淺談信號設備防雷

趙亮

過去的防雷主要針對強電系統，雷電磁波（LEMP）的存在危害不了它；而現在的防雷技術重點轉向弱電系統。隨著微電子技術的廣泛應用，雷電對設備的破壞途徑更加多樣，破壞程度更加廣泛和深入。因此，防雷工程技術需要一個大轉變、大提高，必須要從系統的角度進行綜合防御。根據國際公認的觀點，全面的防雷就是要提供高效的接閃體，安全引導雷電流入地，完善低電阻地網，清除地面回路，電源浪涌沖擊防護，信號及數據線瞬變防護。

一、過電壓的入侵途徑及危害

1、雷電

直擊雷是指雷電直接擊在建筑物構架、動埴物上，因電效應、熱效應和機械效應等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。帶電云層與大地上某處發生迅猛的放電現象，在放電的瞬間，會產生一股峰值在1000到100，000安培的脈沖電流，它的上升時間約為一微秒。如果雷電直接擊中建筑物、房屋及與地基接地連接的所有電器設施，接地網的地電位水平會在數微妙之內被抬高數萬或數十萬伏。雖然直擊雷的能量巨大，但由于遭受雷電直接襲擊的范圍通常很小，傳統安裝于建筑物頂上的富蘭克林避雷針將放電電流引導到大地，實踐證明，對建筑物設施的保護，避雷針是經濟和有效的。

感應雷是雷電在雷云之間或雷云對地的放電時，并在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線和電磁感應并侵入設備，使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發生的機率比直擊雷高得多。此外直擊雷一次只能襲擊一個小范圍的目標，而一次雷閃擊都可以在較大的范圍內多個小局部同時產生感應雷過電壓現象并且這種感應高壓可以通過電力線、電話線等傳傳輸到很遠，至使雷害范圍擴大。

雷電波侵入。由于雷電電流有極大峰值和陡度，在它周圍的出現瞬變電磁場，處在這瞬變電磁場中的導體會感應出較大的電動勢，而此瞬變電磁場，都會在空間一定的范圍內產生電磁作用，也可以是脈沖電磁波輻射，而這種空間雷電電磁脈沖波（LEMP）是在三維空間范圍里對一切電子設備發生作用。因瞬變時間及短或感應的電壓很高，以致產生電火花，其磁脈沖往往超過2.4高斯。現代銀行、郵電、證券機房或營業柜臺普通應用微機進行貨幣存取、信息傳遞與交換，其對磁脈沖承受限度一般為小于0.007高斯，故在新機房建設或舊機房改造時應對防雷與磁屏蔽措施必須充分注意。

球形雷是一種特殊的雷電現象，簡稱球雷。一般是以橙或紅色，或似紅色火焰地發光球體，（也有帶黃色、綠色、藍色或紫色的），直徑一般約為10-20厘米，最大的直徑可達一米，存在的時間大約為百分之幾秒至幾分鐘，一般是3至5秒，其下降時有的無聲，有的發出嘶嘶聲，一旦遇到物體或電氣設備時會產生燃燒或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或開著的門窗進入室內，有的由煙囪或通氣管道滾進樓房，多數沿帶電體消失。

2、操作瞬間過電壓

眾所周知，當電流在導體上流動時，會產生磁場，儲存能量，電流截越大，導線越長，儲能越大，所以當大型負載（特別是電感性負載）電氣設備開關時，便會產生瞬時過電壓。

3、地電位反擊

地電位反擊是指雷擊大地或接地體，引起地電位上升而波及附近的電子設備，對設備產生反擊，損害其對地絕緣。

信號機械室機房內信號電纜以及地線的布放和連接通過模擬不同的布線、屏蔽和接地方式時，空間電磁場對信號線路的電磁感應影響情況試驗，對計算機通信網絡系統在建筑物樓內的布線和接地方式有如下結論：信號電纜以及地線的布放應盡量集中在建筑物的中部。信號電纜線槽以及地線線槽的布放應盡量避免緊靠建筑物立柱或橫梁并沿建筑物立柱或橫梁布線較長的距離，信號電纜線槽以及地線線槽的設計應盡可能位于距離建筑物立柱或橫梁較遠的位置。

二、防雷器的應用方案

應在不同使用范圍內選用不同性能的防雷器（SPD）。在選用電源SPD時要考慮供電系統的形式、額定電壓等因素。LPZ0與LPZ1區交界處的SPD必須是經過10/350us波形沖擊試驗達標的產品。對于通信SPD在選型時應考慮SPD與電子設備的相容性。

SPD保護必須是多級的，例如對電子設備電源部分雷電保護而言，至少應采取泄流型SPD與限壓型SPD前后兩級進行保護。

為各級SPD之間做到有效配合，當兩級SPD之間電源線或通訊線距離未達規定要求時，應在兩級SPD之間采用適當退耦措施。

對于無人值守場合，可選用OBO之帶有遙信觸點的電源SPD；對于有人值守場合，可選用OBO之帶有聲光報警之電源SPD，所有OBO電源防雷器都具有老化顯示。

通信SPD應滿足信號傳輸帶率、工作電平、網絡類型的需要，同時接口應與被保護設備兼容。通信SPD由于串接在線路中，在選用時應選用插入損耗較小的SPD。在選用SPD時，供應商應提供相關SPD技術參數資料。正確的安裝才能達到預期的效果。SPD的安裝應嚴格依據廠方提供的安裝要求進行。endprint