淺析弱電設備的雷害及其防護策略

鄧金煌

(福建省廣元礦區管理委員會蘇橋煤礦,福建三明 366105)

淺析弱電設備的雷害及其防護策略

鄧金煌

(福建省廣元礦區管理委員會蘇橋煤礦,福建三明 366105)

隨著電子技術越來越先進,我們生產、生活中所應用到的自動控制設備、電子產品也越來越多,我們受益于這些電子技術的同時,也受到它被損壞而造成巨大損失的困擾,本文從引起弱電設備雷害的原因入手,結合蘇橋礦視頻監控及瓦斯監控應用的實際,進行深入淺出的分析,最后給出弱電設備的雷害內、外防護策略,僅供同行參考。

弱電設備 雷害 防護策略

1 弱電設備雷害及其成因

隨著電子技術越來越先進，我們工作、生活中所應用到的自動控制設備、電子產品也越來越多，我們受益于這些電子技術的同時，也受到它被損壞而造成巨大損失的困擾。

近年來，國內外弱電設備遭受雷電襲擊而導致損失重大的事件屢見報端，尤其是電力系統的變電站微波塔遭遇雷電襲擊后，導致保護裝置、遠動設備和通訊設備大量受損的雷擊事故時有發生，不僅給企業帶來了巨大損失。就蘇橋礦而言2011年因雷擊導致設備直接受損的就有瓦斯監控分站一臺，視頻監控攝相機兩臺；因雷電而導致供電系統家用電器受損以及變電所跳閘的事情也是數不勝數。嚴重影響了電力系統的安全、穩定運行，同時也間接影響了用戶的生產和生活。另外，因為雷電的襲擊，也出現過系統信號嚴重受到干擾和影響的雷擊事件，導致信號傳輸時產生誤碼，使信號的準確信和傳輸的速率都受到了極大的影響。

電子設備容易造受浪涌式雷擊，主要是因為電子設備的內部結構特殊以及電子設備的信號來源路徑繁雜有關。現在的電子設備都是由高度集成化了的各種芯片構成，這些芯片使得整體設備的防御能力下降，當雷電來襲時，設備就會因承受不了過壓、過流而受到損壞。同時，如今的電子設備信號來源的路徑多如牛毛，這樣的電子系統較之信號來源路徑簡單化，單一化的系統更容易遭受雷電襲擊，尤其是更容易受到雷電浪涌的危害。

2 弱電設備雷害的防護策略

防止雷害的主要是綜合運用分流、均壓、屏蔽和保護。分流一般多采用避雷針或是避雷器，直接將雷電流泄入大地；均壓一般是將不同的電纜外皮、設備外殼、金屬的管道等進行電氣搭接，制造均衡電位；屏蔽一般是設備接線時多采用屏蔽電纜，再用各種人工或自然的屏蔽設施，進行阻擋、干擾雷電的能量對設備的損害；保護一般是通過接地和保護裝置來實現，接地就是將設備所用的所有金屬構件、管道、電纜的屏蔽層等與接地網相連接。保護裝置就是當被保護的設備受到雷電襲擊或干擾時，保護裝置便會發信號或是動作跳閘，以保護設備。

2.1 弱電設備雷害的外部防護

弱電設備雷害的外部防護比較常見的方法是在設備建筑物本體處安裝一些防雷裝置。如，避雷針、法拉第籠，屏蔽網等。

避雷針，是比較常見的弱電設備防雷的裝置，非常有效，而且容易安裝，便于維護，因此也廣泛應用于各個不同的建筑或設備，防止雷害發生。避雷針之所以可以保護弱電設備，是因為在雷雨天氣，當弱電設備的建筑物上空出現帶電云層時，避雷針和建筑物頂部就會產生大量的感應電荷，根據尖端放電原理，避雷針針頭處聚焦的電荷最集中，也是最多的一處，這樣一來，帶電的云層與避雷針這兩個帶有電荷的部分，就構成了一個巨大的電容器的兩極，由于避雷針的針頭比較尖，避雷針與云層間相對應的面積就極其地小，這樣的結果就是使得這個巨大的電容器所能容納的電荷也隨著很小。換言之，也就是說它所能容納的電荷非常有限，而它卻偏偏又聚集了大量的電荷，如此一來，當云層上電荷聚焦得足夠多時，相當于電容器的兩極板間聚焦也它所不能承受的電荷量，于是，避雷針與云層之間的空氣便被擊穿，空氣變成了導體(此時相當于雷電直接襲擊避雷針的情況)。于是，云層里的電荷便由著這個通道，通過避雷針與大地相通，使得云中的電荷在瞬間便泄入大地，從而達到防雷的目的。

法拉第籠與屏蔽網的防雷害原理是一致的。為了使設備不受雷電侵害，常常利用建筑物中的金屬部件來作為法拉第籠使用，這對一般的弱電設備來說，已經就足夠了，完全可以起到防雷的作用。但是，如果是低壓電子邏輯系統、遙控、小功率信號的設備，那么僅憑建筑物內的金屬部件來進行防護是遠遠不夠的，一定要裝有，比較專業的屏蔽網，要在建筑物的屋面組成不大于5米見方的網格結構，并且要做等電位連接，使各點的電位得到充分均衡，如此才能夠避免因電位差而造成的設備損壞。

2.2 弱電設備雷害的內部防護

弱電設備雷害的內部防護方法有很多，多是聯合運用。而被保護的部分一般有兩個，一個是裝置和設備運行時所必需的電源，一個是傳輸的信號。

電源的雷害大多數都是通過線路入侵導致，而雷害的產生主要是由于設備的過壓、過流引起的，因此要想防止弱電設備的電源雷害發生，必須做好弱電設備的線路過電壓保護工作。

按照國家的相關規定，對于弱電設備的線路保護設有三級。第一級保護是設在高壓變壓器至二次低壓設備的配電盤間的電纜內芯兩端，要加裝避雷器或保護裝置；第二級保護是設在配電盤及配電箱之間的電纜內芯兩端，同樣是加裝避雷器或是保護裝置；第三級保護是設在被保護的設備前端，同樣是加裝避雷器或是保護裝置。

信號的雷害大多數是通過信號來源的路徑入侵導致，雷電造成的過電壓不僅會對控制系統造成危害，而且對昂貴的轉換器、傳感器也會造成危害。因此，對于信息系統的防護便要尤為重視。信號防雷有專業的防雷器，常見種類有網絡信號防雷器、視頻信號防雷器和音頻信號防雷器。信號防護也根據設備的重要程度不同而設置了不同的等級，有基本、綜合和精細三個等級。要采用哪一級保護，要根據所屬的保護區級別和設備的敏感度而定。

3 結語

隨著電子設備被廣泛應用于國防與科技領域，被應用于企事業單位，被應用于人們的生產與生活之中，雷電的過電壓對電子通信設備的危害也隨之變得日益嚴重。而傳統的、舊式的防護體系已經無法充分滿足網絡安全的需要，必須尋找更合適當今網絡安全發展需要的防護體系，從以往的簡單防護模式中走出來，多種防護方法聯合使用，建立起立體的、多維度的雷害防護網絡。

[1]季斌.淺談建筑物弱電設備防雷接地[J].中國高新技術企業,2009(01):39-40.

[2]李世作,梁小冰,等.平果500KV變電站弱電設備防雷研究[J].廣西電力,2001(01):52-53.

鄧金煌(1987.8—),男,漢族,2012年01月畢業于廈門理工學院電氣自動化工程專業,現在福建省廣元礦區管理委員會蘇橋煤礦從事機電技術管理工作,助理工程師。