浅析弱电设备的雷害及其防护策略

邓金煌

(福建省广元矿区管理委员会苏桥煤矿,福建三明 366105)

浅析弱电设备的雷害及其防护策略

邓金煌

(福建省广元矿区管理委员会苏桥煤矿,福建三明 366105)

随着电子技术越来越先进,我们生产、生活中所应用到的自动控制设备、电子产品也越来越多,我们受益于这些电子技术的同时,也受到它被损坏而造成巨大损失的困扰,本文从引起弱电设备雷害的原因入手,结合苏桥矿视频监控及瓦斯监控应用的实际,进行深入浅出的分析,最后给出弱电设备的雷害内、外防护策略,仅供同行参考。

弱电设备 雷害 防护策略

1 弱电设备雷害及其成因

随着电子技术越来越先进，我们工作、生活中所应用到的自动控制设备、电子产品也越来越多，我们受益于这些电子技术的同时，也受到它被损坏而造成巨大损失的困扰。

近年来，国内外弱电设备遭受雷电袭击而导致损失重大的事件屡见报端，尤其是电力系统的变电站微波塔遭遇雷电袭击后，导致保护装置、远动设备和通讯设备大量受损的雷击事故时有发生，不仅给企业带来了巨大损失。就苏桥矿而言2011年因雷击导致设备直接受损的就有瓦斯监控分站一台，视频监控摄相机两台；因雷电而导致供电系统家用电器受损以及变电所跳闸的事情也是数不胜数。严重影响了电力系统的安全、稳定运行，同时也间接影响了用户的生产和生活。另外，因为雷电的袭击，也出现过系统信号严重受到干扰和影响的雷击事件，导致信号传输时产生误码，使信号的准确信和传输的速率都受到了极大的影响。

电子设备容易造受浪涌式雷击，主要是因为电子设备的内部结构特殊以及电子设备的信号来源路径繁杂有关。现在的电子设备都是由高度集成化了的各种芯片构成，这些芯片使得整体设备的防御能力下降，当雷电来袭时，设备就会因承受不了过压、过流而受到损坏。同时，如今的电子设备信号来源的路径多如牛毛，这样的电子系统较之信号来源路径简单化，单一化的系统更容易遭受雷电袭击，尤其是更容易受到雷电浪涌的危害。

2 弱电设备雷害的防护策略

防止雷害的主要是综合运用分流、均压、屏蔽和保护。分流一般多采用避雷针或是避雷器，直接将雷电流泄入大地；均压一般是将不同的电缆外皮、设备外壳、金属的管道等进行电气搭接，制造均衡电位；屏蔽一般是设备接线时多采用屏蔽电缆，再用各种人工或自然的屏蔽设施，进行阻挡、干扰雷电的能量对设备的损害；保护一般是通过接地和保护装置来实现，接地就是将设备所用的所有金属构件、管道、电缆的屏蔽层等与接地网相连接。保护装置就是当被保护的设备受到雷电袭击或干扰时，保护装置便会发信号或是动作跳闸，以保护设备。

2.1 弱电设备雷害的外部防护

弱电设备雷害的外部防护比较常见的方法是在设备建筑物本体处安装一些防雷装置。如，避雷针、法拉第笼，屏蔽网等。

避雷针，是比较常见的弱电设备防雷的装置，非常有效，而且容易安装，便于维护，因此也广泛应用于各个不同的建筑或设备，防止雷害发生。避雷针之所以可以保护弱电设备，是因为在雷雨天气，当弱电设备的建筑物上空出现带电云层时，避雷针和建筑物顶部就会产生大量的感应电荷，根据尖端放电原理，避雷针针头处聚焦的电荷最集中，也是最多的一处，这样一来，带电的云层与避雷针这两个带有电荷的部分，就构成了一个巨大的电容器的两极，由于避雷针的针头比较尖，避雷针与云层间相对应的面积就极其地小，这样的结果就是使得这个巨大的电容器所能容纳的电荷也随着很小。换言之，也就是说它所能容纳的电荷非常有限，而它却偏偏又聚集了大量的电荷，如此一来，当云层上电荷聚焦得足够多时，相当于电容器的两极板间聚焦也它所不能承受的电荷量，于是，避雷针与云层之间的空气便被击穿，空气变成了导体(此时相当于雷电直接袭击避雷针的情况)。于是，云层里的电荷便由着这个通道，通过避雷针与大地相通，使得云中的电荷在瞬间便泄入大地，从而达到防雷的目的。

法拉第笼与屏蔽网的防雷害原理是一致的。为了使设备不受雷电侵害，常常利用建筑物中的金属部件来作为法拉第笼使用，这对一般的弱电设备来说，已经就足够了，完全可以起到防雷的作用。但是，如果是低压电子逻辑系统、遥控、小功率信号的设备，那么仅凭建筑物内的金属部件来进行防护是远远不够的，一定要装有，比较专业的屏蔽网，要在建筑物的屋面组成不大于5米见方的网格结构，并且要做等电位连接，使各点的电位得到充分均衡，如此才能够避免因电位差而造成的设备损坏。

2.2 弱电设备雷害的内部防护

弱电设备雷害的内部防护方法有很多，多是联合运用。而被保护的部分一般有两个，一个是装置和设备运行时所必需的电源，一个是传输的信号。

电源的雷害大多数都是通过线路入侵导致，而雷害的产生主要是由于设备的过压、过流引起的，因此要想防止弱电设备的电源雷害发生，必须做好弱电设备的线路过电压保护工作。

按照国家的相关规定，对于弱电设备的线路保护设有三级。第一级保护是设在高压变压器至二次低压设备的配电盘间的电缆内芯两端，要加装避雷器或保护装置；第二级保护是设在配电盘及配电箱之间的电缆内芯两端，同样是加装避雷器或是保护装置；第三级保护是设在被保护的设备前端，同样是加装避雷器或是保护装置。

信号的雷害大多数是通过信号来源的路径入侵导致，雷电造成的过电压不仅会对控制系统造成危害，而且对昂贵的转换器、传感器也会造成危害。因此，对于信息系统的防护便要尤为重视。信号防雷有专业的防雷器，常见种类有网络信号防雷器、视频信号防雷器和音频信号防雷器。信号防护也根据设备的重要程度不同而设置了不同的等级，有基本、综合和精细三个等级。要采用哪一级保护，要根据所属的保护区级别和设备的敏感度而定。

3 结语

随着电子设备被广泛应用于国防与科技领域，被应用于企事业单位，被应用于人们的生产与生活之中，雷电的过电压对电子通信设备的危害也随之变得日益严重。而传统的、旧式的防护体系已经无法充分满足网络安全的需要，必须寻找更合适当今网络安全发展需要的防护体系，从以往的简单防护模式中走出来，多种防护方法联合使用，建立起立体的、多维度的雷害防护网络。

[1]季斌.浅谈建筑物弱电设备防雷接地[J].中国高新技术企业,2009(01):39-40.

[2]李世作,梁小冰,等.平果500KV变电站弱电设备防雷研究[J].广西电力,2001(01):52-53.

邓金煌(1987.8—),男,汉族,2012年01月毕业于厦门理工学院电气自动化工程专业,现在福建省广元矿区管理委员会苏桥煤矿从事机电技术管理工作,助理工程师。