弱电设备的雷电危害与保护方式探讨分析方浩铭

弱电设备的雷电危害与保护方式探讨分析方浩铭

方浩铭

（宁波世纪恒祥自控技术有限公司）

摘要：雷击是自然界一种常见的自然现象，雷电放电会产生巨大的能量，具有强大的破坏能力，近年来，国内外弱电设备遭受雷电袭击而导致损失重大的事件屡见不鲜，尤其是电力系统的变电站微波塔遭受雷击袭击后，导致远动设备/保护装置、通讯设备大量受损的事故时有发生，不仅给企业带来了巨大的经济损失，而且严重威胁到了人们的生命财产安全。

关键词：弱电设备；雷电；防护策略

引言

电力系统中会使用大量的微电子设备，承受雷电等电磁脉冲以及浪涌的能力比较弱，一旦雷电引起的过电压以及电磁感应电压达到了一定阀值，轻则引起系统动作错误，丢失系统信息，系统运行不稳等问题；严重则会导致系统永久性瘫痪。因此探究正确有效的防雷措施，进行防雷保护，不但可以避免弱电设备遭受雷电的侵袭与破坏，还可以保护其他的生产生活设施、计算机系统、配电设备以及火灾报警控制系统的安全，使其安全稳定的运行工作。

1弱电设备的雷电危害

众所周知，雷电会造成多种形式的危害，而且，由于雷电的形式不同，也将会给不同类型的弱电设备造成危害，甚至是损毁，从而造成大量的资源浪费，因此，必须做好弱电设备的防雷保护工作，才能有效地减少雷电的影响。一般情况下，雷击的危害主要分为感应雷、直接雷、球形雷等几种，其中感应雷主要是雷电在雷云对地放电或雷云之间放电，如果附近有埋地电力线、传输信号线路、设备之间的连接线等，将会产生电磁感应，并且这些电磁感应电流将会入侵设备，不仅会造成设备之间的连接线损坏，甚至会破坏设备，这类问题多发生在雷击电流较高的情况下。另外，直接雷所带来的危害主要指的是雷电直接击在物体的身上，并因热效应、电效应、机械效应等因素而导致物体损坏，或是生命体的伤亡。地铁行业在发展中，有很多的弱电设备都是直接暴漏在外的，或是外部存在一定的保护，如果雷电直接击在弱电设备或是外部保护外壳上，很容易引起弱电设备的雷击故障，甚至造成弱电设备的烧毁，不利于弱电设备的稳定运行，这也是当前地铁行业发展中非常重视的问题。

2弱电设备雷电危害的主要原因

近年来逐渐引起人们重视的雷电灾害就是雷电浪涌，它主要是由于微电子的不断使用而引起的一种雷电事故。大多数常见的雷击灾害并不是由雷击直接引起的，而是在雷击发生时，设备电源与通讯线路中产生的电流浪涌引起的。导致这种现象的直接原因有两个：①电子设备内部的结构呈现高度集成化，导致设备的耐压、耐过电流的能力直线下降，进而对雷电的承受能力也受到了很大影响；②信号来源的途径过多，系统更加容易受到雷电波的侵袭。浪涌电压可以通过电源线或者信号线流入电脑设备。

3弱电设备雷害的防护策略

3.1内部防护

传输信号、设备和装置运行时的电源是弱电设备进行雷电内部防护时两个主要保护对象。就电源雷害来说是由于电流、电压超出了最大承受能力，使得雷电有机会通过线路损害到电源。因此要想防止弱电设备的电源雷害发生，必须做好弱电设备的线路过电压保护工作。内部防雷，包括监控系统防雷、计算机网络系统防雷以及PSTN专线系统防雷等。

（1）监控系统的防雷

系统的各种线路，在建筑物直击雷非保护区或直击雷防护区与第一防护区交接处应装设线路适配的浪涌保护器。在中央控制室内，必须对所有设备的金属线槽、金属外壳以及保护接地等先进行等电位连接，然后再进行接地处理。系统接地需要采用铜芯绝缘导体进行共用接地，应穿管敷设至就近的等电位端子排上。

（2）电源系统防雷措施

雷电会产生非常大的过电流与过电压，电力设备无法进行一次性的泄流和限压，所以设备的电源系统就必须采取多重的防雷保护措施，至少要采取泄流与限压前后两级的保护措施。目前我国运行的《计算机信息系统防雷技术要求》规定，电源系统要采取三级的雷电防护。意思就是说要在建筑物的总配电装置上，高电压一侧安装通容量较大的防雷装置，以此作为一级保护；低电压的一侧安装阀门式的防雷装置，以此作为二级保护，三级保护则是在楼层的配电箱中安装电源避雷箱。而在一些重要的场合则要相对的多安装一些避雷措施。例如在UPS电源输出端上，安装防雷器，重要电源的输入端也安装电源终端防雷器等等。通过在多级电源上安装防雷措施，将雷击时产生的过电流彻底泄放、过电压彻底限制，从而防止雷电窜入计算机网络，起到保护设备的目的。

（3）做好接地处理

在实际工作中，需要做好弱电设备内部的接地工作，因此，在地铁弱电设备的内部防雷保护中，必须注重内部的接地处理，这样才能将防雷系统的作用充分地发挥出来，有效地将雷击电流泄入到大地中，从而保证弱电设备不被雷击电流所影响。另外，在地铁行业发展中，很多的弱电设备都是有着专用的机房，这种情况下必须保证机房接地系统的良好性，这样才能避免引起弱电设备的雷击故障以及元器件的烧毁，弱电设备的接地处理首先要将阻塞沿数据线、电源线、信号线等引入的过电压波进行处理，有效地做好雷击电流的内部保护工作。此外，应注意限制钳位被保护的弱电设备上浪涌过电压、电流幅值在设备上可以承受，有效地设置好这些参数值，才能提升弱电设备的防雷保护水平，避免弱电设备受到雷击电流的影响，确保地铁运行的安全性。

3.2弱电设备雷害的外部防护

对弱电设备雷害进行外部防护时，采用最多的方法是在设备建筑物本体处安装一些像屏蔽网、避雷针以及法拉第笼等防雷装置。建筑物中存在一些金属部件，所以必要时可以充分发挥该部件作用，将其改造成一个法拉第笼，可以起到良好效果。但如果在遥控、小功率信号以及低电压逻辑系统中依旧采取此方法并不妥当，其防治力度远远不足。针对这种情况，可以在建筑物中安装屏蔽网，首先应该保证处于建筑物屋面中的网格结构要小于5m见方；其次要对网格结构进行等电位连接工作，平衡各点电位，如此才能避免因电位差造成的设备损坏。本质上看，法拉第笼和屏蔽网工作原理是相同的。避雷针是一种常见的防雷装置，它不仅安装方便，维修简单，而且防雷效果也是比较理想的，在不同的设备和建筑领域中被广泛的应用开来。当遭遇雷雨天气时，带电云层就会聚集在装有弱电设备的建筑物上面，避雷针和建筑物顶部就会产生大量的感应电荷，根据尖端放电原理，避雷针针头处聚焦的电荷最集中，也是最多的一处，这样一来，带电的云层与避雷针这两个带有电荷的部分，就构成了一个巨大的电容器的两级。再加上避雷针自尖端针头较尖，进而缩短了其和云层之间的面积，这样的结果就是使得这个巨大的电容器所能容纳的电荷也随之很小。

结语

对弱电设备开展防雷工作是一个综合性很强的工作，目前为止弱电设备的雷电浪涌防护工作做的还不够好，因此也常常会造成一些设备的损坏。所以在紧抓弱电设备外部防雷措施的同时内部的防雷措施也要加强。在进行弱电设备的内部防雷措施时一定要注意将绝大部分的雷电流直接引入地下，引入地下的同时要将其进行分流；其次就是要阻塞电源线或者数据信号线引入的过电压；最后则是要注意雷电浪涌的过压、过流值，将其维持在设备可承受的范围之内。

参考文献：

［1］张锦东．雷电对弱电设备的危害及其主要侵入途径探究［J］．科技资讯，2012，（17）．

［2］崔建军，邹涛．弱电设备的防雷保护探析[J]．设备管理与改造，2013（21）：77~79.

［3］鲁力宁．关于弱电设备的雷害及其防护策略讨论［J］．机电工程技术，2015（10）．