永久性损坏，造成较大的经济损失。因此解决电子信息系统对雷电灾害的防护问题，十分重要。电子信息系统设备的多样化复杂化， 其微电子元器件的工作电压较低，通信信号幅度相对较小等特点，如在回路中设置防雷设施势必会影响通信、网络等设备的可靠、安全和畅通。这给弱电设备的过电压防范带来一定的难度。为了减少雷电感应致使自动化控制系统等弱电设备损坏，造成直接和间接的重大经济损失，有必要对弱电设备的防雷与接地技术进行研究，采取有效的防雷措施。一、弱电设备遭受雷害的情况分析仅 1999 年 6 月到 2001 年 8 月一年多的时间里， 可查的由于雷击发生的弱电损坏就有四次之多。 樊庄变电站线路落雷，造成主控地与设备之间的电位差而损坏大量的保护设备；南郊变电站的微波塔落雷，由于感应过电压而损坏大量的通讯、远动设备损坏； 西万庄变电站的微波塔落雷， 由于地电位差造成大量的通讯远动设备损坏；北郊变电站微波塔落雷，造成大量的保护、运动、通讯设备损坏。雷击损害电力系统中弱电设备的主要原因是：电力系统一次设备发生雷击后，在弱电设备中造成的浪涌超过了设备承受的能力。浪涌的主要形式是电源浪涌和信号浪涌。这种浪涌在新建或扩建设备时往往不被重视。在多年的实践中，人们对直击雷、感应雷、球形雷的认识比较高，护措施也相对完善，但对雷电浪涌的防护意识不强，防护措施也相对比较薄弱。雷击形式及弱电设备遭受雷害的情况主要有以下3 种1、直击雷损坏雷电直击在传输线路或设备上，这种超过设备额定电压的危险电位升高造成设备的损坏。直击雷损坏设备的程度一般都较为严重，防止直击雷一般采用安装避雷针和布设避雷带及装设避雷器进行防雷保护。2、感应雷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。据有关资料介绍：实际上因雷击造成弱电设备损坏的约99%，都是感应雷造成的。 3、雷电浪涌雷电浪涌是近年来由于微电子的不断使用引起人们极大重视的一种雷电危害形式，同时其防护方式也不断完善。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI 芯片 )，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌 )的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜人电脑设备。美国GE 公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在 10000h(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800 余次，其中超过1000V 的就有 300 余次。这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线 )受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。二、 弱电设备的结构要达到弱电设备的防雷目的，必须了解弱电设备结构，根据不同结构采取相应的防雷保护措施，达到防目的。现举几种常用弱电设备的结构，如图1 所示。根据图 1 分析，雷电感应波侵入设备的路径有：电网计算机、传真机、电视机；通讯网计算机、传真机；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 有线电视网电视机；天线电台；蓄电池电台。弱电设备工作电压较低, 抗雷电干扰能力较差,即使很小的雷电感应电压也有可能造成弱电设备损坏。因而, 对弱电设备均需考虑信号源与电源的防雷保护。对于造价较低的设备可采用悬浮防雷法( 防雷器不接地) ,在各支路装设相应的防雷保护装置抑制输入端的感应雷电压幅值。三、弱电设备的防雷措施根据IEC61312 标准，弱电设备应设置多级防雷保护措施。对 380V 低压线路进行过电压保护。按国家规范应有三部分：在高压变压器后端到二次低压设备的总配电盘问的电缆内芯线两端对地加避雷器或保护器，作一级保护。在二次低压设备的总配电盘至二次低压设备的配电箱间电缆内芯线两端对地加装避雷器或保护器，作二级保护。在所有重要的、精密的设备以及UPS 的前端对地加装避雷器或保护器，作为三级保护。由于雷电流主要是由首次雷击电流和后续雷击电流所组成，因此雷电过电压的保护必须同时考虑到如何抑制(或分流 ) 首次雷击电流和后续雷击电流。在采取多级保护措施的同时，还必须考虑各级之间的能量配合和解耦措施。弱电系统的防雷可采用两种措施：外部防雷和内部防雷。外部防雷可将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；内部防雷可阻塞沿电源或信号线所引入的雷电波 。这两道防线互相配合，各尽其职，缺一不可。1、外部防护措施外部防护是指对安装弱电设备的建筑物本体的安全防护，可采用避雷针、分流 、屏蔽网、 均衡电位、接地等措施。这种防护措施人们比较重视，相对来说比较完善。目前弱电设备的外部防护措施主要有：使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引入大地。在将雷电流引入大地的时候俊量将雷电流分流，避免造成过电压危害设备。利用建筑物中的金属部件以及钢筋可以作为不规则的法拉第笼，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的设备是低压电子逻辑系统、遥控等小功率信号电路的电器，则需要加装专门的屏蔽网。 建筑物各点的电位均衡，避免由于电位差危害设备。保证建筑物有良好的接地，避免雷击建筑物时地电位抬高而损坏设备。2、内部防护措施内部防雷是指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护，在设备受到过电压侵袭时，保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏，可采用等电位联接、屏蔽、保护隔离、 合理布线和设置过电压保护器等措施。内部防雷分为电源防雷和信号防雷。21 电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。. 为避免高电压经过防雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁防雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照有关防雷工程试行草案，应采取分级保护、逐级泄流名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 的原则。 一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源防雷器；一是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二级或三级电源防雷器。为了确保遭受雷击时，高电压首先经过一级电源防雷器，然后再经过二级电源防雷器，一级电源防雷器和二级电源防雷器之间的距离要大于l0 15m。如果两者间距不够，可采用带线圈的防雷箱，这样可以避免二级电源防雷器首先遭受雷击而损坏。2.2 信号防雷系统由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分设备由于电子元器件的高度集成化而使耐过电压、耐过电流水平下降，必须在网络通信接口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。对通信系统进行防雷保护，选取适当保护装置非常重要，应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。对于信息系统，应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定， 精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。因对弱电设备的雷电浪涌防护重视不够，故而发生雷电浪涌损坏设备的故障。所以在完善弱电设备外部防护的同时，要加强弱电设备的内部防护。完善弱电外部雷电防护，将绝大部分雷电流直接引入地下泄散。阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波。 限制钳位被保护设备上浪涌过电压过电流幅值在设备上可承受的范围。 采用高吸收能量的分流设备(避雷器 )将雷电过电压 (脉冲 )能量分流泄人大地。分流(限幅 )技术中采用的防护器品质、性能的好坏是网络防护的关键，因此， 选择合格优良的避雷器或保护器至关重要。采用短线技术。设备间的连接线尽可能短，以减少导线上的雷电感应电压幅值。 采用屏蔽方式。 选用有屏蔽层的电缆，将减小雷电感应电压强度，但屏蔽层应可靠接地。采用隔离。绝缘来削弱雷电感应电压、天线的固定支架采用绝缘棒与避雷针支体隔离，电池极支架与避雷针体地板用绝缘子隔离。人工隔离。如需弱电设备工作时，由人工合上电源开关，插接网络线路，否则，断开以上线路。电压抑制技术。 对于无人职守设备和需不间断与外界联络的设备，必须把雷电感应电压限制在设备承受的电压以下，防止设备损坏。 要使设备达到理想的防雷效果，必须根据设备的工作原理、 工作条件、 功率大小及阻抗高低来装设相应的防雷保护装置。要求有一个良好的接地系统， 因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄人大地，从而保护设备和人身安全 如果机房接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，甚至还将危害工作人员的生命安全。 另外防干扰的屏蔽问题、防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。四、结 论弱电设备的防雷问题是一个综合性的工作，尤其是弱电设备的雷电浪涌防护还重视不够，也常常由其而引起设备的损坏，所以在完善弱电设备外部防护的同时，要加强弱电设备名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 的内部防护。 弱电设备防雷的误区目前弱电设备的防雷国家还没有出相关的技术标准，很多设计还是套用强电的防雷接地规范，实际上弱电设备防的一般是感应雷，接地电流相对较小，认识到这一点对于弱电产品的防雷方案的选择、工程造价的限制有重要的意义。参考文献 1 JGJ/ T 16- 92, 民用建筑电气设计规范2 胡国根 , 王战铎 . 高电压技术. 重庆大学出版社. 3 原电力工业部DL 548- 94, 电力系统通信站防雷运行管理规程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -
