谈智能化系统的感应雷防护

2011-03-31潘宇聪

电脑与电信 2011年6期

潘宇聪

（广东省计算中心,广东广州 510033）

1.引言

智能建筑是计算机技术、通信技术及信息技术等系统集成的现代化建筑，建筑物内微电子设备采用最新的网络技术为用户提供信息服务。这些微电子设备普遍存在着绝缘程度低，对过压耐受能力差的致命弱点，一旦遭雷电干扰，轻则造成系统运行失灵，重则造成永久性损坏。

雷电电磁脉冲已进入新的防雷理论，国际电工委员会（IEC）将雷电电磁脉冲的防护作为标准推荐各国使用。我国于94年制定的建筑物防雷设计规范也首次把防雷电波侵入的措施作为强制性国家标准执行。

雷电是一种自然现象，它的巨大能量众所周知。几个世纪来，人类对雷击的破坏性的研究、探索和采取预防的措施，已经有了一套比较成熟的理论。雷电具有两大特点，一是幅值大，二是持续时间短。由雷电流产生的磁场是一瞬变的电磁场，这一瞬变磁场的辐射对在一定范围内的微电子设备造成干扰，又因瞬变磁场产生的电磁感应对电压与雷电流的大小及变化速率成正比，并与雷击处的距离成反比，同时雷电流极大的幅值和陡度，其感应电压可达相当高的幅值，是对微电子设备安全运行的最大威胁，其也可沿着传输线、供电线侵入、干扰甚至损坏设备。

一般说来，保护建筑物及建筑物内部设备不受雷电损害的根本办法，就是使建筑物具有一套完善的防雷设施，包括对直击雷、侧击雷和感应雷的防护三大部分。直击雷、侧击雷防护设施主要是保护建筑物本身不受雷电损害，将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散，以及减弱雷击时巨大的雷电流沿着建筑物泄入大地时对建筑物内部空间产生的各种影响；感应雷防护措施是限制、阻塞雷电脉冲沿电源线或数据、信号线进入设备，从而保护建筑物内各类电器设备的安全。目前，我国各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。但是，随着现代电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用和联网，避雷针对这些电子设备的保护却显得无能为力。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。基于这种情况，现对感应雷的防护措施进行描述：

2.电源防雷

弱电设备的电源雷电侵害主要是通过低压线路侵入。我国《建筑物防雷设计规范》提出：在电气接地装置与防雷的接地装置共用或相连的情况下，当低压电源线路用全长电缆或架空线换电缆引入时，宜在电源引入的总配电柜处装设过电压保护器。但随着科技的不断发展及人们对雷电危害认识的不断提高，建筑物的电源总进线处都相应设置了浪涌保护，浪涌保护可采用三极保护的概念，三级相互配合，充分发挥各级器件的优点，以实现整体性能。第一级保护对于直接雷击电流进行泄放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放，对于有可能发生直接雷击的地方，必须进行CLASS-I的防雷。第二级保护是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护，对于前级发生较大雷击能量吸收时，仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会传导过来，需要第二级防雷器进一步吸收。同时，经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射LEMP，当线路足够长感应雷的能量就变得足够大，需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对LEMP和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。

3.数据信号防雷

感应雷由通信及网络线路入侵分为两种情况：a、当地面突出物遭雷打击时，电压将邻近土堆击穿，进而击穿通信及网络线路电缆外皮，使高压侵入网络系统；b、雷云对地面放电时，在通信及网络线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的网络系统设备。因此仅做好电源部分防护是不够的，还应做好信号部分的防护措施。信号保护器可采用通流容量大的粗保护与具有快速反应的细保护相结合的多级保护电路，将来自信号线路上的感应电流通过臂电支路泄放到大地。对子信息系统，分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定，细保护要根据电子设备的敏感度来进行选择。