关于弱电设备的雷害及其防护策略讨论

鲁力宁

（河北宁晋松宫半导体有限公司，河北宁晋 055550）

关于弱电设备的雷害及其防护策略讨论

鲁力宁

（河北宁晋松宫半导体有限公司，河北宁晋 055550）

现代防雷技术不断改进，为了解决当前弱电设备雷害及防护问题，采用了弱电设备外部防护与内部防护措施。其中外部防护包括避雷针的安装，将雷电中的大量的点电荷导入大地，使其保证弱电设备的安全性；内部防护主要为增设弱电装置，减少雷电对其设备的损坏。在此进行详细分析，提供可参考性的依据。

弱电设备；雷害；防护策略

0 引言

电子信息设备的绝缘度低，当有很大的电流或电压流过时，会表现出很低的承受耐力，而且这些电子信息设备很容易受到电磁波的干扰，在雷害发生时很容易受到强大电压和电涌的损坏，而这些电子信息设备一旦受到损害，就会带来巨大的损失。本文主要从雷害的成因及其危害形式、弱电设备遭受雷害的原因以及弱电设备雷害的防护策略三个方面进行分析，为弱电设备的雷害防护提供可靠的依据。

1 雷害危害形式

雷害的危害形式包括：直击雷、感应雷和雷电浪涌。直击雷放电时，产生的感应电流能够达到200 kA，瞬间击毁大地表层中的带电装置，带电装置本身带有静电荷，设备运行过程中会对周围产生电流感应磁场，吸引周围的点电荷，使直击雷产生的高电压形成跳跃式的主导放电，直击雷放电过程会产生二个冲击波，第一个电流冲击波产生的高电压在1 MV，第二个冲击波放电时间120 ms，产生的感应电流140 kA。两个冲击波间隔时间在170 ms，放出的能量大约在2×108J。感应雷指的是雷电在雷云之间进行的放电，或者是雷云在对地面进行放电时对其周围进行信号传输的线路或连接各个电力设备的连接线进行释放电压的过程。感应雷在云层放电过程中，由于电荷性质发生变化，由原有的静止电荷变为现有的自由电荷，在空气大气层中自由浮动，放电瞬间击穿所有的自由电荷，产生巨大电压。使之沿着电荷的导体进入静电设备，造成一定的损坏。其次便是雷电浪涌，雷电浪涌现象是由于闪电对金属管道或者线路产生雷电波的过程，闪电放电过程中会对周围产生电磁场，从而引起金属部件产生较高的电动势，电动势能够在一定条件下，克服电阻对导体电流的现有阻力，从而形成闭合环路。在电流流动过程中需要外界能量的补偿，所以电动势能够补偿导体外在所需的能量。带电设备产生较高的电动势，便会带有较高的能量，当外界的能量超过设备所承载的范围时，便会造成设备一定的损坏[1]。

2 弱电设备遭受雷害的原因

雷害对弱电设备造成的危害由多种因素构成，到目前为止还没有任何一种措施可以对雷害进行全面防护，所以只能通过一些切实可行的办法降低雷害造成的损失。想要准确及时地对雷害天气做出应对措施，就必须先要了解几种常见的雷害对弱电设备造成危害的原因。

直击雷是直接袭击附着在建筑物上的动植物，通过一系列的热效应、电效应以及机械效应等等对建筑物的弱电设备直接造成损害，严重的还会造成人员伤亡；感应雷是对建筑物周围用于传输信号的弱电设备进行过电压过程，当雷电进入弱电设备以后，就会对以串联方式连接的电子设备或者是处于终端的电子设备造成一定程度的损害，虽然损害效果没有直击雷严重，但是雷害天气出现感应雷的概率却比直接雷高很多；雷电浪涌的危害程度比直击雷的危害程度还要大很多，它会大幅度降低高度集成化的现代电子信息设备的耐压水平和耐电流水平，使弱电设备难以承受如此强大的压变而出现损害情况，此外，弱电设备的内部结构比较特殊，且电子信号的传输途径过于繁杂，而雷电浪涌就会通过这些繁杂的电源线或者是信号线进入弱电设备，很有可能会一次性损害弱电设备。

3 弱电设备雷害的防护策略

弱电设备防护雷害的措施可以分为很多种，按照防护范围进行划分可以分成外部防护和内部防护两大类。弱电设备雷害的外部防护指的是对已经安装了弱电设备的建筑物进行雷害防护，一般可以在建筑物的顶端安装避雷针或对建筑物进行分流处理，还可以通过屏蔽网、均衡电位以及将弱电设备进行接地处理。这些防护措施在现实生活中是比较常见的类型，而且也是弱电设备进行防雷害的比较完善的防护措施[2]。弱电设备雷害的内部防护指的是对建筑物内部的弱电设备进行过电压的防护，主要是针对雷电浪涌的雷害形式，一般采取的措施主要是将电位相等的点连接在一起，经过屏蔽后对建筑物进行隔离保护，还可以通过合理地布置防护线、在弱电设备上设置过电压保护器等等措施对建筑物进行防雷害保护。

（1）弱电设备雷害的外部防护

对于弱电设备的外部防护措施，施工人员首先要对建筑物进行安装避雷针处理，当遭受到雷击时，避雷针就会将巨大的雷击电流引入大地，同时为了防止出现电压过大的现象，还需要对雷击电流进行分流处理。此外，建筑物中的钢筋结构以及金属结构也起到了一定的屏蔽作用。还应该时刻保持建筑物接地的良好性以及各个点位的均衡条件，降低因为电位差过大而造成的弱电设备损失。避雷针尖端带有大量电荷，遇到雷雨天气时，能够与周围的带电云层形成一个静电容器。由于静电容器正对面积较小，所以承载电荷的能力有限。当聚集的电荷数较多时，避雷针的导体结构便会击穿。避雷针与大地相连，过多的电荷量便会从避雷针流入大地，不会对弱电设备造成损坏[3]。

（2）弱电设备雷害的内部防护

本文对于弱电设备雷害的内部防护措施是以计算机网络系统为例进行分析，在局部改进措施前期，计算机的网络系统结构如图1所示。

图1 改进前计算机网络系统

从图1中进行分析，造成计算机网络系统过电压损坏的主要原因，是因为当电网遭受到直击雷的攻击后，雷电波就会通过媒介进入到计算机网络系统中的弱电设备，最后击毁弱电设备的内部结构元件；当电网的附近区域遭受到雷击后，电网的线路就会感应到一定量的雷电压幅值，从而使雷电波通过一系列的媒质进入到计算机网络系统中的弱电设备[4]。

经过长时间的交流、研究和探索，防雷技术人员对计算机网络系统的弱电设备进行了改进，在弱电设备前加装了完备的防雷装置，如图2所示。

图2 加装防雷装置的计算机网络系统

从图2结构图中，交流电网过电压的强度相对较大，所以对于交流电路，采用加装防雷装置的结构对于防雷措施更为显著。机房电源的防雷装置示意图如图3所示。

图3 机房电源防雷装置示意图

（3）弱电设备雷害的接地处理

在对建筑物的弱电设备安装防雷装置时，一般采用接地处理。防雷接地是把防雷装置系统所承受的雷击电流全部都转移到大地中。所以，弱电装置的接地处理对于一个接触良好的雷电接地系统可以更加有效、合理地保护弱电设备和人身安全。因此，施工人员在对建筑物的弱电设备进行接地处理时，必须要按照建筑物质量的标准进行防雷设备的安装工作，否则会造成严重后果。一般采用的接地装置设有接地极、接地带，构成一个接地网。弱电机房引出若干根镀铜钢绞线，每个钢绞线的间距配比保持在2～3 m，整个结构网整体设计保证接地棒2组，每组接地棒5根，可视具体情况而定。周围外界部分采用钢绞线进行缠绕，使之形成一个环形封闭的网。此外，施工人员在安装防雷装置时，还要特别注意对干扰信号的屏蔽问题以及防静电问题。防雷装置一般带有少量的电磁信号，能够吸引周围点电荷，这样才能将汇聚的电荷流入大地。若在弱电装置周围设有较强的电磁装置，则会将大量电荷吸收，出现该装置造成雷击的现象[5-6]。

4 结语

雷害是一种自然现象，人们是无法控制它的存在的。随着我国电子信息设备的广泛应用，雷害的强大电压对电子信息设备的危害也在逐渐加重。弱电设备的防雷害问题是一项综合性较高的项目，如果对弱电设备的防雷害工作重视程度不够的话，那么这些弱电设备就会经常受到损坏，从而影响人们的日常生活。在面对雷害时，只有采取相应的防护策略，才能最大程度地降低雷害的破坏力。传统的旧式防护系统已经满足不了电子信息设备的安全性，所以，必须要寻找更加适合保护电子信息设备的防护系统，加强对弱电设备的雷害防护，将雷害危害降到最低。

［1］邹军，袁建生，周字昆，等.地下通信电缆外套金属管道与附近铺设屏蔽线屏蔽效果的比较［J］.电网技术，2000，13（4）：22-23.

［2］李世作，梁小冰.平果500 kV变电站弱电设备防雷研究［J］.广西电力，2001，57（01）：52-53.

［3］谢海华.现代建筑内的电子信患系统的雷电防护［J］.南京信息工程大学，2006，47（36）：13-14.

［4］王建龙.信息系统综合防雷工程探讨［J］.山西电子技术，2006，18（6）：69-70.

［5］王伟，王智祥，宋铁男，等.自动化系统防雷问题解决方案［J］.给水排水，1997，23（4）：54-56.

［6］和伟，和双丽.云层间闪电在电缆上产生的电流和电压［J］.云南师范大学学报，2002，l8（3）：73-74.

Discussion about the Lightning Disturbance of Weak Current Equipment and Protection Strategies

LU Li-ning
（Hebei Ningjin Pine Palace Semiconductor Co.，Ltd.，Ningjin055550，China）

With the continuous improvement of the modern lightning protection technology，in order to solve the problem of the current weak current equipment lightning disturbance and protective，adopted the protection for weak current equipment external and internal safety measures，external safety measures including lightning rod installation，the large amount of point charge into the earth，to guarantee the safety of weak current equipment.Internal protection mainly is to add weak current device，reduce lightning damage to the equipment.The problems are detailed analyzed in order to provide reference.

weak current equipment；lightning damage；protect strategy

TM527

A

1009－9492(2015)10－0133－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.035

鲁力宁，男，1976年生，河北省宁晋人，大学本科，工程师。研究领域：电气工程。

(编辑：王智圣)

2015－04－25