浅谈电子信息系统的雷电防护

李　强

摘要：通过对电子信息系统中雷电防护课题的探讨，阐述了对电子信息系统进行雷电防护时应采用的综合系统设计和施工措施，能够有效地抑制雷电流和电磁脉冲对信息系统的危害。

关键词：信息系统；雷电；防护

1 引言

我国是雷暴活动十分频繁的国家，雷电灾害是最严重的自然灾害之一。科技越发达，雷击对人类的危害就越大。随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市建设高层建筑物日益增多，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。

电气和电子技术是现代物质文明的基础，其迅猛发展促进了生产力的发展，加速了社会繁荣与进步的进程，但也带来了麻烦问题，那就是各类电磁干扰越来越严重。电磁干扰，特别是雷电电磁脉冲干扰对这些设备和系统的影响越来越突出，对这些设备系统造成的失效与损坏事故的发生率逐年增高。信息时代的到来，已使雷电电磁脉冲的防护成为当务之急。

2 电子信息系统综合防雷技术

信息防雷包括对直击雷的防护和对雷电电磁脉冲的防护。对雷电电磁脉冲的防护应综合考虑雷电成灾的多种因素，针对雷电的各种途径和通道及其危害机理，采用相应的综合防雷技术和措施。

2.1 现代综合防雷的两个部分

外部防雷（直击雷防护）。系统组成：由接闪器（避雷针、避雷带）、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放；作用：拦截、泄放雷电流内部防雷（雷电电磁脉冲防护）

系统组成：由均压等电位连接、各种过电压保护器（避雷器）等组成；作用：均衡系统电位，限制过电压幅值；技术措施：截流、屏蔽、均压，分流、接地。

2.2 防雷保护区

根据国际电工委员会的《防雷击电磁脉冲（LEMP）》，信息防雷应根据雷电电磁脉冲的严重程度，将需要保护的空间划分为不同等级的雷电保护区（LPZ）。防雷保护区称电磁兼容分区。是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同，把建筑物内、外电磁环境分成几个区域。

LPZ0A区。本区内的各物体地都可能遭到直接雷击，因此各物体都可能导走全部雷电流，且本区内雷电电磁脉冲没有衰减。

LPZ0B区。本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区内雷电电磁脉冲也没有衰减。

LPZ1区。本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZ0B区进一步减少。本区内雷电电磁脉冲经建筑物外墙的屏蔽而衰减。在防雷保护区的0区与1区的界面上，对建筑物来说就是屋顶与四周墙壁及地面，尽管采用笼式避雷网结构，但由于受大网孔、门、窗口等开洞的影响，雷电电磁脉冲仍将通过多种耦合途径侵入保护区内，其感应电压也会破坏建筑物内部的电气和电子设备。

LPZ2区。本区内的各物体不可能遭到直接雷击。雷电电磁脉冲经建筑物内墙的再次屏蔽而衰减，又称后续防雷区。 如果需要进一步减小所导引的雷电流和电磁场，就应引入后续防雷区。

LPZ3区。机壳内部。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。

2.3 现代综合防雷的主要技术措施

拦截。信息防雷的第一道防线是拦截直击雷。最经济、最有效的方法仍然是避雷针（避雷带、避雷网）法。

屏蔽。屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。按屏蔽的要求不同可分别采用屏蔽室的完整屏蔽体，或非完整屏蔽体。屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种；电场屏蔽：是为了消除和抑制静电电场的干扰。磁场屏蔽：是为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。

均压。均压简称等电位连接。就是把所有导体相互作良好的导电性连接，并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，带电导体通过避雷器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器（即避雷器、地线隔离器）和所有导体组成一个电位补偿系统。该电位补偿系统的作用，一是为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地泄放。二是使系统不产生电位差。即在极短时间里，通过这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起等电位区域。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不能存在显著的电位差，从而达到保护设备和人身安全的目的；等电位连接。不带电金属物体。如各种金属管道，线缆屏蔽层等。 带电金属物体。如电源线、各种信号传输线等。

分流：是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能将多余能量在引入信息系统之前泄放入地；雷电能量分配模型(设有避雷针的建筑物) 前级评估模式。用于评估LPZ0B区与LPZ1区交界处的雷电流分配情况。进入各系统的能量又将在各自的内部进行分配。后续评估模式。用于评估LPZ1区以后各级保护区交界处的雷电流分配情况。许多行业的标准、规范中都规定在低压电源系统应安装多级避雷器，使雷电流分级泻放入地。

接地。接地是分流和泻放直击雷和雷电电磁干扰能量最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统基础。目的是使雷电流通过低阻接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。

3 电子信息系统雷电防护工程

3.1 整体设计、综合治理、系统实施

信息防雷是一个系统工程。应首先对需要防雷保护的系统进行详细勘察，制订技术方案，并依据技术标准、规范，进行工程设计。对避雷针、地线、屏蔽、均压接地网络，以及雷电过电压容易侵入的通道，有针对性地采取相应的技术措施，进行综合治理。施工过程中也应严格按照标准、规范和设计图纸实施。

3.2 有效拦截、良好屏蔽

有效拦截。其思路是：根据技术规范完善避雷针、避雷带等设施。采用新型避雷针和优化避雷针，以降低雷电流陡度，从而减小二次雷击的感应电压。尽量降低接地电阻等。

良好屏蔽。信号电缆的屏蔽，要点是：过早地敷设、排流防雷、穿管（槽）走线、可靠接地。电缆的屏蔽性能与电缆外导体或屏蔽体是否接地以及它的敷设形式有关。架空电缆比埋地电缆更易受雷电损坏；设备的屏蔽，主要依赖其外壳。对于屏蔽要求很高的设备，应设置专用的屏蔽室。设备外壳和屏蔽室的屏蔽体都应良好接地。

3.3 均衡连接、合理接地

均衡连接。对保护范围内的所有不带电金属导体应进行严密的等电位连接，并与符合要求的地线可靠连接。工程实践中应注意处理好如下几个方面的等电位连接问题：建筑物内不带电金属物的等电位连接；建筑物顶不带电金属物的等电位连接：如电梯、空调、广告牌、铁栏杆等；建筑物外带电金属物的等电位连接：如电源线、信号线、控制线等。

合理接地。改造地线，依据不同的信息系统对接地的要求，对不符合要求的地线进行适当改造。尽可能地减小地线电阻；合理接地，最好将信息系统的接地和防雷接地实行共地。工程实践中应注意处理好以下几个方面的接地问题： 电子信息设备的单点接地；电子信息设备接地与建筑物防雷接地；信号传输电缆的全屏蔽与电子设备的单点接地。

以上是信息防雷工程的基本环节和主要工程措施。信息防雷工程是现代防雷多项技术措施综合运用的系统工程。信息系统防雷工程必须从整体设计、系统考虑、综合防护角度出发，做到层层设防，不留一丝隐患。

参考文献

[1]张小青，建筑物内电子设备的防雷保护，电子工业出版社，2000.

[2]肖稳安，防雷技术基础，南京气象学院防雷工程技术中心，2003.