建筑电子设备防雷措施及应注意的问题

黄桂兰

摘要：为了确保高层建筑物内微电子设备的正常运转，建筑物内微电子设备的安全保护问题已显得日益突出，任何一个单一的防雷器件是无法保证现代建筑物内所有保护对象的防雷安全的。因此，对于高层智能建筑物，必须采取综合防雷的方式：即在常规防雷基础之上。针对建筑物、特殊用房和重要设施采取各种相应的防雷保护措施，确保建筑物和建筑物内所有电子设备的防雷安全。

关键词：高层建筑、电子设备、防雷措施

20世纪80年代以来，随着大量微电子设备在建筑领域的广泛应用，特别是高层建筑实现智能化功能，采用了大量的微电子设备和技术。虽然传统防雷措施可以有效防止直击雷和削弱电压波的强度，减小雷击的破坏程度，但这些措施并不能完全消除电网中由雷电而引起的暂态过电压。感应雷电脉冲一般都在千伏以上，而微电子设备的工作电压仅几伏，工作电流在微安至毫安数量。

一、 瞬间过电压的产生及其防雷

电子设备及电子系统大多数是配备在建筑物室内，当建筑物直接遭受雷击或其附近区域发生雷击时，由雷电放电引起的电磁脉冲和暂态过电压波会通过各种途径侵入建筑物内，危及室内电子设备的安全稳定运行。对于侵入室内的雷害的治理是多方面的，需要采取综合防雷措施，这些措施主要包括泄流、均压、接地、屏蔽和隔离等。瞬间过电压是指在ms-?s时间内所产生的尖峰冲击电压，瞬间过电压有两种产生途径：冒击和电气开关动作。一般构筑物避雷网只能保护其本身免受直击雷损害，而雷击造成电子设备的破坏主要有两种方式：

（一）直击到电源输入线，经电源线进入进而损害设备。因电力线上安装的各种保护间隙和电力避雷器，只可把线对地的电压限制到小于6KV，而线对线无法控制。

（二）以电阻性、电感性、电容性等感应方式耦合到电源、信号线上。接闪器将强大的雷电流经引下线导入大地的过程中，由于冒电流的变化率的作用在周围的电子设备的表面感应脉冲电压，感应脉冲电压为：

U=0.2·s/d （di/dt）

式中：S——电子设备框架的表面积，m2；d——雷电流到电子设备之间的水平距离，m；di/dt ——雷电流的陡度，KA/?s。同时，电流在导体中流动时，会产生磁场并存储能量，其与电流大小和导线长度成正比，当大负荷的电器设备开关时，便会产生瞬间过电压而损坏设备。通常电子信息系统都置于构筑物之中，网络线、电源线铺设于电缆沟中，因而遭受直接雷击的可能性不大。所以雷电波通过感应耦合侵入成为电子设备雷击事故的主要原因，雷电波侵入对电子信息系统的破坏，主要是通过侵入电源线、天线、通讯线和信号线而分别损坏电源模板、遥讯模板、I/O模板。也可能因感应从信号采集线和接地网引入有害的信号电流和接地电漉，损坏自动化系统或影响其运行。雷电电磁脉冲虽然发生次数较少，但能量较高，一旦侵入信息系统，大部分会对设备造成损害。因此，做好信息系统的雷电电磁脉冲防护工作，就能解决系统防过电压的问题。

二、 建筑物内电子设备的综合防雷措施

防雷是—个系统工程，需要采取综合防护措施，对一切进雷通道的雷电破坏能量分别采用分流、均压、屏蔽、接地等手段，对建筑物及其内电子设备进行全方位保护。

（一） 分流

分流是对于可能的直击雷要靠接闪器经引下线和接地装置，或通过导电连接和接地良好的金属构架。将雷电流分流散流入地，而不流过被保护设备和部件；雷电流通过的部分阻抗要低流散要好。以降低电位，避免引起对被保护物的反击。

（二）均压

当雷击发生时，在雷电流所经过的路径上会产生非常高的瞬时电压，使该路经与周围的金属物体之间形成暂态电位差。为了消除雷电暂态电流路径与金属物体之间的击穿放电，需要对室内的各种金属构件进行等电位连接，并与建筑物的防雷接地系统相连接，形成一个电气上连续的整体，这样就可以在发生雷击时避免在不同金属外壳或构件之间出现暂态电位差，使得它们彼此间等电位，并维持在地电位的水平，这就是均压措施。通常，对于进入建筑物内的各种金属管道，如水管、供热管、供气管以及通讯、信号和电源等电缆金属（屏蔽）护套都要进行等电位连接，特别是从室内引出的各类管线也应采取相同的措施。为提高均压质量，应注意尽量采用导电性能良好的金属薄板做均压带或均匀母带（如铜），其寄生电感及与金属面之间的接触电阻应尽可能小，形状应尽量短而宽，保持直线，避免弯曲，并要有足够的通流容量。

（三）接地

一般智能大厦内的接地主要有构筑物接地、配电系统及强电设备接地、计算机自控系统接地，如这三种接地配置不合理，极易在雷击时通过接地网对自控系统造成反击。地网分开设置对应注意避免地网之间的闪络。雷击时。会在地网及附近导体中产生很高电位，地网分开，则可能造成接闪接地体向其它接地体闪络。所以，当涉及电子信息系统的接地时，地网之间的距离应大于lOm。在接地线引入室内时，若與其它地网距离太近，可局部采取既绝缘又屏蔽的措施。

（1）工作接地：电子设备的工作接地主要是为了使整个电子系统有一个公共的零电位基准面，并为高频干扰信号提供低阻抗的通道，以及使屏蔽措施发挥良好的性能。工作接地主要包括浮地方式、单点接地和多点接地三种方式。

（2）安全接地：在发生雷击时，强大的雷电暂态电流流过建筑物的接地系统将引起暂态电位抬高，危及设备及人身的安全。通常，在使用电子设备的场合，常常伴随着电源等强电设备，电子设备和强电设备均需要接地，但要做到电子设备与强电设备的接地互相分开往往是十分困难的。在建筑物内，将电子设备与强电设备共用一个接地系统是比较容易实现的，不过这种接地也会带来一些副作用。将电子设备与强电设备接地，雷击时暂态大电流可以通过电路的藕合对电子设备形成干扰或产生过电压，另外，雷电暂态电流流过接地系统所造成的暂态高电位也能通过各种电源线、信号线和金属管道传播到距离接地系统很远且原先此处为零电位的地方，将会对这里的电子设备及操作人员产生安全威胁。

（四）屏蔽

电子设备中大量采用半导体器件和集成电路，这些电子和微电子元器件是十分脆弱的，由雷击产生的电磁脉冲可以直接辐射到这些元件器上，也可以在电源或信号线上感应出暂态过电压波，沿线路侵入电子设备，使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施，电子设备常用的屏蔽体有设备的金属外壳、屏蔽室的外部金属网和电缆的金属外套等，采用屏蔽措施对于保证电子设备的正常和安全运行来说是十分重要的。

三、电子信息系统防雷应注意的问题

在电子信息系统综合防雷中，应注意建筑环境内各项防雷措施相互配合。在接地系统上。各接地系统之间不应用同一引下线接地，由于引下线具有一定的电阻，当其中一系统产生接地电流时，会使另一系统的地电位升高，影响其稳定。在电子设备的屏蔽中，应采用与通用电源分离的专用系统来控制设备供电。综合分流、均压、屏蔽、接地保护各项技术的整体防护原则，是适用于建筑防雷、电力系统和各种电子设施的通用防护模式及现代高层建筑智能大厦等的防护，还需根据微电子设备的特点和防护对象的实际情况灵活应用，采取具体措施，构成一个完整的防护体系。

四、结束语

电子信息技术已渗透到了人类社会生产和生活的各个领域，当发生雷击时，雷电可以通过雷电感应或雷电波侵入的途径破坏电子设备，文章针对雷电破坏智能建筑内电子信息系统的形式和途径，分析了防止雷害的方法和措施。