弱电设备雷电的防护

弱电设备雷电的防护1.概述随着科技的不断进展，人类已步入信息社会，计算机网络技术的普及越来越多的办公大楼、写字楼、医院、银行、宾馆等建筑离不开综合布线系统。配置综合布线系统，如同为建筑物建立了一个高速，大容量的信息传送平台，为建筑智能化供应了快速的信息通道。计算机、程控交换机、CATV等微电子设备日益增多，而微电子器件承受雷电电磁脉冲力量较差，因此，雷害事故不断发生。我国每年因雷击破坏建筑物内计算机网络系统的大事时有发生，所造成的损失是特别巨大的。因此综合布线系统的防雷设计就显得尤其重要。我们知道雷电入侵电器设备的形式有两种：直击雷和感应雷。雷电直接击中线路并经过电器设备入地的雷击过电流称为直击雷；由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压，过电流形成的雷击称为感应雷。目前，在建筑物防雷系统设计上，是执行的国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94,设计由避雷网（带），避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网与钢屋架，屋面板钢筋等构成一个整体，避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体，将强大的雷电流入大地。计算机系统安置在建筑物内，受建筑物防雷系统爱护，直击雷击中计算机网络系统的可能性特别小，计算机设备抗直击雷力量很低，防护设备特别昂贵，通常不必安装防护直击雷的设备，而计算机网络必需防感应雷和雷电浪涌电压。2.干扰途径与耦合机制产生干扰必需具备三个条件：干扰源、干扰通道、易受干扰设备。干扰源分为内部和外部。内部主要是装置原理和产品质量等。外部主要由使用条件和环境因素打算，如工作电源直流回路受开关操作和天气影响等而引起的浪涌电压，强电场或强磁场以及电磁波辐射等。干扰通道有传导耦合、公共阻抗耦合和电磁耦合三种。外部主要通过分布电容的电磁耦合传到内部；内部则三种均有。由于设备采纳的敏感元件的选用和结构布局等不尽合理，造成本身抗干扰力量差，对干扰加以抑制，降低其幅度，削减其影响力，这是从外部环境上加以改善。1干扰途径感应雷可由静电感应产生，也可由电磁感应产生，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的弱电设备威逼巨大，计算机网络系统及电话程控交换机的防雷工作重点是防止感应雷入侵。入侵计算机网络系统的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：2.1.1由沟通电220V电源供电线路入侵；计算机系统的电源由电力线路输入室内，电力线路可能患病直击雷和感应雷。直击雷击中高压电力线路，经过变压器耦合到220伏低压，入侵计算机供电设备；另外低压线路也可能被直击雷击中或感应雷过电压。在220伏电源线上消失的雷电过电压平均可达10000伏，对计算机网络系统可造成毁灭性打击。电源干扰简单性中众多缘由之一就是包含着众多的可变因素，电源干扰可以以"共模"或"差模"方式存在。"共模"干扰是指电源线与大地，或中性线与大地之间的电位差。"差模"干扰存在于电源相线与中性线之间。对三相电源来讲，还存在于相线与相线之间。电源干扰简单性中的其次个缘由是干扰状况可以从持续周期很短暂的尖峰干扰到全失电之间的变化。电源干扰的类型见表一：表一序号干扰的类型典型的起因1跌落雷击，重载接通，电网电压低下2失电恶劣的气候，变压器故障，其他缘由的原因3频率偏移发电机不稳定，区域性电网故障4电气燥声雷达，无线电信号。电力公司和工业设备的飞狐，转换器和逆变器5浪涌突然减轻负载，变压器的抽头不恰当6谐波失真整流，开关负载。开关型电源，调速驱动7瞬变雷击，电源线负载设备的切换，功率因数补偿电容的切换，空载电动机的断开。电源干扰进入设备的途径；一是电磁耦合；二是电容耦合；三是直接进入三种。2.1.2由计算机通信线路入侵；可分为三种状况:当地面突出物遭直击雷打击时，强雷电压将邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，使高压入侵线路。雷云对地面放电时，在线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的电器设备，通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播，涉及面广，危害范围大。若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时，当某一导线被雷电击中时，会在相邻的导线感应出过电压，击坏低压电子设备。1.3地电位反击电压通过接地体入侵；雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地，在接地体四周放射型的电位分布，若有连接电子设备的其他接地体靠近时，即产生高压地电位反击，入侵电压可高达数万伏。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地，在四周空间产生强大的电磁场变化，会在相邻的导线（包括电源线和信号线）上感应出雷电过电压，因此建筑物避雷系统不但不能爱护计算机，反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电线芯片耐压力量很弱，通常在100伏以下，因此必需建立多层次的计算机防雷系统，层层防护，确保计算机特殊是计算机网络系统的平安。2.2耦合机制雷电冲击影响微电子设备构成系统的耦合机制有下面几种。2.2.1电阻耦合；雷电放电将使受影响的物体相对于远端地的电位上上升达几百千伏，地电位上升形成的电流将分布到设备的金属部分。如连接到系统参考点数据线和电源电线。电缆屏蔽层的电流在屏蔽层与芯线之间引起过电压，其数值与传输阻抗成正比例。2.2.2磁耦合；在导体上流通的或处在雷电通道的雷电流会产生磁场，在几百米范围内，可以认为磁场的时间变化率与雷电电流时间变化率相同。然而，磁场常常被建筑材料和四周的物体所衰减和转变。磁场的变化会在室内外电缆设备上产生感应电流和电压。2.2.3电耦合；雷电通道下端的电荷会在四周产生一个很强的电场，它对鞭状天线设备有影响，而对于建筑物内部电场干扰一般可以忽视。2.4电磁耦合；远距离雷电放电产生的电磁场会在大范围的数据传输网上感应出过电压，这种干扰会传导到接口上，但这种状况下，直接辐射的电磁场很难对建筑物或机柜内的微电子设备造成破坏。弱电设备防雷措施根据防护范围可将弱电设备的防雷措施分为两类，外部防护和内部防护。外部防护是指对安装弱电设备的建筑物本体的平安防护，可采纳避雷针、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、比较常见，相对来说比较完善。内部防护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，其措施有：等电位联结、屏蔽、爱护隔离、合理布线和设置过电压爱护器等措施，这种措施相对来说是比较新的方法，也不够完善，针对弱电设备防雷的特性机理，对雷电浪涌及地电位差的防护进行探讨。1弱电设备的外部防护弱电设备的外部防护首先是使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引入大地；其次是在将雷电流引入大地的时候尽量将雷电流分流，避开造成过电压危害设备；第三是利用建筑物中的金属部件以及钢筋可以作为不规章的法拉第笼，起到肯定的屏蔽作用，假如建筑物中的设备是低压电子规律系统、遥控、小功率信号电路的电器，则需要加装特地的屏蔽网，在整个屋面组成不大于5m-5m,6m-4m的网格，全部均压环采纳避雷带等电位连接；第四是建筑物各点的电位均衡，避开由于电位差危害设备；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷击建筑物时接点电位损坏设备。3.2弱电设备的内部爱护从EMC（电磁兼容）的观点来看，防雷爱护由外到内应划分为多级爱护区。最外层为0级，是直接雷击区域，危急性最高，主要是由外部（建筑）防雷系统爱护，越往里则危急程度越低。爱护区的界面划分主要通过防雷系统、钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层而形成，从0级爱护区到最内层爱护区，必需实行分层多级爱护，从而将过电压降到设备能承受的水平。一般而言，雷电流经传统避雷装置后约有50%是直接泄入大地，还有50%将平均流入各电气通道（如电源线，信号线和金属管道等）。随着微电子设备的大规模使用，雷电以及操作瞬间过电压造成的危害越来越严峻。以往的防护体系已不能满意微电子设备构成的网络系统对平