監(jiān)控弱電設(shè)備的雷電危害分析及保護

監(jiān)控弱電設(shè)備的雷電危害分析及保護1概述

防雷是一個老話題，但仍在不斷發(fā)展中，應(yīng)該說現(xiàn)在尚無萬試萬靈的產(chǎn)品。防雷技術(shù)還有許多待探究的東西，目前雷云起電的機理還不清楚，雷電感應(yīng)的定量研究也很薄弱，因此防雷產(chǎn)品也在發(fā)展中，一些新研制開發(fā)的防雷產(chǎn)品其性能和效果，仍需以科學(xué)的態(tài)度在施行中檢驗，并在理論上發(fā)展完善。由于雷電本身是小概率事件，需要大量長期的統(tǒng)計分析才能得到有益的結(jié)果，這需要各方的通力合作才能得以實現(xiàn)。

雷電是一種常見的大氣放電現(xiàn)象。在夏天的午后或黃昏，地面的熱空氣攜帶大量的水汽不斷地上升到高空，形成大范圍的積雨云，積雨云的不同部位聚集著大量的正電荷或負(fù)電荷，形成雷雨云，而地面因受到近地面雷雨云的電荷感應(yīng)，也會帶上與云底相反極性的電荷。當(dāng)云層里的電荷越積越多，達到一定強度時，就會把空氣擊穿，打開一條狹窄的通道強行放電。當(dāng)云層放電時，由于云中的電流很強，通道上的空氣瞬間被燒得灼熱，溫度高達6000-20000℃，所以發(fā)出耀眼的強光，這就是閃電，而閃道上的高溫會使空氣急劇膨脹，同時也會使水滴汽化膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，這種激烈的沖擊波活動形成了雷聲。由于雷電釋放的能量相當(dāng)大，它所產(chǎn)生的強大電流、灼熱的高溫、猛烈的沖擊波、劇變的靜電場和激烈的電磁輻射等物理效應(yīng)給人們帶來了多種危害。

隨著科學(xué)技術(shù)進步，微電子技術(shù)的不斷發(fā)展；自動化水平也在不斷提升，自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)生活各個方面的使用越來越廣，微電子設(shè)備應(yīng)用日益廣泛，人們在受益于微電子的極大方便的同時，也受到其一旦損壞就損失龐大的困擾。實際中，在規(guī)劃制定自動控制系統(tǒng)的時，往往對自動控制系統(tǒng)的防雷未加合計或合計不夠的狀況較多，一旦有雷電波侵入，設(shè)備損壞一般是龐大的，有的甚至使整個系統(tǒng)癱瘓，造成無可挽回的損失。一些微電子器件工作電壓僅幾伏，傳遞信息電流小至微安級，對外界的干擾極其敏感，而雷電流產(chǎn)生的瞬變電磁場對微電子設(shè)備的干擾和損害尤為嚴(yán)重。在雷雨季節(jié)，自動化顯示系統(tǒng)、通信聯(lián)系系統(tǒng)(Modem、載波機、程控交換機等)等常常損壞，造成較大的直接和間接經(jīng)濟損失。無論有些自動化系統(tǒng)采用了一定的防雷措施，但仍常出現(xiàn)由于雷擊發(fā)生使的弱電設(shè)備損壞,例如；變電站線路落雷，造成主控地與設(shè)備之間的電位差而損壞大量的保護設(shè)備；變電站的微波塔落雷，由于感應(yīng)過電壓而損壞大量的通訊、遠動設(shè)備損壞。其主要原因是由于一次設(shè)備發(fā)生雷擊后在弱電設(shè)備造成的浪涌超過了設(shè)備承受的能力而損壞設(shè)備的，浪涌的主要形式是電源浪涌、信號浪涌。

雷擊是一種自然現(xiàn)象，它能釋放出龐大的能量、具有極深大的破壞能力。幾個世紀(jì)來，人類通過對雷擊破壞性的研究、探究，對雷電的危害采用了一定的預(yù)防措施，有效地降低了雷害，采用正確、全面的防雷措施是保證弱電設(shè)備安全可靠運行的重要手段。

人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云，其實有幾種云都與閃電有關(guān)，如層積云、雨層云、積云、積雨云，最重要的則是積雨云，一般專業(yè)書中講的雷雨云就是指積雨云。云的形成過程是空氣中的水汽經(jīng)由各種原因達到飽和或過飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)的過程。使空氣中水汽達到飽和是形成云的一個必要條件，其主要方式有：水汽含量不變，空氣降溫冷卻；溫度不變，增加水汽含量；既增加水汽含量，又降低溫度。

但對云的形成來說，降溫過程是最主要的過程。而降溫冷卻過程中又以上升運動而引起的降溫冷卻作用最為普遍，積雨云就是一種在激烈垂直對流過程中形成的云。由于地面汲取太陽的輻射熱量遠大于空氣層，所以白天地面溫度升高較多，夏日這種升溫更為顯然，所以近地面的大氣的溫度由于熱傳導(dǎo)和熱輻射也跟著升高，氣體溫度升高必定膨脹，密度減小，壓強也隨著降低，依據(jù)力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密度相對說來就較大，就要下沉。熱氣流在上升過程中膨脹降壓，同時與高空低溫空氣進行熱交換，于是上升氣團中的水汽凝結(jié)而出現(xiàn)霧滴，就形成了云。在強對流過程中，云中的霧滴進一步降溫，變成過冷水滴、冰晶或雪花，并隨高度逐漸增多。在凍結(jié)高度〔-10攝氏度〕，由于過冷水大量凍結(jié)而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)展，達到對流層頂四周后向水平方向鋪展，形成云砧，是積雨云的顯著特征。

積雨云形成過程中，在大氣電場以及溫差起電效應(yīng)、破碎起電效應(yīng)的同時作用下，正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚。當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說的“閃電〞。

雷電以其龐大的破壞力給人類社會帶來了慘重的災(zāi)難，尤其是近幾年來，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對國民經(jīng)濟造成的危害日趨嚴(yán)重。我們應(yīng)當(dāng)強化防雷意識，與氣象部門積極合作，做好預(yù)防工作，將雷害損失降到最低限度。

3.直擊雷、感應(yīng)雷和浪涌

現(xiàn)代化的城市中高層建筑日益增多，造成雷電擊穿空氣的距離縮短，因為雷擊的概率與建筑的高度成正比，所以雷擊概率加大。同時，由于全球氣候變暖，城市熱島現(xiàn)象增多，使城市的大氣環(huán)流形勢出現(xiàn)了新特點，夏季雷暴期延長。而更重要的是，隨著科技的進步，微電設(shè)備被廣泛應(yīng)用，城市通信電源大幅增多，城市電磁場發(fā)生變化，特別是微電子產(chǎn)品普遍絕緣強度低，過電壓耐受力差，容易遭受雷電侵襲，其中電腦網(wǎng)絡(luò)、通訊指揮系統(tǒng)和公用天線都是重災(zāi)區(qū)。從某種意義上說，科技越發(fā)達，雷擊對人們的威脅就越大。雷電危害可分成直擊雷、感應(yīng)雷和浪涌三種。

雷電流在閃擊中直接進入金屬管道或?qū)Ь€時，它們沿著金屬管道或?qū)Ь€可以傳送到很遠的地方。除了沿管道或?qū)Ь€產(chǎn)生電或熱效應(yīng)，破壞其機械和電氣連接之外，當(dāng)它侵入與此相連的金屬設(shè)施或用電設(shè)備時，還會對金屬設(shè)施或用電設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，并危及有關(guān)操作和使用人員的安全。雷電流從導(dǎo)線傳送到用電設(shè)備，如電氣或電子設(shè)備時，將出現(xiàn)一個強大的雷電沖擊波及其反射分量。反射分量的幅值無論沒有沖擊波大，但其破壞力也大大超過半導(dǎo)體或集成電路等微電子器件的負(fù)荷能力，尤其是它與沖擊波疊加，形成駐波的狀況下，便成了一種強大的破壞力。

感應(yīng)雷是雷電在雷云之間或雷云對地放電時，在四周的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應(yīng)雷的破壞也稱為二次破壞。雷電流變化梯度很大，會產(chǎn)生強大的交變磁場，使得四周的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向四周物體放電，如四周有可燃物就會引發(fā)火災(zāi)和爆炸，而感應(yīng)到正在聯(lián)機的導(dǎo)線上就會對設(shè)備具有激烈的破壞性。

感應(yīng)雷可分為以下兩類：

3.2.1靜電感應(yīng)雷；

3.2.2電磁感應(yīng)雷；

雷擊發(fā)生在供電線路四周，或擊在避雷針上會產(chǎn)生強大的交變電磁場，此交變電磁場的能量將感應(yīng)于線路并最終作用到設(shè)備上〔由于避雷針的存在，建筑物上落雷機會反倒增加，內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機會和程度一般來說是增加了〕，對用電設(shè)備造成極大危害。

雷電浪涌是近年來由于微電子設(shè)備的不斷應(yīng)用而引起人們極大重視的一種雷電危害形式，同時其防護方式也不斷完善。最常見的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發(fā)生時在電源和通訊線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化〔VLSI芯片〕，從而造成設(shè)備耐壓、耐過電流的水平下降，對雷電〔包括感應(yīng)雷及操作過電壓浪涌〕的承受能力下降，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄入微電子設(shè)備設(shè)備。我們就這電源浪涌和信號系統(tǒng)浪涌兩方面分別討論其對弱電設(shè)備的危害：

3.3.1電源浪涌；

3.3.2信號系統(tǒng)浪涌；

信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾。金屬物體〔如傳輸線〕受到這些干擾信號的影響，會使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況.

目前，直擊雷造成的災(zāi)害已顯然減少，而隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，感應(yīng)雷和雷電波侵入造成的危害卻大大增加。一般建筑物上的避雷針只能預(yù)防直擊雷，而強大的電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)雷和脈沖電壓卻能潛入室內(nèi)危及電視、及聯(lián)網(wǎng)微機等弱電設(shè)備。

目前，雷電災(zāi)害已被國際電工委員會〔IEC〕稱為“電子化時代的一大公害〞。因隨著微電子設(shè)備應(yīng)用的日益廣泛和普及，雷電會導(dǎo)致對微電子設(shè)備多種不同形式的危害，而目前仍沒有任何一種辦法可以全面防止雷電的危害，只能通過各種有效的辦法可將雷害的程度降到最低，在多年的實際中人們對直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷的熟悉比較高，防護也相對完善，但對雷電浪涌的防護意識和防護措施相對比較薄弱，為此完善對雷電涌的防護理論，開發(fā)研制新型的防雷電涌器件是E時代的基礎(chǔ)技術(shù)。

據(jù)統(tǒng)計，約75％的現(xiàn)場微電子設(shè)備故障因EOS(電氣過應(yīng)力)而引起過電流或過電壓，因此電路制定人員應(yīng)該注意導(dǎo)致EOS的原因，并提供適當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo以保證設(shè)備安全可靠地工作。系統(tǒng)制定人員應(yīng)該清楚地了解每一個電子設(shè)備的電壓和電流參數(shù)、以及特定電路和元器件的限制，在系統(tǒng)中制定低成本的電路保護器件。

現(xiàn)在可選擇幾種技術(shù)以提供過流保護，這些技術(shù)包括傳統(tǒng)的熔絲管〔玻璃和陶瓷型〕、薄膜保險絲和基于聚合物的正溫度系數(shù)〔PTC〕器件。

4.1.1表面安裝型保險絲；

薄膜保險絲屬于外形小巧類表面安裝元件，可為下一代電腦和電訊、數(shù)據(jù)通訊產(chǎn)品中的昂貴IC提供過流保護。典型的移動電路一般都有多個為昂貴的VLSI電路提供過流保護的薄膜保險絲，這些保險絲工作于不同的額定電流和額定電壓下。表面安裝型保險絲〔SMF〕的典型封裝尺寸為1206〔3.2mm××0.8mm〕。這些保險絲的最大同意電流為：1206型7安培，0603型5安培。這些片式保險絲可提供與電池組、移動、筆記本電腦、LCD監(jiān)視器、PDA和調(diào)制解調(diào)器匹配合格的緊湊制定。當(dāng)前用薄膜技術(shù)制定出的最小保險絲尺寸為0402，同意的電流范圍從250mA～2A。

4.1.2通用模塊型保險絲〔UMF〕；

市場上現(xiàn)有的保險絲均遵循UL248或IEC技術(shù)規(guī)格，遵循IEC127標(biāo)準(zhǔn)制定的傳統(tǒng)5mm×20mm熔絲管已得到UL認(rèn)證，并獲得UR〔UL認(rèn)證〕證書，無論IEC127－4標(biāo)準(zhǔn)概述了通用模塊型保險絲〔UMF〕的技術(shù)規(guī)格，但目前市場上尚無得到任何IEC代理機構(gòu)認(rèn)證的表面安裝型保險絲。NAN02通用模塊型保險絲是第一種滿足IEC127－4規(guī)范的產(chǎn)品，其額定電壓為125V，額定電流可為50mA、1A和1.6A。

PTC可復(fù)位型保險絲的工作原理是，在過流狀況下通過調(diào)高自身電阻來保護電路免受損害，一旦電流恢復(fù)正常，PTC可復(fù)位保險絲能自動恢復(fù)到正常低阻值，并同意電流通過。這些特性使得PTC可復(fù)位保險絲在電池供電的電子產(chǎn)品和數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用中，成為理想的選擇，因為在改換電池或插拔數(shù)據(jù)連接時可能會出現(xiàn)瞬間浪涌電流。PTC可復(fù)位型保險絲通常在某些電路中取代傳統(tǒng)的玻璃保險絲，并主要用于USB。

4.2PTC可復(fù)位保險絲和一般保險絲選用

這兩種保險絲都借助感應(yīng)電路中過電流產(chǎn)生的熱量來實現(xiàn)保護功能，一般保險絲借助熔化來中斷電流，而PTC通過將低阻改變?yōu)楦咦鑱硐拗齐娏?。理解這兩種類型器件之間的差異將有助于選擇最好的電路保護器件。在選擇過流保護器件時，通常合計以下4個因素。

4.2.1可復(fù)位性；

兩者最顯然的差異在于PTC是可復(fù)位的，通常過流發(fā)生后采用的步驟是先斷電，然后使器件冷卻下來。

4.2.2阻抗；

產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格顯示，在額定值大致相同的狀況下，PTC具有保險絲2倍以上的阻抗。這個特性在制定用電池供電的設(shè)備時尤其特別，高阻抗器件增加的電能消耗不僅會縮短電池的壽命，而且還將導(dǎo)致更頻繁的充電作業(yè)。

4.2.3時間、電流特性；

比較PTC和保險絲的時間、電流曲線圖，PTC的響應(yīng)速度比一般保險絲要慢得多，而這一點對保護電路中異常敏感的部分特別關(guān)鍵。

一般保險絲的功率密度比PTC大得多，高達5A的保險絲已可采納0603封裝，2A的則采納0402封裝。最正確尺寸的表面安裝型PTC的最大額定電流為2、6A，采納1812封裝，業(yè)界主要制造商正在開發(fā)1206封裝，并致力于增加電流承載能力。

4.3過壓保護

在任何電子設(shè)備中都可能出現(xiàn)瞬態(tài)電壓，它通常是由電路故障、雷擊或ESD引發(fā)的?，F(xiàn)在已開發(fā)出幾種提供過電壓電路保護的零配件，包括二極管、MOV、MLV、瞬態(tài)電壓抑制器和ESD抑制器。4.3.1變阻器；

金屬氧化物變阻器〔MOV〕專為抑制汽車、電訊和交流電源應(yīng)用中的過電壓而制定。MOV是一種電壓鉗位元件，其阻抗與電壓有關(guān)，如電壓超過其閾值則其阻抗將變得非常小。MOV具有高的V－I非線性特性，反應(yīng)速度快，能承受很高峰值電流，待機狀態(tài)下漏電流又較低。MOV的主要用途是保護那些必須滿足"瞬態(tài)電壓浪涌抑制器"UL1449各項要求的產(chǎn)品免受雷電損害。一個四周的閃電放電可通過云層到地或云層到云層感應(yīng)出電磁場，這個電磁場能在原邊電路或副邊電路中感應(yīng)出電壓。直接的閃電放電能在交流電網(wǎng)或線路上產(chǎn)生高的浪涌電壓。在敏感電路中安裝的MOV器件可以將雷擊帶來的不利影響最小化。

多層變阻器〔MLV〕較小，是一種合適保護便攜式和電腦設(shè)備中低電壓電路的表面安裝型無引線片式變阻器。同MOV一樣，在電壓超過其閾值時MLV就變得高度導(dǎo)電。MLV可以具有不同的電壓和電流額定范圍，以滿足各種應(yīng)用要求，容值僅為10pF的新款0402MLV在移動電路中得到了極好的應(yīng)用。

典型的變阻器主要是為工作于18V或更低電壓的電路板的應(yīng)用制定的，這些表面安裝器件通常應(yīng)用在移動通訊、電腦、醫(yī)療儀和便攜式設(shè)備中。

隨著電子工業(yè)界探究更多地提升效率和增加功能、降低產(chǎn)品成本和制造更緊湊便攜式產(chǎn)品的方法，新的制定趨勢是在單個封裝中整合更多不同類型的元件，以提供完整的電路保護解決方案。將過壓、過流保護器件、過溫、過壓保護器件和ESD抑制器整合在一起的新產(chǎn)品正在開發(fā)之中，它們將形成電路保護技術(shù)的又一次革命。瞬態(tài)電壓抑制器是另一種選擇，Surgector就是其中之一，它專為有線通訊系統(tǒng)提供二級保護。Surgector采納矽閘流技術(shù)以提供雙向鉗位保護，該器件可用來汲取通訊電路的瞬態(tài)波形和高峰值浪涌電流。Surgector有雙極性、單極性和編程式SCR3種類型，并采納表面安裝、D0214AA封裝和直插式TO－202封裝。

〔1〕ESD抑制器；現(xiàn)代電子系統(tǒng)〔不管是便攜的、機載的，還是陸基的〕中的高發(fā)度電路，都很容易受到靜電或ESD的侵害。人體能產(chǎn)生超過15kV的ESD，因此為了有效防止ESD侵害，要求許多新的電子設(shè)備必須滿足IEC61000－4－2標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)的鉗位二極管和多層變阻器〔MLV〕通常用來保護低速、高功耗固體電路，不過，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步，市場正向低電壓、高速集成電路方向發(fā)展，這些具有較大寄生電容的器件可能會導(dǎo)致信號傳輸失真。目前一種從聚合物正溫度系數(shù)〔PTC〕技術(shù)發(fā)展而來的新器件，具有處理常常出現(xiàn)在IC之間的較大ESD脈沖的性能。

靜電〔ESD〕抑制器的聚合物結(jié)構(gòu)使得制造商可生產(chǎn)出各種形狀的ESD抑制器，以滿足各種不同應(yīng)用的需要。該器件具有小于1pF的電容，可提供合格的限制信號降級和衰減的性能，以保證高速數(shù)據(jù)線和下一代電池組電路制定中的數(shù)據(jù)線能正常工作。

〔2〕TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器。

當(dāng)其兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10－12s量級的速度，將兩級間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，汲取高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值(一般小于2倍額定工作電壓)，有效的保護電子電路中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的破壞。

TVS管的伏安特性；其正向特性與一般二級管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。在瞬態(tài)脈沖電流的作用下，流過TVS管的電流，由原來的反向漏電流ID上升到IR時，其兩極浮現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓Uoff上升到擊穿電壓UBR，TVS管被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現(xiàn)，流過TVS管的電流達到峰值脈沖電流Ipp，其兩極的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓Uc以下；其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS管兩極電壓不斷下降，最后恢復(fù)到起始狀態(tài)。這就是TVS管抑制出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護電子元件的過程。

TVS管的顯著特點為：響應(yīng)速度快(10－12s級)、瞬時汲取功率大(數(shù)千瓦)、漏電流小(10－9A級)、擊穿電壓偏差小(±5％UBR與±10％UBR兩種)、箝位電壓較易控制(箝位電壓Uc與擊穿電壓UBR之比為1.2～1.4)、體積小等。它對保護裝置免遭靜電、雷電、操作過電壓、斷路器電弧重燃等各種電磁波干擾十分有效，可有效地抑制共模、差模干擾，是微電子設(shè)備過電壓保護的首選器件。

隨著科技的不斷發(fā)展，人類已步入信息社會，計算機網(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)，猶如為建筑物建立了一個高速，大容量的信息傳送平臺，為建筑智能化提供了快速的信息通道。計算機、程控交換機、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能力較差，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)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的事件時有發(fā)生，所造成的損失是非常龐大的。因此綜合布線系統(tǒng)的防雷制定就顯得尤其重要。

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)制定上，是執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷制定規(guī)范》GB50057－94，制定由避雷網(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，將強大的雷電流入大地。計算機系統(tǒng)安排在建筑物內(nèi)，受建筑物防雷系統(tǒng)保護，直擊雷擊中計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可能性非常小，計算機設(shè)備抗直擊雷能力很低，防護設(shè)備非常昂貴，通常不必安裝防護直擊雷的設(shè)備，而計算機網(wǎng)絡(luò)必須防感應(yīng)雷和雷電浪涌電壓。

產(chǎn)生干擾必須具備三個條件：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)境因素決定，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，強電場或強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，造成本身抗干擾能力差，對干擾加以抑制，降低其幅度，減少其影響力，這是從外部環(huán)境上加以改善。

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)雷電壓的機率很高，對建筑物內(nèi)的弱電設(shè)備威脅龐大，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及程控交換機的防雷工作重點是防止感應(yīng)雷入侵。入侵計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：

2.1.1由交流電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(nèi)，電力線路可能遭受直擊雷和感應(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，入侵計算機供電設(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伏電源線上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達10000伏，對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可造成毀滅性打擊。電源干擾復(fù)雜性中眾多原因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。電源干擾復(fù)雜性中的第二個原因是干擾狀況可以從繼續(xù)周期很短暫的尖峰干擾到全失電之間的變化。

電源干擾進入設(shè)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：

(1)當(dāng)?shù)孛嫣貏e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。

(2)雷云對地面放電時，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。

(3)假設(shè)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，當(dāng)某一導(dǎo)線被雷電擊中時，會在相鄰的導(dǎo)線感應(yīng)出過電壓，擊壞低壓電子設(shè)備。

2.1.3地電位反擊電壓通過接地體入侵；雷擊時強大的雷電流經(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，假設(shè)有連接電子設(shè)備的其他接地體靠近時，即產(chǎn)生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達數(shù)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(chǎn)生強大的電磁場變化，會在相鄰的導(dǎo)線(包括電源線和信號線)上感應(yīng)出雷電過電壓，因此建筑物避雷系統(tǒng)不但不能保護計算機，反而可能引入了雷電。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備的集成電線芯片耐壓能力很弱，通常在100伏以下，因此必須建立多層次的計算機防雷系統(tǒng)，層層防護，保證計算機特別是計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全。

雷電沖擊影響微電子設(shè)備構(gòu)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關(guān)于遠端地的電位上升高達幾百千伏，地電位升高形成的電流將分布到設(shè)備的金屬部分。如連接到系統(tǒng)參照點數(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產(chǎn)生磁場，在幾百米范圍內(nèi)，可以認(rèn)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改變。磁場的變化會在室內(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在四周產(chǎn)生一個很強的電場，它對鞭狀天線設(shè)備有影響，而關(guān)于建筑物內(nèi)部電場干擾一般可以忽略。

。

按照防護范圍可將弱電設(shè)備的防雷措施分為兩類，外部防護和內(nèi)部防護。外部防護是指對安裝弱電設(shè)備的建筑物本體的安全防護，可采納避雷針、分流、屏蔽網(wǎng)、均衡電位、接地等措施，這種防護措施人們比較重視、比較常見，相對來說比較完善。內(nèi)部防護是指在建筑物內(nèi)部弱電設(shè)備對過電壓〔雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過電壓〕的防護，其措施有：等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、保護隔離、合理布線和設(shè)置過電壓保護器等措施，這種措施相對來說是比較新的辦法，也不夠完善，針對弱電設(shè)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。

3.1弱電設(shè)備的外部防護

弱電設(shè)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，避免造成過電壓危害設(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)則的法拉第籠，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的設(shè)備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號電路的電器，則需要加裝專門的屏蔽網(wǎng)，在整個屋面組成不大于5m-5m,6m-4m的網(wǎng)格，所有均壓環(huán)采納避雷帶等電位連接；第四是建筑物各點的電位均衡，避免由于電位差危害設(shè)備；第五是保證建筑物有合格的接地，降低雷擊建筑物時接點電位損壞設(shè)備。

3.2弱電設(shè)備的內(nèi)部保護

從EMC〔電磁兼容〕的觀點來看，防雷保護由外到內(nèi)應(yīng)劃分為多級保護區(qū)。最外層為0級，是直接雷擊區(qū)域，危險性最高，主要是由外部〔建筑〕防雷系統(tǒng)保護，越往里則危險程度越低。保護區(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(gòu)成的屏蔽層而形成，從0級保護區(qū)到最內(nèi)層保護區(qū)，必須執(zhí)行分層多級保護，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)重。以往的防護體系已不能滿足微電子設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對安全提出的要求。應(yīng)從單純一維防護轉(zhuǎn)為三維防護，包括：防直擊雷，防感應(yīng)雷電波侵入，防雷電電磁感應(yīng)，防地電位反擊以及操作瞬間過電壓影響等多方面作系統(tǒng)綜合合計。

多級分級〔類〕保護原則：即依據(jù)電氣、微電子設(shè)備的不同功能及不同受保護程序和所屬保護層確定保護要點作分類保護；依據(jù)雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)做多級層保護。

3.3電源部分防護

弱電設(shè)備的電源雷電侵害主要是通過線路侵入。高壓部分有專用高壓避雷裝置，電力傳輸線把對地的電壓限制到小于6000V〔IEEEEC62.41〕，而線對線則無法控制。所以，對380V低壓線路應(yīng)進行過電壓保護，按國家規(guī)范應(yīng)有三部分：建議在高壓變壓器后端到二次低壓設(shè)備的總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對地加避雷器或保護器，作一級保護；在二次低壓設(shè)備的總配電盤至二次低壓設(shè)備的配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對地加裝避雷器保護器，作二級保護；在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端應(yīng)對地加裝避雷器或保護器，作為三級保護。目的是用分流〔限幅〕技術(shù)即采納高汲取能量的分流設(shè)備〔避雷器〕將雷電過電壓〔脈沖〕能量分流泄入大地，達到保護目的，所以，分流〔限幅〕技術(shù)中采納防護器的品質(zhì)、性能的好壞是直接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)保護的關(guān)鍵，因此，選擇合格合格的避雷器或保護器至關(guān)重要。

3.4信號部分保護

關(guān)于信息系統(tǒng)，應(yīng)分為粗保護和精細保護。粗保護量級依據(jù)所屬保護區(qū)的級別確定，精細保護要依據(jù)電子設(shè)備的敏感度來進行確定。

關(guān)于自動化控制系統(tǒng)的所需的浪涌保護應(yīng)在系統(tǒng)制定中進行綜合合計，針對自動化控制裝置的特性，應(yīng)用于該系統(tǒng)的浪涌保護器基本上可以分為三級，關(guān)于自動化控制系統(tǒng)的供電設(shè)備來說，需要雷擊電流放電器、過壓放電器以及終端設(shè)備保護器。數(shù)據(jù)通信和測控技術(shù)的接口電路，比各終端的供電系統(tǒng)電路顯然要靈敏得多，所以必須對數(shù)據(jù)接口電路進行細保護。

自動化裝置的供電設(shè)備的第一級保護采納的是雷擊電流放電器，它們不是安裝在建筑物的進口處，就是在總配電箱里。為保證后續(xù)設(shè)備不承受的剩余殘壓太高，所以必須依據(jù)對保護范圍的性質(zhì)，安裝第二級保護。在下級配電設(shè)施中安裝過電壓放電器，作為二級保護措施，作為第三級保護是為了保護儀器設(shè)備，采用的方法是，把過電壓放電器直接安裝在儀器的前端。自動化控制系統(tǒng)三級保護布置如圖1所示；在不同等級的放電器之間，必須遵守導(dǎo)線的最小長度規(guī)定。供電系統(tǒng)中雷擊電流放電器與過壓放電器之間的距離不得小于10米，過壓放電器同儀器設(shè)備保護裝置之間的導(dǎo)線距離則不應(yīng)低于5米。

4.2.1.充有惰性氣體的過電壓放電器，是自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛的一級浪涌保護器件。充有惰性氣體過電壓放電器，一般構(gòu)造的這類放電器可以排放20千安〔8/20〕微秒或者2.5千安〔10/350〕微秒以內(nèi)的瞬變電流。氣體放電器的響應(yīng)時間處于毫微秒范圍，其被廣泛的應(yīng)用于遠程通信范疇。該器件的一個缺點是它的觸發(fā)特性與時間相關(guān)，其上升時間的瞬變量同觸發(fā)特性曲線在幾乎與時間軸平行的范圍里相交。因此保護電平將同氣體放電器額定電壓相近。而特別快的瞬變量將同觸發(fā)曲線在十倍于氣體放電器額定電壓的工作點相交，也就是說，如果某個氣體放電器的最小額定電壓90伏，那么線路中剩余的殘壓可高達900伏。它的另一個缺點是可能會產(chǎn)生后續(xù)電流。在氣體放電器被觸發(fā)的狀況下，尤其是在阻抗低、電壓超過24伏的電路中會出現(xiàn)以下狀況：即原來希望維持幾個毫秒的短路狀態(tài)，會因為該氣體放電器繼續(xù)堅持下去，由此引起的后果可能是該放電器在幾分之一秒的時間內(nèi)爆碎。所以在應(yīng)用氣體放電器的過電壓保護電路中應(yīng)該串聯(lián)一個熔斷器，使得這種電路中的電流很快地被中斷。

4.2.2.壓敏電阻，壓敏電阻被廣泛作為系統(tǒng)中的二級保護器件，因壓敏電阻在毫微秒時間范圍內(nèi)具有更快的響應(yīng)時間，不會產(chǎn)生后續(xù)電流的問題。在測控設(shè)備的保護電路中，壓敏電阻可以用于放電電流為2.5KA-5KA〔8/20〕微秒的中級保護裝置。壓敏電阻的缺點是老化和較高的電容問題，老化是指壓敏電阻中二極管的P-N部分，在通常過載狀況下，P-N結(jié)會造成短路，其漏電流將因此而增大，其值的大小取決于承載的頻繁程度。其應(yīng)用于靈敏的測量電路中將造成測量失真，并且器件易發(fā)熱。壓敏電阻大電容問題使它在許多場合不能應(yīng)用于高頻信息傳輸線路，這些電容將同導(dǎo)線的電感一起形成低通環(huán)節(jié)，從而對信號產(chǎn)生嚴(yán)重的阻尼作用。不過，在30千赫茲以下的頻率范圍內(nèi)，這一阻尼作用是可以忽略。

4.2.3.抑制二極管，抑制二極管一般用于高靈敏的電子回路，其響應(yīng)時間可達微微秒級，而器件的限壓值可達額定電壓的1.8倍。其主要缺點是電流負(fù)荷能力很弱、電容相對較高，器件自身的電容隨著器件額定電壓變化，即器件額定電壓越低，電容則越大，這個電容也會同相連的導(dǎo)線中的電感構(gòu)成低通環(huán)節(jié)，而對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生阻尼作用，阻尼程度與電路中的信號頻率相關(guān)。

由自動化裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)中必須妥善解決好接口信號的隔離，抑制傳輸過程中產(chǎn)生的各種干擾，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。接口與過程通道是自動化裝置和外部設(shè)備、被控對象進行信息交換的渠道，關(guān)于接口和過程通道侵入的干擾主要是因公共地線所引起，其次，在信號微弱和傳輸線路較長時還會受到靜電和電磁波的干擾。目前在自動化控制系統(tǒng)中，關(guān)于數(shù)字輸入信號，大部分都利用光電隔離器，也有一些使用脈沖變壓器隔離和運算擴大器隔離；關(guān)于數(shù)字輸出信號也是主要采納光電隔離器。關(guān)于模擬量輸入信號，則許多場合下采納調(diào)制-解調(diào)式隔離擴大器、運算擴大器等，模擬量輸出信號隔離則可采納直流電壓隔離法及變幻隔離法等。

光電偶合器件是利用光傳遞信息的，它是由輸入端的發(fā)光元件和輸出端的受光元件組成，輸入與輸出在電氣上是完全隔離的。其體積小、使用簡便，可視現(xiàn)場干擾狀況的不同，可以組成各種不同的線路對共模和長模干擾進行抑制。

5.1.1應(yīng)用于輸入輸出的隔離。光電耦合器用在輸入、輸出間隔離狀況下，線路是很簡單的，由于避免形成地環(huán)路，而輸入與輸出的接地點也可以任意選擇。這種隔離的作用不僅可以用在數(shù)字電路中，也可以用在線性〔模擬〕電路中。

5.1.2用于消除與抑制噪聲光電耦合器用于消除噪聲是從兩個方面體現(xiàn)的：一方面是使輸入端的噪聲不傳遞給輸出端，只是把有用信號傳送到輸出端。另一方面，由于輸入端到輸出端的信號傳遞是利用光來實現(xiàn)的，極間電容很小，絕緣電阻很大，因而輸出端的信號與噪聲也不會反饋到輸入端。使用光電耦合器時，應(yīng)注意這種光電耦合器本身有10-30pF的分布電容，所以頻率不能太高；另外在接點輸入時，應(yīng)注意加RC濾波環(huán)節(jié)，抑制接點的抖動。另外，用于低電壓時，其傳輸距離以100米以內(nèi)為限、傳輸速率在10Kbps以下為宜。

脈沖變壓器原付邊繞組匝數(shù)很少，分別繞制在鐵氧體磁芯的兩側(cè)，分布電容僅幾微微法，可作為脈沖信號的隔離器件。關(guān)于模擬量輸入信號，由于每點的采樣周期很短，實際上的采樣波形也為一脈沖波形，也可實現(xiàn)隔離作用。這種脈沖變壓器隔離方式，線路中也應(yīng)加濾波環(huán)節(jié)抑制動態(tài)常模干擾和靜態(tài)常模干擾，這種脈沖變壓器隔離方式已被用于幾兆赫的信號電路中。

模/數(shù)變幻隔離電路，在自動化控制系統(tǒng)中常在現(xiàn)場就地進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將易受干擾的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行傳輸，在接收端在采納光電隔離，以加強其在信號傳輸過程中的抗干擾能力。而模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的安裝位置，怎樣才能有效地抑制干擾，是實際應(yīng)用中很具體的問題。關(guān)于在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用的環(huán)境中，一是可以合計將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，放置主控室，二是將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器放在生產(chǎn)現(xiàn)場，遠離主控室，兩者各有利弊。

將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器放置于主控室，便于把模/數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字信息傳送到控制系統(tǒng)的處理器，而主機的控制信息傳送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器也很方便，因而利于轉(zhuǎn)換器的管理。但由于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，使得模擬量傳輸線經(jīng)過長，分布參數(shù)以及干擾的影響增加，而且易引起模擬信號衰減，直接影響轉(zhuǎn)換器的工作精度和速度。將轉(zhuǎn)換器放置于生產(chǎn)現(xiàn)場，雖然可解決上述問題，但數(shù)字信息傳輸線經(jīng)過長，也不便于轉(zhuǎn)換器的管理。

這兩種方案的主要問題還在于，在控制系統(tǒng)與控制對象之間存在公共地線，即使采納同軸電纜作為傳輸媒介，也會有產(chǎn)生現(xiàn)場的干擾進入計算機中，影響整個系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定工作。顯然這兩種方案都不合適于在現(xiàn)場環(huán)境工作。為了有效的解決工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，采納光電隔離是比較行之有效的方案。為保證模/數(shù)轉(zhuǎn)換器能可靠運行，并獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，把模/數(shù)轉(zhuǎn)換器放在靠近現(xiàn)場一側(cè)。為了有效抑制干擾，采納雙套光電偶合器，使得模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與主機之間的信息交換均經(jīng)過兩次電-光-電的轉(zhuǎn)換。如圖2所示；一套光電耦合器放在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器一側(cè)，一套光電耦合器放在主機一側(cè)。系統(tǒng)中有三個不同的地端，一是主機與I/O接口公用的“計算機地〞，一個是傳輸長線使用的“浮空地〞，另一個是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和被控對象公用的“現(xiàn)場地〞。采納這種兩次光電隔離的辦法，把傳輸長線隔浮在主機與被控對象之間，不僅有效地消除了公共地線，抑制了由其引進的干擾，而且也有利于解決長線驅(qū)動與阻抗匹配的問題這樣就保證了整個控制系統(tǒng)的可靠運行。

接地在電氣技術(shù)中是指用導(dǎo)體與大地相連。在電子技術(shù)中的接地，可能就與大地毫不相關(guān)，它只是電路中的一個等電位。如電子設(shè)備中的地,它只是線路里的一個電位基準(zhǔn)點。而在弱點設(shè)備的接地不但包含上述兩種接地,還有其它的接地。例如智能建筑中安裝有多個子系統(tǒng)如通信自動化系統(tǒng),火災(zāi)報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng),樓宇自動化系統(tǒng),保安監(jiān)控系統(tǒng),辦公自動化系統(tǒng),閉路電視系統(tǒng)等,各個子系統(tǒng)對接地的理解和要求都不太相同。按接地的作用可分為功能性接地和保護性接地。為保證電氣設(shè)備正常運行或電氣系統(tǒng)低噪聲接地,稱為功能性接地,功能性接地又有工作接地、邏輯接地、信號接地和屏蔽接地等。為了防止人、畜或設(shè)備因電擊而造成傷亡或損壞的接地稱為保護性接地,保護性接地有保護接地、防雷接地和防靜電接地。有弱點設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)這幾種接地類型都會碰到。

電子設(shè)備供電系統(tǒng)的接地關(guān)系到操作人員的人身安全和電子設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，電子設(shè)備的供電系統(tǒng)的接地通常包括工作接地和保護接地。工作接地是系統(tǒng)電源某一點的接地，這個點通常是電源〔變壓器、發(fā)電機〕的中性點，工作地的主要作用是使供電系統(tǒng)正常運行。而保護接地是供電系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)金屬的電氣設(shè)備外殼和敷設(shè)用的金屬套管、線槽等電氣裝置外露不導(dǎo)電部分的接地。如果不做保護接地，故障電壓可達系統(tǒng)的相電壓；做了保護接地后故障電壓僅為PE線和接地電阻〔RA〕上的電壓降，大大的低于相電壓，接地電阻〔RA〕還為故障電流Id提供返回電源的通路，使保護電器及時切斷電源，從而起到防電擊和防電氣火災(zāi)的保護作用。目前低壓供電系統(tǒng)制定選用較多的接地系統(tǒng)有TN、TT系統(tǒng)。

2.1工作接地的目的

電力系統(tǒng)由于運行和安全的需要,常將中性點(N線)接地,這種接地方式稱為工作接地。工作接地有以下目的:

2.1.1降低觸電電壓；

在中性點不接地的系統(tǒng)中,當(dāng)一相接地而人體觸此及另外兩相之一時,觸電電壓為相電壓的1.732倍。而在中性點接地的系統(tǒng)中,觸電電壓就降低到等于或接近相電壓。

在中性點不接地的系統(tǒng)中,當(dāng)一相接地時,接地電流很小(因為導(dǎo)線和地面間存在電容和絕緣電阻,也可構(gòu)成電流的通路)不夠以使保護裝置動作而切斷電源,接地故障不易被發(fā)現(xiàn),將長時間繼續(xù)下去,對人身不安全。而中性點接地的系統(tǒng)中,一相接地后的接地電流較大(接近單相短路)保護裝置迅速動作,斷開故障點。

2.1.3降低電氣設(shè)備對地的絕緣水平；

在中性點不接地的系統(tǒng)中,一相接地時將使另外兩相的對地電壓升高到線電壓。而在中性點接地的系統(tǒng)中,則接近于相電壓,故可降低電氣設(shè)備和輸電線的絕緣水平,節(jié)省技資。為此本文分別對TN、TT系統(tǒng)作以分析。

TN系統(tǒng)的電源端中性點直接接地，用設(shè)備金屬外殼、保護零線與該中性點連接，這種方式簡稱保護接零或接零制。按中性線〔工作零線〕與保護線〔保護零線〕的組合狀況TN系統(tǒng)又分以下三種形式：

2.2.1.TN-C系統(tǒng)；

在TN-C系統(tǒng)中，由于PNE線兼起PE線和N線的作用，節(jié)省了一根導(dǎo)線，但在PEN線上通過三相不平衡電流I，其上有電壓降IZPEN使電氣裝置外露導(dǎo)電部分對地帶電壓。三相不平衡負(fù)荷造成外殼帶電壓甚低。并不會在一般場所造成人身事故，但它可能對地引起火花，不適宜醫(yī)院、計算機中心場所及爆炸危險場所。TN-C系統(tǒng)不適用于無電工管理的住宅樓，這種系統(tǒng)沒有專用的PE線，而是與中性線〔N線〕合為一根PEN線，住宅樓內(nèi)如果因維護管理不當(dāng)使PEN線中斷，電源220V對地電壓將如圖1所示經(jīng)相線和設(shè)備內(nèi)繞組傳導(dǎo)至設(shè)備外殼，使外殼浮現(xiàn)220V對地電壓，電擊危險很大。另外PEN線不同意切斷〔切斷后設(shè)備失去了接地線〕，不能作電氣隔離，電氣檢修時可能因PEN對地帶電壓而引起人身電擊事故。TN-C系統(tǒng)中，不能裝RCD〔剩余電流動作保護器〕，因為當(dāng)發(fā)生接地故障時，相線和PEN線的故障電流在電流互感器中的磁場互相抵消，RCD將檢測不出故障電流而不動作，因此在住宅樓內(nèi)不應(yīng)采納TN-C系統(tǒng)。

2.2.2.TN-S系統(tǒng)；

在TN-S系統(tǒng)中，工作零線N和保護零線PE從電源端中性點開始完全分開，PE線平常不通過電流，只在發(fā)生接地故障時通過故障電流，故外露導(dǎo)電部分平常對地不帶電壓比較完全，但需要增加一根導(dǎo)線，由于設(shè)備設(shè)備外殼保護零線PE，正常工作時漏電開關(guān)無剩余電流，所以在相同短路保護靈敏度不夠時，可裝設(shè)漏電開關(guān)來保護單相接地。RCD對接地故障電流有很高的靈敏度，即使接觸220V時，也能在數(shù)十毫秒的時間內(nèi)切斷以毫安計的故障電流，使人免于電擊事故，但它只能對其保護范圍內(nèi)的接地故障起作用，不能防止從別處傳導(dǎo)來的故障電壓引起的電擊事故。

2.2.3.TN-C-S；

TN-C-S是TN-C和TN-S兩種系統(tǒng)的組合，如圖2所示；第一部分是TN-C系統(tǒng)，第二部分是TN-S系統(tǒng)，分界面在N線與PE線的連接點。該系統(tǒng)一般用在建筑物有區(qū)域變電所供電引來的場所，進戶線之前采納TN-C系統(tǒng)，進戶處作重復(fù)接地，進戶后變成TS-S系統(tǒng)，TN-C-S系統(tǒng)介于以上兩者之間。

TT系統(tǒng)的電源端中性點直接接地，用電設(shè)備金屬外殼用保護地線接至與電源接地點無關(guān)的接地極。TT系統(tǒng)正常運行時，用電設(shè)備金屬外殼電位為零，當(dāng)電氣設(shè)備一相碰殼時，則短路電流較TN系統(tǒng)小，通常不夠以使相間短路保護裝置動作。當(dāng)人體偶然觸及帶電部分時危險較大，當(dāng)在干線首端及用電設(shè)備處裝有RCD時可保證安全。當(dāng)變壓器中性點和用電設(shè)備處接地電阻為4歐姆時，單相短路電流為Ld=220/〔4+4〕=27.5A〔線路阻抗不計〕。不管干線首端或用電設(shè)備處，當(dāng)熔斷器溶絲電流較大或自動開關(guān)瞬時脫扣器整定電流較大時，均不能可靠動作。所以TT系統(tǒng)內(nèi)往往不能采納熔斷器、低壓短路器作接地故障保護而需采納漏電保護器。TT系統(tǒng)還有一個特點是中性線N與保護地線PE無一點電氣聯(lián)接，即中性點接地與PE線接地是分開的，所以不存在外部危險故障電壓沿著PE進入建筑招致電擊事故發(fā)生。在TT系統(tǒng)內(nèi)每棟建筑物各有其專用的接地極和PE線，各棟建筑物的PE線互不導(dǎo)通，故障電壓不致自一建筑物傳導(dǎo)至另一建筑物。但TT系統(tǒng)以大地為故障電流返回電源的通路，故障電流小，必須采納對接地故障反應(yīng)靈敏的漏電保護器來防人身電擊。這些系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，需按具體狀況選用。如果建筑物由供電部門以低壓供電，應(yīng)按供電部門的要求采納接地系統(tǒng)，以與地區(qū)的接地系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致。如果采納TN-C-S系統(tǒng)，應(yīng)注意從建筑物電源進線配電箱開始馬上PEN線分為PE線和中性線，使建筑物內(nèi)不再出現(xiàn)PEN線，這是因為PEN線因通過負(fù)荷電流而帶有電位，容易產(chǎn)生雜散電流和電位差的緣故。

如果供電部門以10KV電壓給住宅樓供電，且10/0.4KV變電所即在建筑物內(nèi)，則這棟建筑物只能采納TN-S系統(tǒng)。因為采納TN-C-S系統(tǒng)將在建筑物內(nèi)出現(xiàn)PEN線；TT系統(tǒng)則要求設(shè)置分開的工作接地和保護接地，而在同一個建筑物內(nèi)是很難做到兩個分開的接地，維護工作也是困難的。無論采納哪種接地系統(tǒng)都必須按規(guī)范要求作前述的等電位聯(lián)結(jié)。

電子設(shè)備的系統(tǒng)工作接地是為了使電子設(shè)備以及與之相連的儀器儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。它分為機器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，防爆系統(tǒng)中還有本安接地。

3.1邏輯接地

將電子設(shè)備的金屬板作為邏輯信號的參照點而進行的接地,稱為邏輯接地。它的作用是保證電路有一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位,不致于浮動而引起信號誤差。

各種電子電路，都有一個基準(zhǔn)電位點，這個基準(zhǔn)電位點就是信號地。它的作用是保證電路有一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位，不致于浮動而引起信號誤差。信號地的連接是:同一設(shè)備的信號輸入端地與信號輸出端地不能聯(lián)在一起,而應(yīng)分開;前級(設(shè)備)的輸出地只有后級(設(shè)備)的輸入地相連。否則,信號可能通過地線形成在反饋，引起信號的浮動。這在設(shè)備的測試中，信號地的連接尤其要引起注意。

3.3保護接地

3.4防雷接地

為把雷電流迅速導(dǎo)人大地,以防止雷害為目的的接地叫作防雷接地。

3.5屏蔽接地

為使設(shè)備或布線達到電磁適應(yīng)性要求而采用的屏蔽措施的接地稱為屏蔽接地。關(guān)于弱電設(shè)備電磁兼容制定是非常重要的，為了避免所用設(shè)備的機能障礙，避免會出現(xiàn)的設(shè)備損壞，構(gòu)成布線系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠防止內(nèi)部自身傳導(dǎo)和外來干擾。因此對這些設(shè)備及其布線必須采用保護屏蔽措施，免受來自各種方面的干擾。

3.6防靜電接地

是本安儀表或安全柵的接地。這種接地除了抑制干擾外，還有使儀表和系統(tǒng)具有本質(zhì)安全性質(zhì)的措施之一。本安接地會因為采納的設(shè)備的本實措施不同而不同。

安全柵的作用是保護危險現(xiàn)場端永遠處于安全電源和安全電壓范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場端短路，則由于負(fù)載電阻和安全柵電阻R的限流作用，會將導(dǎo)線上的電流限制在安全范圍內(nèi)，使現(xiàn)場端不致于產(chǎn)生很高的溫度，引起燃燒。第二種狀況，如果計算機一端產(chǎn)生故障，則高壓電信號加入了信號回路，則由于齊納二級的嵌位作用，也使電壓位于安全范圍。

值得提醒的是，由于齊納安全柵的引入，使得信號回路上的電阻增大了許多，因此，在制定輸出回路的負(fù)載能力時，除了要合計真正的負(fù)載要求以外，還要充分合計安全柵的電阻，留有余地。

在一個系統(tǒng)中安裝有大量的電子設(shè)備,這些設(shè)備分屬于不同的專系統(tǒng),由于這些設(shè)備工作頻率、抗干擾能力和功能等都不相同,對接地的要求也不同。在實際工程制定和施工中,電子設(shè)備的信號接地、邏輯接地、防靜電接地、屏蔽接地和保護接地,一般合用一個接地極,其接地電阻不大于4Ω；當(dāng)電子設(shè)備的接地與工頻交流接地、防雷接地合用一個接地極時，其接地電阻不大于1Ω。屏蔽接地如單獨設(shè)置,則接地電阻一般為300Ω。對抗干擾能力差的設(shè)備,其接地應(yīng)與防雷接地分開,兩者互相距離宜在20m以內(nèi),對抗干擾能力較強的電子設(shè)備，兩者的距離可酌情減少,但不宜低于5m。當(dāng)電子設(shè)備接地和防雷接地采納共同接地裝置時,兩者避免雷擊時遭受反擊和保證設(shè)備安全，應(yīng)采納埋地鎧裝電纜供電。電纜屏蔽層必須接地,為避免產(chǎn)生干擾電流,對信號電纜和1MHz及以下低頻電纜應(yīng)一點接地;對1MHz以上電纜,為保證屏蔽層為地電位,應(yīng)采