電子信息系統雷災事故分析及對策

蔣煥宇

嘉興市氣象局，浙江嘉興　314000

電子信息系統雷災事故分析及對策

蔣煥宇

嘉興市氣象局，浙江嘉興314000

一次強雷暴過程，造成樓宇控制系統癱瘓，大量電子設備損壞，經過現場調查分析，確定其由閃電感應及閃電電涌侵入造成的損害，通過防雷設施及部分線路進行了改進和完善，經過幾年時間，多次強雷暴天氣的檢驗，各項系統均正常運行，印證了適當的防雷措施及合理的布線對電子系統雷電防護的重要性。

雷電災害；閃電感應；閃電電涌侵入；對策

隨著通訊技術、計算機網絡技術的飛速發展，各種信息設備越來越深入人們的生活和工作中，由于微電子設備具有高密度、高速度、低電壓和低功耗等特性，極容易受到各種諸如雷電過電壓、電力系統操作過電壓、電磁脈沖等造成干擾影響其正常工作，嚴重的造成損壞并導致系統癱瘓，因此，各種電子信息系統的防雷安全工作顯得越來越重要。

1　調查現場基本情況

雷電災害發生時間：2009年6月26日16時50分；發生地點：嘉興市行政中心；天氣狀況：陣雨、雷暴。

2　雷電災害基本情況

市行政中心廣場西側高桿燈頂端遭受雷擊，據目擊者稱其“形如火龍一般，直接打在燈桿頂部，并伴有巨大聲響”此次雷擊造成市行政中心安防系統及廣場電子屏多臺設備損壞，樓宇自動控制系統（BAS）所有控制模塊遭損壞，并導致控制系統癱瘓。經工作人員排查后發現：安防系統11臺智能快速球攝機損壞，其中5臺為全損毀，6臺為控制線路損毀、AD矩陣32路報警接口全損毀、AD矩陣64路控制器發生接口部分損毀、廣場西大屏數字式視頻光端機全損毀、5對250米4米束紅外探測器全損毀；樓宇自控系統1-6號樓共計51塊Honeywell DDC智能自控模塊損壞；廣場電子顯示屏2塊圖形卡通信接口損毀、2塊控制卡損壞、9塊DC5V/40A電源模塊損毀，此次雷擊共導致直接經濟損失65.901 4萬元。雷災未造成人員傷亡。

3　雷擊災害原因分析

3.1天氣因素

天氣因素是造成此次雷電災害的首要原因，據浙江省閃電定位監測數據顯示，2009年6月26日全省共發生地閃（云地之間的閃電）27885次，為雷電定位系統建成以來日地閃次數最多的一天。

其中，嘉興地區的落雷平均密度最高，達到0.64次/km2。

3.2雷擊類型

雷電災害主要由雷電的3種形式產生，即：直擊雷、閃電感應、閃電電涌侵入。直擊雷即為當閃擊直接擊于建（構）筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上，產生電效應、熱效應和機械力者。閃電感應是指指閃電放電時，在附近導體上產生的雷電靜電感應或雷電電磁感應，它可能使金屬部件之間產生產生火花放電。閃電電涌侵入是指由于雷電對架空線路、電纜線路或金屬管道的作用，雷電波，即閃電電涌，可能沿管線侵入屋內，危及人身安全或損壞設備。

3.2.1直擊雷

根據現場勘察情況，接受雷擊的高桿燈地處空曠的市民廣場，其高度遠高于周圍其他物體，且頂端設有避雷針，在接受雷擊的同時，保護了周圍建筑物等免受直擊雷損害，經現場測試，高桿燈燈塔為全金屬體，并已做良好接地，接地電阻值為0.8Ω，符合規范標準。現場圖片如下：

市行政中心辦公樓在6月23日經嘉興市防雷設施檢測所檢測，其外部防雷設施符合規范要求，能夠滿足防御直擊雷要求，且在此次雷擊中受到損壞的電子顯示屏、架空智能快速球攝機無直擊雷產生的破裂，燒毀等狀況，據此可以判斷：直擊雷不是造成此次行政中心雷電災害的主要原因。

3.2.2閃電感應

通過調查發現，遭受雷擊損壞的智能快速球攝機、廣場西大屏數字式視頻光端機、250米4米束紅外探測器、控制廣場音樂噴泉的DDC智能自控模塊、廣場電子顯示屏控制卡、DC5V/40A電源模塊均為弱電系統的控制模塊或低電平電源模塊，在對部分損毀模塊拆開后發現，其電子線路板無燒痕、灼痕或線路燒毀情況，如圖4所示。

因此，可以判斷，造成這些控制模塊及電源模塊損壞的非雷電直擊線路產生過電流入侵所致，又由于受損設備多分布于雷擊點附近的室外，而位于行政中心內部同樣設備基本完好，其不同之處在于室內設備及線路受到建筑物空間屏蔽措施保護，而室外設備則直接裸露在空間電磁場環境中，據此可以判斷，智能快速球攝機、廣場西大屏數字式視頻光端機、250米四米束紅外探測器、控制廣場音樂噴泉的DDC智能自控模塊、廣場電子顯示屏控制卡、DC5V/40A電源模塊是由于雷擊瞬間產生的閃電感應在受損設備的信號線路及電源線路上產生的過電壓導致設備損壞，由于閃電感應產生的過電壓具有瞬時的特性，且為波形傳導，不會出現類似于雷電直擊線路導致的嚴重燒毀設備等事故，故對強電設備的危害程度較低，而對于弱電系統及低電平的電源設備具有更大的危害，且由于雷電電磁脈沖在空間傳遍，因此，危害范圍較直擊雷更大。

3.2.3閃電電涌侵入

經現場勘察發現，此次雷擊除造成室外設備損毀外，通過信號線路與室外設備相連的室內AD矩陣32路報警接口全損毀、AD矩陣64路控制器發生接口及樓宇自控系統室內控制模塊也發生損毀，調查中還發現，發生損毀的終端設備均采用同軸電纜、雙絞線等金屬導體作為傳輸介質，而采用光纖作為傳輸線的終端設備均未遭到損壞，據此可以判斷AD矩陣32路報警接口、AD矩陣64路控制器發生接口損毀為閃電感應在室外線路上產生的過電壓沿信號線路侵入室內所致；而對于樓宇控制系統的失效則應為：當室外音樂噴泉的DDC智能自控模塊由于信號線路上閃電感應受到損毀時，過電壓波會沿著控制線路總線進入整個控制系統，導致其他室內部分DDC智能自控模塊信號控制損壞，又由于市行政中心的Honeywell樓宇自控個系統采用共享總線型拓撲結構，本身存在通信介質或中間某一接口點出現故障，整個網絡隨即癱瘓的缺點，因此，閃電感應產生的閃電電涌侵入導致整個系統癱瘓。據此可以判斷，閃電電涌侵入是導致此次行政中心雷電災害的另一主要原因。

4　結論

經現場勘察、測試、對受損設備進行分析并結合嘉興市防雷設施檢測所所出具的檢測報告，得出結論：此次嘉興市行政中心雷電災害所造成的設備及系統損壞是由雷電閃擊市民廣場高桿燈而產生的閃電感應及在線路上感應出的過電壓波侵入所引起的，并無直擊雷方面產生的破壞。

5　防雷措施改進建議

5.1直擊雷防護

對行政中心的建筑物及市民廣場國旗、高桿燈塔等直擊雷防護措施進行定期檢測，對檢測存在問題的進行認真整改，并在市民廣場高桿燈塔、國旗桿等高大金屬物附近設立“雷雨天請勿靠近”等警示字樣，防止因直擊雷造成人員傷亡事故。

5.2閃電感應防護

1）采取屏蔽措施，對于室外控制模塊等弱電設備，應盡量將其設置在金屬屏蔽箱中，并對屏蔽箱進行接地，對于室外敷設的信號線路和電源線路應全程穿金屬套管埋地敷設，在設備端線路進出屏蔽箱處應將金屬管與屏蔽箱相連，在進入建筑物處將金屬管與防閃電感應接地端子相連。對于全程穿金屬套管有困難的應至少在室外設備接線端及線路進入建筑物端各穿金屬套管敷設15m。

2）綜合布線，在線路敷設過程中應避免出現大的感應回路，降低雷電電磁感應在線路回路上產生的感應過電壓。

5.3閃電電涌侵入防護

由于市行政中心建造年份為2000年，設計之初在閃電電涌侵入的防護方面未作強制性的要求，因此導致此方面防護力度不足。

1）安裝浪涌保護器，安裝浪涌保護器的目的在于用分流（限流）技術將雷電過電壓（脈沖）能量分流疏導至大地，從而達到保護的目的。電源部分的浪涌保護器防護，電源線路是雷電侵入的主要通道之一，對于高壓部分，供電部門有專用的高壓避雷裝置，而線對線的過壓則無法控制。因此，對380V低壓線路應進行過電壓保護，按國家規范要求應分為3部分：建議總配電房加裝浪涌保護器，作為一級保護；在樓層配電箱間加裝浪涌保護器，作為二級保護；在所有重要的、精密的設備前端對地加裝浪涌保護器，作為三級保護；信號部分的防護，信號線是雷電波入侵的另一個主要途徑，因此，要求對進出信息中心控制機房的不同信號線（控制信號、語音信號、視頻信號等）應加裝相應的信號浪涌保護器，在安裝過程中要充分了解信號的傳輸方式、物理接口、阻抗特性、信號電平等各項數據參數，選擇安裝適配的浪涌保護器。在實際工程中浪涌保護器的質量、性能的好壞及安裝工藝的優劣將直接影響防護的效果，因此，在安裝的過程中應選擇有相應施工資質的公司來負責。

2）采用光纜，由于光纜的傳輸介質為非導體，不會成為雷電波入侵的通道，因此在信號傳輸中采用光纜作為傳輸介質能夠極大降低雷電波入侵造成室內設備損壞的概率，但需要注意的是，光纜的金屬護套和金屬加強芯能夠成為閃電電涌侵入的通道，因此在進入設備之前，應把金屬加強芯和護套做接地處理，并在光端機處安裝適配的信號浪涌保護器，以達到更好的防雷目的。

6　防護效果

嘉興市行政中心在遭受此次雷擊損壞后，在電源、信號等線路上合理增設了浪涌保護器，并對原引入室內的普通信號線路全部換成光纜，同時進行了埋地穿管屏蔽處理。截至目前已安全運行了多年，在此期間嘉興地區多次出現強雷暴天氣，造成電子信息系統及電子設備損壞時有發生，由于嘉興市行政中心已經采取了有效的防雷保護措施，各項電子系統均安然無恙。

7　結論

本次針對嘉興市行政中心雷擊事故的原因分析及采取的相應整改措施經實踐檢驗是正確、有效的，發揮了較好的作用，同時也證明了在信息化建筑物中除做好外部防雷外，內部防雷工作也非常重要，屏蔽、合理布線及等電位連接等措施在電子信息系統防雷保護中起著舉足輕重的作用，我們必須加以重視，防患于未然，以減少雷電災害帶來的巨大損失。

［1］《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010.

［2］《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2012.

［3］《雷電災害調查技術規范》QX/T103-2009中國氣象局，2009.

［3］梅衛群，江燕如.建筑防雷工程與設計.氣象出版社，2004.

［4］張小青.建筑物內電子設備的防雷保護.電子工業出版社2002.

TN95

A

1674-6708（2016）166-0128-03

蔣煥宇，助理工程師，研究方向為防雷工程技術。