電子信息系統(tǒng)雷災(zāi)事故分析及對策

蔣煥宇

摘 要 一次強雷暴過程，造成樓宇控制系統(tǒng)癱瘓，大量電子設(shè)備損壞，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查分析，確定其由閃電感應(yīng)及閃電電涌侵入造成的損害，通過防雷設(shè)施及部分線路進行了改進和完善，經(jīng)過幾年時間，多次強雷暴天氣的檢驗，各項系統(tǒng)均正常運行，印證了適當(dāng)?shù)姆览状胧┘昂侠淼牟季€對電子系統(tǒng)雷電防護的重要性。

關(guān)鍵詞 雷電災(zāi)害；閃電感應(yīng)；閃電電涌侵入；對策

中圖分類號 TN95 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）166-0128-03

隨著通訊技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種信息設(shè)備越來越深入人們的生活和工作中，由于微電子設(shè)備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，極容易受到各種諸如雷電過電壓、電力系統(tǒng)操作過電壓、電磁脈沖等造成干擾影響其正常工作，嚴重的造成損壞并導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，因此，各種電子信息系統(tǒng)的防雷安全工作顯得越來越重要。

1 調(diào)查現(xiàn)場基本情況

雷電災(zāi)害發(fā)生時間：2009年6月26日16時50分；發(fā)生地點：嘉興市行政中心；天氣狀況：陣雨、雷暴。

2 雷電災(zāi)害基本情況

市行政中心廣場西側(cè)高桿燈頂端遭受雷擊，據(jù)目擊者稱其“形如火龍一般，直接打在燈桿頂部，并伴有巨大聲響”此次雷擊造成市行政中心安防系統(tǒng)及廣場電子屏多臺設(shè)備損壞，樓宇自動控制系統(tǒng)（BAS）所有控制模塊遭損壞，并導(dǎo)致控制系統(tǒng)癱瘓。經(jīng)工作人員排查后發(fā)現(xiàn)：安防系統(tǒng)11臺智能快速球攝機損壞，其中5臺為全損毀，6臺為控制線路損毀、AD矩陣32路報警接口全損毀、AD矩陣64路控制器發(fā)生接口部分損毀、廣場西大屏數(shù)字式視頻光端機全損毀、5對250米4米束紅外探測器全損毀；樓宇自控系統(tǒng)1-6號樓共計51塊Honeywell DDC智能自控模塊損壞；廣場電子顯示屏2塊圖形卡通信接口損毀、2塊控制卡損壞、9塊DC5V/40A電源模塊損毀，此次雷擊共導(dǎo)致直接經(jīng)濟損失65.901 4萬元。雷災(zāi)未造成人員傷亡。

3 雷擊災(zāi)害原因分析

3.1 天氣因素

天氣因素是造成此次雷電災(zāi)害的首要原因，據(jù)浙江省閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2009年6月26日全省共發(fā)生地閃（云地之間的閃電）27885次，為雷電定位系統(tǒng)建成以來日地閃次數(shù)最多的一天。

其中，嘉興地區(qū)的落雷平均密度最高，達到0.64次/km2。

3.2 雷擊類型

雷電災(zāi)害主要由雷電的3種形式產(chǎn)生，即：直擊雷、閃電感應(yīng)、閃電電涌侵入。直擊雷即為當(dāng)閃擊直接擊于建（構(gòu)）筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力者。閃電感應(yīng)是指指閃電放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的雷電靜電感應(yīng)或雷電電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生產(chǎn)生火花放電。閃電電涌侵入是指由于雷電對架空線路、電纜線路或金屬管道的作用，雷電波，即閃電電涌，可能沿管線侵入屋內(nèi)，危及人身安全或損壞設(shè)備。

3.2.1 直擊雷

根據(jù)現(xiàn)場勘察情況，接受雷擊的高桿燈地處空曠的市民廣場，其高度遠高于周圍其他物體，且頂端設(shè)有避雷針，在接受雷擊的同時，保護了周圍建筑物等免受直擊雷損害，經(jīng)現(xiàn)場測試，高桿燈燈塔為全金屬體，并已做良好接地，接地電阻值為0.8Ω，符合規(guī)范標準。現(xiàn)場圖片如下：

市行政中心辦公樓在6月23日經(jīng)嘉興市防雷設(shè)施檢測所檢測，其外部防雷設(shè)施符合規(guī)范要求，能夠滿足防御直擊雷要求，且在此次雷擊中受到損壞的電子顯示屏、架空智能快速球攝機無直擊雷產(chǎn)生的破裂，燒毀等狀況，據(jù)此可以判斷：直擊雷不是造成此次行政中心雷電災(zāi)害的主要原因。

3.2.2 閃電感應(yīng)

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，遭受雷擊損壞的智能快速球攝機、廣場西大屏數(shù)字式視頻光端機、250米4米束紅外探測器、控制廣場音樂噴泉的DDC智能自控模塊、廣場電子顯示屏控制卡、DC5V/40A電源模塊均為弱電系統(tǒng)的控制模塊或低電平電源模塊，在對部分損毀模塊拆開后發(fā)現(xiàn)，其電子線路板無燒痕、灼痕或線路燒毀情況，如圖4所示。

因此，可以判斷，造成這些控制模塊及電源模塊損壞的非雷電直擊線路產(chǎn)生過電流入侵所致，又由于受損設(shè)備多分布于雷擊點附近的室外，而位于行政中心內(nèi)部同樣設(shè)備基本完好，其不同之處在于室內(nèi)設(shè)備及線路受到建筑物空間屏蔽措施保護，而室外設(shè)備則直接裸露在空間電磁場環(huán)境中，據(jù)此可以判斷，智能快速球攝機、廣場西大屏數(shù)字式視頻光端機、250米四米束紅外探測器、控制廣場音樂噴泉的DDC智能自控模塊、廣場電子顯示屏控制卡、DC5V/40A電源模塊是由于雷擊瞬間產(chǎn)生的閃電感應(yīng)在受損設(shè)備的信號線路及電源線路上產(chǎn)生的過電壓導(dǎo)致設(shè)備損壞，由于閃電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓具有瞬時的特性，且為波形傳導(dǎo)，不會出現(xiàn)類似于雷電直擊線路導(dǎo)致的嚴重?zé)龤гO(shè)備等事故，故對強電設(shè)備的危害程度較低，而對于弱電系統(tǒng)及低電平的電源設(shè)備具有更大的危害，且由于雷電電磁脈沖在空間傳遍，因此，危害范圍較直擊雷更大。

3.2.3 閃電電涌侵入

經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，此次雷擊除造成室外設(shè)備損毀外，通過信號線路與室外設(shè)備相連的室內(nèi)AD矩陣32路報警接口全損毀、AD矩陣64路控制器發(fā)生接口及樓宇自控系統(tǒng)室內(nèi)控制模塊也發(fā)生損毀，調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，發(fā)生損毀的終端設(shè)備均采用同軸電纜、雙絞線等金屬導(dǎo)體作為傳輸介質(zhì)，而采用光纖作為傳輸線的終端設(shè)備均未遭到損壞，據(jù)此可以判斷AD矩陣32路報警接口、AD矩陣64路控制器發(fā)生接口損毀為閃電感應(yīng)在室外線路上產(chǎn)生的過電壓沿信號線路侵入室內(nèi)所致；而對于樓宇控制系統(tǒng)的失效則應(yīng)為：當(dāng)室外音樂噴泉的DDC智能自控模塊由于信號線路上閃電感應(yīng)受到損毀時，過電壓波會沿著控制線路總線進入整個控制系統(tǒng)，導(dǎo)致其他室內(nèi)部分DDC智能自控模塊信號控制損壞，又由于市行政中心的Honeywell樓宇自控個系統(tǒng)采用共享總線型拓撲結(jié)構(gòu)，本身存在通信介質(zhì)或中間某一接口點出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡(luò)隨即癱瘓的缺點，因此，閃電感應(yīng)產(chǎn)生的閃電電涌侵入導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。據(jù)此可以判斷，閃電電涌侵入是導(dǎo)致此次行政中心雷電災(zāi)害的另一主要原因。

4 結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場勘察、測試、對受損設(shè)備進行分析并結(jié)合嘉興市防雷設(shè)施檢測所所出具的檢測報告，得出結(jié)論：此次嘉興市行政中心雷電災(zāi)害所造成的設(shè)備及系統(tǒng)損壞是由雷電閃擊市民廣場高桿燈而產(chǎn)生的閃電感應(yīng)及在線路上感應(yīng)出的過電壓波侵入所引起的，并無直擊雷方面產(chǎn)生的破壞。

5 防雷措施改進建議

5.1 直擊雷防護

對行政中心的建筑物及市民廣場國旗、高桿燈塔等直擊雷防護措施進行定期檢測，對檢測存在問題的進行認真整改，并在市民廣場高桿燈塔、國旗桿等高大金屬物附近設(shè)立“雷雨天請勿靠近”等警示字樣，防止因直擊雷造成人員傷亡事故。

5.2 閃電感應(yīng)防護

1）采取屏蔽措施，對于室外控制模塊等弱電設(shè)備，應(yīng)盡量將其設(shè)置在金屬屏蔽箱中，并對屏蔽箱進行接地，對于室外敷設(shè)的信號線路和電源線路應(yīng)全程穿金屬套管埋地敷設(shè)，在設(shè)備端線路進出屏蔽箱處應(yīng)將金屬管與屏蔽箱相連，在進入建筑物處將金屬管與防閃電感應(yīng)接地端子相連。對于全程穿金屬套管有困難的應(yīng)至少在室外設(shè)備接線端及線路進入建筑物端各穿金屬套管敷設(shè)15m。

2）綜合布線，在線路敷設(shè)過程中應(yīng)避免出現(xiàn)大的感應(yīng)回路，降低雷電電磁感應(yīng)在線路回路上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓。

5.3 閃電電涌侵入防護

由于市行政中心建造年份為2000年，設(shè)計之初在閃電電涌侵入的防護方面未作強制性的要求，因此導(dǎo)致此方面防護力度不足。

1）安裝浪涌保護器，安裝浪涌保護器的目的在于用分流（限流）技術(shù)將雷電過電壓（脈沖）能量分流疏導(dǎo)至大地，從而達到保護的目的。電源部分的浪涌保護器防護，電源線路是雷電侵入的主要通道之一，對于高壓部分，供電部門有專用的高壓避雷裝置，而線對線的過壓則無法控制。因此，對380V低壓線路應(yīng)進行過電壓保護，按國家規(guī)范要求應(yīng)分為3部分：建議總配電房加裝浪涌保護器，作為一級保護；在樓層配電箱間加裝浪涌保護器，作為二級保護；在所有重要的、精密的設(shè)備前端對地加裝浪涌保護器，作為三級保護；信號部分的防護，信號線是雷電波入侵的另一個主要途徑，因此，要求對進出信息中心控制機房的不同信號線（控制信號、語音信號、視頻信號等）應(yīng)加裝相應(yīng)的信號浪涌保護器，在安裝過程中要充分了解信號的傳輸方式、物理接口、阻抗特性、信號電平等各項數(shù)據(jù)參數(shù)，選擇安裝適配的浪涌保護器。在實際工程中浪涌保護器的質(zhì)量、性能的好壞及安裝工藝的優(yōu)劣將直接影響防護的效果，因此，在安裝的過程中應(yīng)選擇有相應(yīng)施工資質(zhì)的公司來負責(zé)。

2）采用光纜，由于光纜的傳輸介質(zhì)為非導(dǎo)體，不會成為雷電波入侵的通道，因此在信號傳輸中采用光纜作為傳輸介質(zhì)能夠極大降低雷電波入侵造成室內(nèi)設(shè)備損壞的概率，但需要注意的是，光纜的金屬護套和金屬加強芯能夠成為閃電電涌侵入的通道，因此在進入設(shè)備之前，應(yīng)把金屬加強芯和護套做接地處理，并在光端機處安裝適配的信號浪涌保護器，以達到更好的防雷目的。

6 防護效果

嘉興市行政中心在遭受此次雷擊損壞后，在電源、信號等線路上合理增設(shè)了浪涌保護器，并對原引入室內(nèi)的普通信號線路全部換成光纜，同時進行了埋地穿管屏蔽處理。截至目前已安全運行了多年，在此期間嘉興地區(qū)多次出現(xiàn)強雷暴天氣，造成電子信息系統(tǒng)及電子設(shè)備損壞時有發(fā)生，由于嘉興市行政中心已經(jīng)采取了有效的防雷保護措施，各項電子系統(tǒng)均安然無恙。

7 結(jié)論

本次針對嘉興市行政中心雷擊事故的原因分析及采取的相應(yīng)整改措施經(jīng)實踐檢驗是正確、有效的，發(fā)揮了較好的作用，同時也證明了在信息化建筑物中除做好外部防雷外，內(nèi)部防雷工作也非常重要，屏蔽、合理布線及等電位連接等措施在電子信息系統(tǒng)防雷保護中起著舉足輕重的作用，我們必須加以重視，防患于未然，以減少雷電災(zāi)害帶來的巨大損失。

參考文獻

[1]《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010.

[2]《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2012.

[3]《雷電災(zāi)害調(diào)查技術(shù)規(guī)范》QX/T103-2009中國氣象局，2009.

[3]梅衛(wèi)群，江燕如.建筑防雷工程與設(shè)計.氣象出版社，2004.

[4]張小青.建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護.電子工業(yè)出版社2002.