浅析对于弱电设备的防雷措施
发布时间：2010.03.03 新闻来源：鑫灿防雷 浏览次数：14
摘要：本文通过几起雷电造成弱电设备损坏实例，对弱电设备的防雷措施的五个环节进行探讨，指出采取正确、全面的防雷措施是保证电力设备安全可靠运行的关键。
关键词：雷电弱电设备防雷措施
1雷电的形成
雷电是一种常见的大气放电现象。在夏天，当地面含水蒸汽的空气受热不断地上升到高空，形成积雨云，在上升的过程，由于气流的摩擦以及地球磁场的影响，云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，形成雷雨云，而地面因受到近地面雷雨云的电荷感应，也会带上与云底相反极性的电荷。当云层里的电荷越积越多，达到一定强度时，就会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电，发出耀眼的强光，这就是闪电，而闪电通道道上的高温会使空气急剧膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。由于雷电释放的能量相当大，它所产生的强大电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应给人们带来了多种危害。
2雷电的危害
广西梧州市属于雷雨多发地区，据有关资料统计，雷雨日每年大约为97.5天。今年进入雷雨季节以来，我局陆续发生过多起雷击引起弱电设备损坏的事故。
三云变电站光纤设备数据板232接口损坏，连接此接口的disa系统保护管理机接口损坏。原因是光纤传输设备的电源直接使用220v的站用电，而没有任何隔离设备，容易受到雷电波的冲击。
某公司局域网交换机损坏2个接口，连接该公司局域网交换机的电业局交换机也损坏了一个接口;该公司设计室网络集线器及多台计算机的网卡损坏，与工程公司及输配电中心共用的网络集线器损坏。原因是连接这两个公司的网络线都在室外，线路较长，且无防雷措施，容易受到感应雷电的干扰。
旺步变电站故障录波系统由于雷击电话线烧坏modem接口，然后导致录波用的计算机主板及数据采样板损坏。
3雷电的分类
雷电通常分为:直击雷、感应雷及浪涌三种。
3.1直击雷
直击雷是指雷云直接对大地某点发生的强烈放电。它可以直接击中设备，如电力线，电话线等。雷电流便沿着导线进入设备，从而造成损坏。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位。雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能，导致人员伤亡、建筑物破坏,以及设备毁坏等。
3.2感应雷
感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，由于电磁感应而在传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生感应电压，使连接在线路中电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直接雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。
感应雷可分为以下两类:
3.2.1静电感应雷
带有大量负电荷的雷云所产生的电场会在架空线路上感生出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或对云间放电时，云与大地间的电场消失（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，电荷来不及立即流散，在电势能的作用下，产生对地很高的静电感应过电压，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击，从而对电器设备产生不同程度的影响。
3.2.2电磁感应雷
雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上（由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了），对用电设备造成极大危害。
3.3浪涌
雷电浪涌是近年来由于微电子设备的不断应用而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，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入微电子设备。我们就这电源浪涌和信号系统浪涌两方面分别讨论其对弱电设备的危害。
3.3.1电源浪涌
电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌。电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网线路传输，经过变电站等衰减，到你的微电子设备时可能仍然有上千伏，这个高压很短只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁微电子设备，但是对于微电子设备内部的半导体元件却有很大的损害，随着这些损害的加深微电子设备也逐渐变的越来越不稳定，或有可能造成的重要数据的丢失。
3.3.2信号系统浪涌
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（如传输线）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。
4防雷技术中的五个环节 雷电保护的整体概念
《电网通信及自动化防雷接地技术规程》中指出:防雷技术措施必须同时包括接地、均压、屏蔽、限幅、隔离五个环节。以下就这五个环节进行理论探讨。
4.1接地
电子设备的系统工作接地是为了使电子设备以及与之相连的仪器仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为逻辑接地、信号接地、保护接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。
在一个系统中安装有大量的电子设备,这些设备分属于不同的专系统,由于这些设备工作频率、抗干扰能力和功能等都不相同,对接地的要求也不同。在实际工程设计和施工中,电子设备的信号接地、逻辑接地、防静电接地、屏蔽接地和保护接地,一般合用一个接地极,其接地电阻不大于4ω;当电子设备的接地与工频交流接地、防雷接地合用一个接地极时，其接地电阻不大于1ω。屏蔽接地如单独设置,则接地电阻一般为300ω。对抗干扰能力差的设备,其接地应与防雷接地分开,两者相互距离宜在20m以内,对抗干扰能力较强的电子设备，两者的距离可酌情减少,但不宜低于5m。当电子设备接地和防雷接地采用共同接地装置时,两者避免雷击时遭受反击和保证设备安全，应采用埋地铠装电缆供电。电缆屏蔽层必须接地,为避免产生干扰电流,对信号电缆和1mhz及以下低频电缆应一点接地;对1mhz以上电缆,为保证屏蔽层为地电位,应采用多点接地。
4.2均压
沿通信设备机房屋顶的四周敷设均压带，并用两根以上的引下线与围绕通信设备机房敷设在房外的水平闭合接地带相连，房外的水平闭合接地带与通信设备接地网之间至少有两根以上连接。这样做的目的，是使所引下的雷电流发散均匀，减少可能出现的感应过电压。
4.3屏蔽
屏蔽防雷措施目的是阻挡空间电磁波感应、过电压以及磁场能量侵入被保护的通信设备，起到抑制、消除电磁场的干扰和危害。建筑通信机房时，房屋的六面应敷设金属屏蔽网;进出机房的电力线、信号线如无屏蔽层，从室外引入前必须穿管埋地;架空音频电缆的牵引钢丝两端应进行接地，最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电压，以减少雷电电磁干扰。
4.4限幅
对通信的交、直流电源引线和信号部分引线应装防雷器件以限制雷电幅值。
4.4.1电源防雷，根据机房建设的要求，配电系统电源防雷应采用三级防护，由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同，相应其避雷器的性能特点也不尽一致。第一级保护产品一般安装在建筑物输入电源总配电室配电柜上，或楼内单位输入电源的主配电盘上。主要用于保护整幢建筑物用电设备或单位的主要用电设备。第二级保护主要安装在机房配电柜上，保护机房内ups机房空调、照明等用电设备。第三级保护主要安装于各个计算机设备的电源配线端，用于保护最终的设备。通过电源防雷的三级保护，可以消除从电源回路进入的各种电源浪涌的冲击。
4.4.2信号系统防雷，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（如传输线）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，信号系统的接口种类繁多，应根据其不同的特点，选择不同的防雷保安设备以限制进入设备接口信号幅值不超过设备安全运行值。
4.5隔离
由自动化装置构成控制系统中必须妥善解决好接口信号的隔离，抑制传输过程中产生的各种干扰，才能使系统稳定可靠运行。电源部分可以安装交流电源隔离变压器;对于数字输入信号，大部分都利用光电隔离器，也有一些使用脉冲变压器隔离和运算放大器隔离;对于数字输出信号也是主要采用光电隔离器。对于模拟量输入信号，可采用安装音频隔离变压器、光隔离器等进行隔离。对于计算机网络接口，可以采用专用的网络防雷器，距离较远时可采用光纤进行传输。
5弱电设备防雷电的具体措施
5.1变电站自动化系统设备的防雷
主要考虑在远程通讯的232口、485口及音频口加装光电隔离器。各通讯口的屏蔽接地采用串接电容器再接地的方式，以防止雷电通过接地极串入通讯网。
5.2计算机设备的防雷
按规程要求改善机房的接地系统及屏蔽系统。各部门的网络服务器及交换机改用在线式的ups，并加装浪涌电源保护器。网络连接中，户外连接线方式改为光纤传输方式，条件不允许的，可以在网络线的两端各加装一个网络防雷器。变电站故障录波系统的电脑主机电源改以直流电源为主，交流电源为备用电源，录波打印机电源采用直接使用交流站用电源。在交流电源上加装浪涌电源保护器。录波数据远传modem电话口可以加装音频隔离变压器来防止雷击。
6结束语
雷电危害是有目共睹的，利用具体化措施我们有效地降低了雷害。只有采取正确、全面的防雷措施才是保证弱电设备安全可靠运行的关键。◎
参考文献
《电网通信及自动化防雷接地技术规程》
《高层建筑电气设计手册》
《接地技术与接地装置》
作者简介
刘江洪:助理工程师，从事电力系统远动,计算机维护调试工作。
刘琛琨:助理工程师，从事电力系统远动维护调试工作。
关键词：雷电弱电设备防雷措施
1雷电的形成
雷电是一种常见的大气放电现象。在夏天，当地面含水蒸汽的空气受热不断地上升到高空，形成积雨云，在上升的过程，由于气流的摩擦以及地球磁场的影响，云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，形成雷雨云，而地面因受到近地面雷雨云的电荷感应，也会带上与云底相反极性的电荷。当云层里的电荷越积越多，达到一定强度时，就会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电，发出耀眼的强光，这就是闪电，而闪电通道道上的高温会使空气急剧膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。由于雷电释放的能量相当大，它所产生的强大电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应给人们带来了多种危害。
2雷电的危害
广西梧州市属于雷雨多发地区，据有关资料统计，雷雨日每年大约为97.5天。今年进入雷雨季节以来，我局陆续发生过多起雷击引起弱电设备损坏的事故。
三云变电站光纤设备数据板232接口损坏，连接此接口的disa系统保护管理机接口损坏。原因是光纤传输设备的电源直接使用220v的站用电，而没有任何隔离设备，容易受到雷电波的冲击。
某公司局域网交换机损坏2个接口，连接该公司局域网交换机的电业局交换机也损坏了一个接口;该公司设计室网络集线器及多台计算机的网卡损坏，与工程公司及输配电中心共用的网络集线器损坏。原因是连接这两个公司的网络线都在室外，线路较长，且无防雷措施，容易受到感应雷电的干扰。
旺步变电站故障录波系统由于雷击电话线烧坏modem接口，然后导致录波用的计算机主板及数据采样板损坏。
3雷电的分类
雷电通常分为:直击雷、感应雷及浪涌三种。
3.1直击雷
直击雷是指雷云直接对大地某点发生的强烈放电。它可以直接击中设备，如电力线，电话线等。雷电流便沿着导线进入设备，从而造成损坏。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位。雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能，导致人员伤亡、建筑物破坏,以及设备毁坏等。
3.2感应雷
感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，由于电磁感应而在传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生感应电压，使连接在线路中电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直接雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。
感应雷可分为以下两类:
3.2.1静电感应雷
带有大量负电荷的雷云所产生的电场会在架空线路上感生出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或对云间放电时，云与大地间的电场消失（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，电荷来不及立即流散，在电势能的作用下，产生对地很高的静电感应过电压，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击，从而对电器设备产生不同程度的影响。
3.2.2电磁感应雷
雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上（由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了），对用电设备造成极大危害。
3.3浪涌
雷电浪涌是近年来由于微电子设备的不断应用而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，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入微电子设备。我们就这电源浪涌和信号系统浪涌两方面分别讨论其对弱电设备的危害。
3.3.1电源浪涌
电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌。电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网线路传输，经过变电站等衰减，到你的微电子设备时可能仍然有上千伏，这个高压很短只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁微电子设备，但是对于微电子设备内部的半导体元件却有很大的损害，随着这些损害的加深微电子设备也逐渐变的越来越不稳定，或有可能造成的重要数据的丢失。
3.3.2信号系统浪涌
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（如传输线）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。
4防雷技术中的五个环节 雷电保护的整体概念
《电网通信及自动化防雷接地技术规程》中指出:防雷技术措施必须同时包括接地、均压、屏蔽、限幅、隔离五个环节。以下就这五个环节进行理论探讨。
4.1接地
电子设备的系统工作接地是为了使电子设备以及与之相连的仪器仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为逻辑接地、信号接地、保护接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。
在一个系统中安装有大量的电子设备,这些设备分属于不同的专系统,由于这些设备工作频率、抗干扰能力和功能等都不相同,对接地的要求也不同。在实际工程设计和施工中,电子设备的信号接地、逻辑接地、防静电接地、屏蔽接地和保护接地,一般合用一个接地极,其接地电阻不大于4ω;当电子设备的接地与工频交流接地、防雷接地合用一个接地极时，其接地电阻不大于1ω。屏蔽接地如单独设置,则接地电阻一般为300ω。对抗干扰能力差的设备,其接地应与防雷接地分开,两者相互距离宜在20m以内,对抗干扰能力较强的电子设备，两者的距离可酌情减少,但不宜低于5m。当电子设备接地和防雷接地采用共同接地装置时,两者避免雷击时遭受反击和保证设备安全，应采用埋地铠装电缆供电。电缆屏蔽层必须接地,为避免产生干扰电流,对信号电缆和1mhz及以下低频电缆应一点接地;对1mhz以上电缆,为保证屏蔽层为地电位,应采用多点接地。
4.2均压
沿通信设备机房屋顶的四周敷设均压带，并用两根以上的引下线与围绕通信设备机房敷设在房外的水平闭合接地带相连，房外的水平闭合接地带与通信设备接地网之间至少有两根以上连接。这样做的目的，是使所引下的雷电流发散均匀，减少可能出现的感应过电压。
4.3屏蔽
屏蔽防雷措施目的是阻挡空间电磁波感应、过电压以及磁场能量侵入被保护的通信设备，起到抑制、消除电磁场的干扰和危害。建筑通信机房时，房屋的六面应敷设金属屏蔽网;进出机房的电力线、信号线如无屏蔽层，从室外引入前必须穿管埋地;架空音频电缆的牵引钢丝两端应进行接地，最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电压，以减少雷电电磁干扰。
4.4限幅
对通信的交、直流电源引线和信号部分引线应装防雷器件以限制雷电幅值。
4.4.1电源防雷，根据机房建设的要求，配电系统电源防雷应采用三级防护，由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同，相应其避雷器的性能特点也不尽一致。第一级保护产品一般安装在建筑物输入电源总配电室配电柜上，或楼内单位输入电源的主配电盘上。主要用于保护整幢建筑物用电设备或单位的主要用电设备。第二级保护主要安装在机房配电柜上，保护机房内ups机房空调、照明等用电设备。第三级保护主要安装于各个计算机设备的电源配线端，用于保护最终的设备。通过电源防雷的三级保护，可以消除从电源回路进入的各种电源浪涌的冲击。
4.4.2信号系统防雷，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（如传输线）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，信号系统的接口种类繁多，应根据其不同的特点，选择不同的防雷保安设备以限制进入设备接口信号幅值不超过设备安全运行值。
4.5隔离
由自动化装置构成控制系统中必须妥善解决好接口信号的隔离，抑制传输过程中产生的各种干扰，才能使系统稳定可靠运行。电源部分可以安装交流电源隔离变压器;对于数字输入信号，大部分都利用光电隔离器，也有一些使用脉冲变压器隔离和运算放大器隔离;对于数字输出信号也是主要采用光电隔离器。对于模拟量输入信号，可采用安装音频隔离变压器、光隔离器等进行隔离。对于计算机网络接口，可以采用专用的网络防雷器，距离较远时可采用光纤进行传输。
5弱电设备防雷电的具体措施
5.1变电站自动化系统设备的防雷
主要考虑在远程通讯的232口、485口及音频口加装光电隔离器。各通讯口的屏蔽接地采用串接电容器再接地的方式，以防止雷电通过接地极串入通讯网。
5.2计算机设备的防雷
按规程要求改善机房的接地系统及屏蔽系统。各部门的网络服务器及交换机改用在线式的ups，并加装浪涌电源保护器。网络连接中，户外连接线方式改为光纤传输方式，条件不允许的，可以在网络线的两端各加装一个网络防雷器。变电站故障录波系统的电脑主机电源改以直流电源为主，交流电源为备用电源，录波打印机电源采用直接使用交流站用电源。在交流电源上加装浪涌电源保护器。录波数据远传modem电话口可以加装音频隔离变压器来防止雷击。
6结束语
雷电危害是有目共睹的，利用具体化措施我们有效地降低了雷害。只有采取正确、全面的防雷措施才是保证弱电设备安全可靠运行的关键。◎
参考文献
《电网通信及自动化防雷接地技术规程》
《高层建筑电气设计手册》
《接地技术与接地装置》
作者简介
刘江洪:助理工程师，从事电力系统远动,计算机维护调试工作。
刘琛琨:助理工程师，从事电力系统远动维护调试工作。