雷電造成建(構)筑物和電子設備損壞的原因及防護措施

摘 要:雷擊發生時所產生的熱效應和機械力、電效應(電磁感應、雷電波入侵)、是造成建(構)筑物及電子設備損壞的主要原因，如果建筑物及電子設備不采取防雷措施，就會遭到雷擊而損壞甚至威脅到人員安全。

關鍵詞:雷電造成建(構)筑物和設備損壞防護措施

中圖分類號:TU89文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0065-01

雷電的防護原則是:(一)將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散(外部保護);(二)阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓波(內部保護及過電壓保護);(三)限制被保護設備上浪涌過壓幅值(過電壓保護)。這三道防線，相互配合，各行其責，缺一不可。隨著電腦通信設備的大規模使用，雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越嚴重。以往的防護體系已不能滿足電腦通信網絡安全的要求。應從單純一維防護(避雷針引雷入地=無源防護)轉為三維防護(有源和無源防護)，包括:防直擊雷，防感應雷電波浸入，防雷電電磁感應，防地電位反擊以及操作瞬間過電壓影響等多方面作系統綜合考慮。

1 雷電的分類及其形式

(1)直擊雷:所謂雷擊是指一部分帶異種電荷的云層或者是帶電的云層對大地之間迅猛的放電。這種迅猛的放電過程產生強烈閃電并伴隨巨大的聲音，這種放電過程叫雷電。直擊雷是指雷電直接擊在建筑物構架、動埴物上，因電效應、熱效應和機械效應等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。一般防直擊雷是通過避雷裝置即接閃器(針、帶、網、線、)引下線構成完整的電氣通路后將雷電流泄入大地。然而接閃器、引下線和接地裝置的導通只能保護建筑物本身免受直擊雷的損毀。

(2)感應雷:是雷電在雷云之間或雷云對地的放電時，并在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線和電磁感應并侵入設備，使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發生的機率比直擊雷高得多。直擊雷只發生在雷云對地閃擊時才會對地面造成災害，而感應雷則不論雷云對地閃擊或者雷云對雷云之間閃擊，都可能發生并造成災害。此外直擊雷一次只能襲擊一個小范圍的目標，而一次雷閃擊都可以在較大的范圍內多個小局部同時產生感應雷過電壓現象并且這種感應高壓可以通過電力線、數據信號傳輸線、電話線等傳輸到很遠，至使雷害范圍擴大。

(3)雷電波侵入:雷電會出現多種形式及途徑破壞電子設備。由于雷電電流有極大峰值和陡度，在它周圍的出現瞬變電磁場，處在這瞬變電磁場中的導體會感應出較大的電動勢，而此瞬變電磁場，都會在空間一定的范圍內產生電磁作用，也可以是脈沖電磁波輻射，而這種空間雷電電磁脈沖波(LEMP)是在三維空間范圍里對一切電子設備發生作用。因瞬變時間短或感應的電壓很高，以致產生電火花，其磁脈沖往往超過2.4高斯?，F代電子信息網絡機房設備的信息傳遞與交換，其對電磁脈沖承受限度一般為小于0.007高斯，故在新機房建設或舊機房改造時應對防雷與磁屏蔽措施必須充分注意。

2 雷電電磁脈沖(過壓)的防護

對雷電磁脈沖(過電壓)及操作瞬間過電壓，當電流在導體上流動時，會產生磁場，儲存能量，電流截面越大，導線越長，儲能越大，所以當大型負載，特別是電感性負載電氣設備開關時，便會產生瞬時過電壓)的防護，要進行多層分級(類)的保護原則，即根據電氣微電子設備的不同功能及不同受保護程序和所屬保護層確保防護要點作分類保護，根據雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數據通信線路都應做好級層保護。

(1)對電源線和各種數據通信線路盡可能采取穿金屬管屏蔽埋地的方式進入機房，這樣才能最大限度地削弱或減少雷電電磁脈沖(過電壓)對各種電子設備的沖擊，從而起到保護電子信息系統設備的目的。

(2)對電源供電線設置多級過電壓浪涌保護器(SPD)，雷電的侵害主要是通過線路侵入，對380V以下低壓線路應進行過電壓浪涌保護，按國家防雷《規范》要求應分三部分:建議在高壓變壓器后端到樓宇總配電盤間的電纜內芯線兩端應對地加裝避雷器作為一級保護;在樓宇總配電盤至樓層配電箱間電纜內芯兩端應對地加裝避雷器，作為二級保護;在所有重要的精密的設備以及UPS的前端應對地加裝避雷器，作為三級保護。目的是對雷電電磁脈沖進行分流、限幅(壓)技術，即采用高吸收能量的分流設備，避雷器(浪涌保護器)，將雷電過壓脈沖能量分流泄入到大地，達到保護電子設備的目的。

3 等電位連接

為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實行等電位連接，目的是在減少需要防雷的空間各金屬部件和各系統之間的電位差，電源線、信號線、金屬管道，接地線都要通過過壓保護器進行等電位連接，各個內層保護區的界面處同樣要依此進行局部等到電位連接，各個局部需要用等電位連接線相互連接，并最后與主等電位連接排相連。電位均衡連接，就是使導體良好的導電性連接、使它們達到電位相等，為雷電流提供低阻抗通道，以使它迅速泄流入地。

4 共用接地系統

在信息系統機房建設中，一定要求有一個良好的接地系統，因所有防雷系統都需要通過接地系統把雷電流泄入大地，從而保護設備和人身安全。如果機房接地系統做得不好，不但會引起設備故障，損壞元器件，嚴重的還將危害工作人員的生命安全。另外還有防護干擾的屏蔽問題、防靜電的問題都需要通過建立良好的接地系統來解決。一般整個建筑物的接地系統有建筑物基礎地網、電源地、信號地、防雷接地等，為了防止雷擊發生時形成不同之間的電位差而損壞設備，我們建議把各系統的接地都連接起來，成為一個共用接地系統，如有特殊設備需要設獨立地時，可通過地電位均衡器(等電位連接器)來實現等電位連接。

5 小結

建筑物和電子設備的雷電防護，主要做好如下幾方面防護措施:

(1)對建(構)筑物主要要做好防直擊雷的保護。主要設置好避雷帶(針)、網、線;引下線，接地地網等防雷設施。

(2)對電子設備的雷電防護，主要是做好防雷電感應措施，如設置安裝過電壓浪涌保護器(SPD)、線路屏蔽、等電位連接、共用接地等。

(3)經過上述防雷措施就能最大限度地減少或避免雷擊對建筑物、電子設備及人員的危害。

參考文獻

[1]GB50057-94，國家標準:建筑物防雷設計規范[S].2000.

[2]GB50343-2004，國家標準:建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].

[3]盧炳瑞主編.電力行業管理與執法實務全書.防雷電安全技術(三).