淺談高職院校實訓室內電子設備雷電防護

成都航空職業技術學院 劉德兵

淺談高職院校實訓室內電子設備雷電防護

成都航空職業技術學院 劉德兵

本文簡述了雷電的入侵途徑及其對電子設備的危害，并探討了高職院校實訓室內電子設備防雷電的方法和措施。

電子設備；實訓室；雷電

0　前言

近年來，隨著高職教育的蓬勃發展，各高職院校也得到了很大程度的發展和壯大，并逐步建立了大量有關電子信息技術和計算機系統方面的實訓室。同時，實訓室里的電子設備的數量也得到了大量增加。同時，電子設備、儀器的元器件基本都采用微電子技術，呈現集成芯片等特點，這些元器件工作電壓較低，并且耐沖擊電壓水平也較低，容易受到雷電物理效應（比如電磁脈沖、高壓浪涌等）的影響，從而危害電子設備、儀器的正常使用，比如可能造成數據出錯、通信中斷、壽命縮短，甚至直接損壞。這種損傷會使設備經常產生難以捉摸的軟故障直到最后電路失效或性能下降。

同時，由于雷擊有很大的隨機性，所以在一些雷電頻繁程度和強烈程度不高的地區，很多人都沒有引起足夠重視，只是對建筑物和設備做了簡單的防雷措施（比如安裝簡易避雷針等）。但實際上，如果當雷電擊中建筑物時，瞬間內會在引下線自上而下產生一個很強的變化磁場。所以，處在這個電磁場作用下的電子設備，便會產生可達數十千伏的感應電壓，導致設備被擊壞。面對新的防雷形勢，我們必須在防雷觀念或技術上進行轉變和提高，從系統的角度進行綜合防護。從高職院校的實際出發，實訓室配置的防雷設備一定要堅持經濟性、合理性、規范性，以避免不必要的浪費。

1. 電子設備被雷擊的途徑及危害

雷電是一種瞬間放電自然現象，具有電流強、溫度高、沖擊波猛、電磁輻射、破壞力強等特點。據統計，雷電給電子設備造成的經濟損失占雷電災害總損失的80%以上，被稱為“電子時代的一大公害”。雷電一般分為直擊雷、感應雷和球形雷，其中感應雷會產生雷電波，通過電路傳到電子設備內部，造成電子元器件損害，因此電子設備的大部分雷電損壞都是感應雷造成的。

1.1直擊雷

直擊雷，即帶電的云層與大地上某一點之間發生迅猛放電的雷電現象。雷電在放電的瞬間，會產生一股峰值在1000到100，000安培的脈沖電流，它的上升時間約為一微秒。此時，接地網的地電位水平會在數微妙之內達到數萬或數十萬伏，在沒有等電位的回路，可能出現由于高電位差造成火花放電。針對高職院校實訓室，設備所需電源線或者信號線受到雷擊后，產生的沖擊波會沿著導線前行，危機與導線連接的設備，甚至可能會擊穿絕緣層，給師生造成人身損害。

1.2感應雷

感應雷，即帶電云層由于靜電感應作用，使地面某一范圍帶上異種電荷現象。在這個放電過程中，實訓室周圍的傳輸信號線路、電子設備間連接線，可能發生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。和直擊雷相比，感應雷發生的幾率更大，并且可以通過電力線或者電話線的傳輸，造成危害范圍擴大。

1.3球形雷

球形雷，是一種特殊的雷電現象，簡稱球雷。當球形雷下降時，一旦遇到物體或電氣設備就可能產生燃燒或爆炸。其主要是沿建筑物（實訓室）的孔洞或門窗進入室內，有的由通氣管道滾進實訓室，從而造成電子設備的損害。

2. 電子設備雷電防護措施

雷電防護是一個系統工程，所以，在高職院校實訓室的雷電防護過程中，我們需要綜合考慮，做到全方位防護（既要防直擊雷，又要防感應雷），力求將雷擊災害降低到最低。就設備而言，實訓室內部既有電力設備，也有計算機、網絡、電話等弱電設備，尤其是在學院實訓室里實訓的學生和教師人數較多，所以更要考慮到師生的人身安全。實訓室雷電防護的整體概念如圖1所示：

圖1 實訓室雷電防護整體概念

2.1外部防護

從雷電防護區域的角度看，實訓室所在的實訓大樓是一個欲保護的空間區域。實訓大樓外部是直擊雷危害的區域，在這個區域內的電子設備最容易遭受損害，危險性最高。所以，實訓室雷電防護首先應該從實訓大樓外部防護開始，主要包括防雷系統、金屬屏蔽層、鋼筋混泥土。防護直擊雷的外部裝置由三部分組成：即接閃器、引下線和接地網。接閃器是指避雷針、避雷帶、避雷網、架空避雷線的直接接受雷擊部分，以及作接閃的金屬屋面和金屬構件等。實訓大樓采用的接閃器包括：圓鋼形避雷針、實訓大樓屋面、混泥土鋼筋。而引下線是指連接接閃器與接地裝置的金屬體。實訓大樓采用的引下線是實訓大樓的柱筋，這種引下線方法不但成本較低，施工方便，而且又可以避免引下線意外脫落，增加了可靠性。總之，接閃器和引下線最根本的目的是為了保證接閃器與大地之間有良好的連接；保證連接線有足夠大的截面積，避免雷電流通過連接線時引起熔斷，或溫度過高而引起火災；保證連接線路有合理的結構，防止電力被破壞，防止避雷裝置的高電位對建筑物的反擊。

在實訓室外部避雷技術中，接地是最重要的環節。因為不管是什么形式的雷電，都是把雷電流送入到大地，所以就必須在實訓室地下安裝合理、良好的接地裝置，以保證避雷的可靠性。接地網的結構一般有兩種：等電位連接和環形接地。等電位連接是將建筑物相關的金屬通過電氣連接方式連接起來，形成一個等電位體，不會因為雷擊產生的高電壓而在設備和人員身上形成高電位，從而起到避雷的作用。環形接地就是將接地體圍成一個閉合環，能夠讓閉合環內均勻分布電場，減少由于地面電位梯度對設備高壓反擊的危險，同時減少跨步電壓對師生的損害。

2.2內部防護

在做好實訓大樓外部雷電防護的同時，還應該做好實訓室內部防護。據統計，雷擊造成埋地線纜的故障大約占總故障的30%，即使雷電擊中離實訓室比較遠的地方，仍然會有部分雷電電流流入電纜。所以，首先應該防止電路的電磁干擾和電磁感應，即電源線纜和信號傳輸線纜采用穿金屬管的敷設方式，以加強屏蔽，減弱感應效應，從而保護了實訓室傳輸線纜。

除此以外，70%以上的雷電損害設備事故都是由供電線路侵入的雷電造成的。所以，我們必須對實訓室的電源系統實施多級防護。電涌保護器（SPD）的使用將會限制雷電反擊、侵入波、雷電感應和操作過電壓而產生的瞬時過電壓和泄放電涌電流，一般安裝在各防雷區交界處，以實現等電位連接和抑制過電壓（即超過設計規定的正常工作電壓上限值的電壓）。過電壓將對電子設備造成錯亂、壽命縮短、徹底損壞，甚至可能導致觸電、起火等安全事故。并且，過電壓可以通過電路、導管等傳導侵入電子設備，也可以通過電子設備的電磁感應侵入。因此，我們必須對過電壓進行認真的防護，這就需要正確地選擇、配置、安裝SPD才能成功的防護過電壓。首先，電源線、信號線、金屬管道等都要通過等電位連接導體或電涌保護器進行等電位連接，各個局部等電位連接排也要互相連接，然后再與主等電位連接排相連。這樣就可以使在保護區里的電子設備都有接近相等的電位，不存在顯著的電位差，不會對實訓室里的電子設備造成過電壓損害。

在實訓室內部防護中，為了保持設備的高精確度， 盡量避免干擾，最好還是用短而粗的導線與地相連，再與設備附近的專門接地線排連接，然后再與總接地干線連接起來，確保精密電子儀器的精準度。

2.3增強防雷意識

雷電對高職院校的各類電子設備安全構成極大的威脅，而且有愈演愈烈之勢。因此，必須增強防雷意識。可以利用各種宣傳媒體，編寫教材和攝制防雷減災科學普及作品等手段對師生進行雷電安全知識的宣傳，提高防雷減災意識和自我保護意識，特別是要加強實訓室管理人員的雷電科普、雷電防護、災害應急處置、醫療急救知識（掌握使用心肺復蘇術）等防雷知識的宣傳教育和普及工作，增強個人現場急救能力，進一步提高防雷減災意識，將雷電災害損失降低到最低限度。在今后的電子技術發展及應用中，電子設備的防雷技術必將會有新的進步，并能為各院校實訓室提供更加科學有利的技術支持和保障。

［1］張小青.建筑物內電子設備的防雷保護［M］.電子工業出版社，2000.

［2］電子設備雷擊試驗導則［S］.編制說明，1982，5.

［3］劉爾燕.電子設備的接地技術［S］.廣東建筑電氣，1996.

［4］http：//www.studa.net.

Protection of Thunder about Electronic Installation of the Room in Higher Vocational Institute

Liu Debing
（Chengdu Aeronautic Polytechtric Chengdu Sichuan）

This article summarizes the thunder invasion ways and to the electronic installation harm， and discusses the method and the measure of guarding against the thunder about electronic installation of the room in Higher Vocational Institute.

Electronic Installation；Room；Thunder

劉德兵（1981—），男，四川威遠人，碩士，高級實驗師，研究方向：機電一體化。