弱電設備雷電的防護

弱電設備雷電的防護1.概述隨著科技的不斷進展，人類已步入信息社會，計算機網絡技術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高速，大容量的信息傳送平臺，為建筑智能化供應了快速的信息通道。計算機、程控交換機、CATV等微電子設備日益增多，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計算機網絡系統(tǒng)的大事時有發(fā)生，所造成的損失是特別巨大的。因此綜合布線系統(tǒng)的防雷設計就顯得尤其重要。我們知道雷電入侵電器設備的形式有兩種：直擊雷和感應雷。雷電直接擊中線路并經過電器設備入地的雷擊過電流稱為直擊雷；由雷閃電流產生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓，過電流形成的雷擊稱為感應雷。目前，在建筑物防雷系統(tǒng)設計上，是執(zhí)行的國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-94,設計由避雷網（帶），避雷針或混合組成的接閃器，立柱基礎的鋼筋網與鋼屋架，屋面板鋼筋等構成一個整體，避雷網通過全部立柱基礎的鋼筋作為接地體，將強大的雷電流入大地。計算機系統(tǒng)安置在建筑物內，受建筑物防雷系統(tǒng)愛護，直擊雷擊中計算機網絡系統(tǒng)的可能性特別小，計算機設備抗直擊雷力量很低，防護設備特別昂貴，通常不必安裝防護直擊雷的設備，而計算機網絡必需防感應雷和雷電浪涌電壓。2.干擾途徑與耦合機制產生干擾必需具備三個條件：干擾源、干擾通道、易受干擾設備。干擾源分為內部和外部。內部主要是裝置原理和產品質量等。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操作和天氣影響等而引起的浪涌電壓，強電場或強磁場以及電磁波輻射等。干擾通道有傳導耦合、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部；內部則三種均有。由于設備采納的敏感元件的選用和結構布局等不盡合理，造成本身抗干擾力量差，對干擾加以抑制，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干擾途徑感應雷可由靜電感應產生，也可由電磁感應產生，形成感應雷電壓的機率很高，對建筑物內的弱電設備威逼巨大，計算機網絡系統(tǒng)及電話程控交換機的防雷工作重點是防止感應雷入侵。入侵計算機網絡系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：2.1.1由溝通電220V電源供電線路入侵；計算機系統(tǒng)的電源由電力線路輸入室內，電力線路可能患病直擊雷和感應雷。直擊雷擊中高壓電力線路，經過變壓器耦合到220伏低壓，入侵計算機供電設備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應雷過電壓。在220伏電源線上消失的雷電過電壓平均可達10000伏，對計算機網絡系統(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：表一序號干擾的類型典型的起因1跌落雷擊，重載接通，電網電壓低下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)電機不穩(wěn)定，區(qū)域性電網故障4電氣燥聲雷達，無線電信號。電力公司和工業(yè)設備的飛狐，轉換器和逆變器5浪涌突然減輕負載，變壓器的抽頭不恰當6諧波失真整流，開關負載。開關型電源，調速驅動7瞬變雷擊，電源線負載設備的切換，功率因數補償電容的切換，空載電動機的斷開。電源干擾進入設備的途徑；一是電磁耦合；二是電容耦合；三是直接進入三種。2.1.2由計算機通信線路入侵；可分為三種狀況:當地面突出物遭直擊雷打擊時，強雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進而擊穿外皮，使高壓入侵線路。雷云對地面放電時，在線路上感應出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電器設備，通過設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線或者多條電纜平行鋪設時，當某一導線被雷電擊中時，會在相鄰的導線感應出過電壓，擊壞低壓電子設備。1.3地電位反擊電壓通過接地體入侵；雷擊時強大的雷電流經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，若有連接電子設備的其他接地體靠近時，即產生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達數萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地，在四周空間產生強大的電磁場變化，會在相鄰的導線（包括電源線和信號線）上感應出雷電過電壓，因此建筑物避雷系統(tǒng)不但不能愛護計算機，反而可能引入了雷電。計算機網絡系統(tǒng)等設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算機防雷系統(tǒng)，層層防護，確保計算機特殊是計算機網絡系統(tǒng)的平安。2.2耦合機制雷電沖擊影響微電子設備構成系統(tǒng)的耦合機制有下面幾種。2.2.1電阻耦合；雷電放電將使受影響的物體相對于遠端地的電位上上升達幾百千伏，地電位上升形成的電流將分布到設備的金屬部分。如連接到系統(tǒng)參考點數據線和電源電線。電纜屏蔽層的電流在屏蔽層與芯線之間引起過電壓，其數值與傳輸阻抗成正比例。2.2.2磁耦合；在導體上流通的或處在雷電通道的雷電流會產生磁場，在幾百米范圍內，可以認為磁場的時間變化率與雷電電流時間變化率相同。然而，磁場常常被建筑材料和四周的物體所衰減和轉變。磁場的變化會在室內外電纜設備上產生感應電流和電壓。2.2.3電耦合；雷電通道下端的電荷會在四周產生一個很強的電場，它對鞭狀天線設備有影響，而對于建筑物內部電場干擾一般可以忽視。2.4電磁耦合；遠距離雷電放電產生的電磁場會在大范圍的數據傳輸網上感應出過電壓，這種干擾會傳導到接口上，但這種狀況下，直接輻射的電磁場很難對建筑物或機柜內的微電子設備造成破壞。弱電設備防雷措施根據防護范圍可將弱電設備的防雷措施分為兩類，外部防護和內部防護。外部防護是指對安裝弱電設備的建筑物本體的平安防護，可采納避雷針、分流、屏蔽網、均衡電位、接地等措施，這種防護措施人們比較重視、比較常見，相對來說比較完善。內部防護是指在建筑物內部弱電設備對過電壓（雷電或電源系統(tǒng)內部過電壓）的防護，其措施有：等電位聯(lián)結、屏蔽、愛護隔離、合理布線和設置過電壓愛護器等措施，這種措施相對來說是比較新的方法，也不夠完善，針對弱電設備防雷的特性機理，對雷電浪涌及地電位差的防護進行探討。1弱電設備的外部防護弱電設備的外部防護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候盡量將雷電流分流，避開造成過電壓危害設備；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，假如建筑物中的設備是低壓電子規(guī)律系統(tǒng)、遙控、小功率信號電路的電器，則需要加裝特地的屏蔽網，在整個屋面組成不大于5m-5m,6m-4m的網格，全部均壓環(huán)采納避雷帶等電位連接；第四是建筑物各點的電位均衡，避開由于電位差危害設備；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷擊建筑物時接點電位損壞設備。3.2弱電設備的內部愛護從EMC（電磁兼容）的觀點來看，防雷愛護由外到內應劃分為多級愛護區(qū)。最外層為0級，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，越往里則危急程度越低。愛護區(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成的屏蔽層而形成，從0級愛護區(qū)到最內層愛護區(qū)，必需實行分層多級愛護，從而將過電壓降到設備能承受的水平。一般而言，雷電流經傳統(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，信號線和金屬管道等）。隨著微電子設備的大規(guī)模使用，雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越嚴峻。以往的防護體系已不能滿意微電子設備構成的網絡系統(tǒng)對平