彈藥倉庫信息網絡系統防雷措施

孫靖杰，王曉彤，王漢昌

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島 266041）

彈藥倉庫信息網絡系統防雷措施

孫靖杰，王曉彤，王漢昌

（海軍航空工程學院青島校區，山東青島 266041）

為確保彈藥倉庫的安全，針對信息化條件下彈藥倉庫信息網絡系統這個特殊的主體，分析傳統防雷措施的不足，給出信息化網絡設備的典型防雷措施和對相關防雷設施檢查維護工作的建議。

彈藥倉庫信息網絡系統；防雷措施；檢查維護

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.75

0 前言

我軍彈藥倉庫普遍配置了裝備管理信息系統，與之配套使用的包括外接通信網絡、控制線路及電源線路等。考慮到信息系統電磁兼容性高，抗電磁干擾及耐過壓的水平比較低，容易導致雷擊事故，同時彈藥又具有易燃易爆的特性，雷擊可能會引起彈藥燃燒和爆炸，因此，必須重視彈藥倉庫信息網絡系統的防雷工作，采取有效的防雷措施，確保彈藥倉庫及庫內設施的安全。

1 雷電的破壞作用

雷擊放電形成的雷電具有電流大、時間短、頻率高、電壓高等特點。雷電具有很強的破壞作用，其中電方面表現為高壓沖擊波毀壞電氣設備，放電導致火災或爆炸。熱方面表現為巨大電流通過導體，瞬間產生大量的熱能，引起金屬熔化、可燃物或爆炸物燃燒，產生火災或爆炸。機械方面主要表現為被擊物遭到破壞，甚至爆裂成碎片。雷電的造成的破壞往往多方面并存，以火災和爆炸最為嚴重。

2 傳統的防雷措施及不足

防雷的基本原理是將雷電所產生高電位、大電流及時引入大地。常規防雷主要是防直擊雷的危害,措施主要是裝設避雷針（線、網、帶、籠）保護,通過避雷裝置將雷電引向自身，降低周圍對象遭受雷擊的可能性，從而達到保護建筑物的目的。

傳統的避雷方式能夠發揮有效的防雷效果，但在信息網絡時代對建筑物內的電子設備或信息網絡設備的防護卻會產生負面影響。

一個30 kA的中等雷電，擊中避雷針接閃的瞬間，雷擊電流通過避雷針流入大地，受雷電流陡度di/dt的作用，雷擊電流會在周圍的導體中產生感應脈沖電壓，此時的感應電壓可用式（1）表示。

式（1）中，c為雷電流引線與被感應導體間的平行距離；di/dt為雷電流陡度，為30/2.6=11.5（kA/μs）。感應脈沖電壓uj與平行距離c之間的關系見表1。

從表1可以看出，避雷針附近300 m范圍內的電子信息系統仍能受到強烈的感應脈沖電壓的侵害，且離避雷針越近，電子信息系統受到感應電壓的影響越大。

表1 感應脈沖電壓uj與平行距離c的關系

雷擊電流引入大地后，地電位會在瞬間升高，此時的地電位可用式（2）表示。

式（2）中，i為雷擊電流，R為接地電阻，l0為引線每米電感量，h為接地下引線的長度。由于雷擊產生的瞬間電流及電流陡度都非常大，如果離避雷針的接地系統間距不夠大就會產生地電位反擊，使設備遭到損壞或人身受到傷害。

由此可見，常規的避雷針式的避雷方法雖然在保護建筑免遭直擊雷方面能夠起到作用，但是會產生二次效應即感應雷和雷擊電磁脈沖，這種二次效應對于建筑物內的電子信息系統不但不能起到保護的作用，反而會增加雷擊概率和地電位反擊，造成破壞。

3 彈藥倉庫信息網絡系統防雷措施

彈藥倉庫配置裝備信息管理系統實現對彈藥的登記統計管理的同時，每個倉庫還配備1臺或多臺電子監控設備對庫內裝備存貯狀態及溫濕度進行實時監測，庫房內多處安放傳感系統，庫區內鋪設光纖配置成一個局域網絡。整個庫區形成一個大型信息網絡系統，各個倉庫作為終端向中心服務器傳輸裝備貯存信息和監測數據。由于信息化設備是由大量高集成、低電壓的集成電路和微電子控制單元構成，存在對過電壓和過電流耐受能力差、抗電磁干擾能力弱等缺點，一旦遭到雷擊，輕則受電磁脈沖影響導致信息正常傳輸受阻，重則受過電壓影響致使電路短路，導致設備失效甚至燒毀。鑒于彈藥易燃易爆的特性，一旦受到信息網絡系統不穩定的干擾，彈藥倉庫容易發生爆炸事故。

按照相關規定，信息網絡系統總的防雷原則有4點。①將絕大部分雷電流通過外部直擊雷防護裝置引入地下泄散（外部保護）。②阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓波（內部保護及過電壓保護）。③限制竄入被保護設備上浪涌過壓幅值（過電壓保護）。④屏蔽雷擊電磁場，防止雷擊電磁場干擾（屏蔽）。

因此，彈藥倉庫信息網絡系統的防雷，應該根據信息系統對雷電的敏感性和雷害途徑進行綜合性的防護。要求不僅能有效保護建筑物本身，而且必須為其內部的各類信息技術設備和網絡系統提供良好的電磁環境，并為信息系統的雷擊電磁脈沖防護提供必要的基礎條件，達到彈藥安全穩定存儲的防雷條件。防雷設施的設計、建設及維護要在滿足《建筑物電子信息系統防雷技術規范》通用要求的基礎上，嚴格按照《后方彈藥倉庫防雷技術要求》專業要求實施。具體的防護內容包括電源系統的保護、網絡和控制線路的保護、雷擊的電磁屏蔽以及等電位處理。

3.1 電源系統的保護

電源系統屬于設備與外界聯系的接口，也是信息網絡系統易遭受雷電損害的重要部位之一，電源防雷的主要措施是安裝避雷器，即浪涌保護器（Surge Protective Device，SPD），其作用是限制瞬態過電壓從電源供入端進入設備，原理是當過電壓達到一定限定值時通過避雷器中的非線性元件瞬間對地放電，當過電壓過后又能夠恢復原來的狀態，限制過電壓竄入被保護設備。電源防雷措施有5項。

（1）引入室內的交流電力線使用鎧裝電纜，采用直埋式低壓電力電纜埋地引入室內，電纜金屬護套的兩端應做良好的接地。

（2）按照國家標準，信息網絡供電采用TN-S或TN-C-S制式。

（3）電纜金屬護套在入室處作保護接地。

（4）室內所有交流用電及配電設備均采取接地保護。交流保護接地從接地匯集線上專引，嚴禁采用中性線作為交流保護接地線。

（5）對三相總電源、進入室內的電源和用電設備前安裝避雷器進行三級保護。

3.2 網絡和控制線路的保護

信息網絡系統包含大量的數據線、控制電路和通信線路等外接線路，雷擊發生時，網絡線路感應到過電壓將影響網絡的正常運行甚至導致整個網絡癱瘓，對網絡和控制線路的保護措施有3項。

（1）在交換機中繼線入口加裝信號線路浪涌保護器，每線1個。

（2）在與外部連接的寬帶通信線路或SON和DN專線等加裝信號浪涌保護器。

（3）在有天饋線接入到大樓內部的地方加裝天饋線的避雷器，設計上可以根據不同的同軸電纜接口提供不同的產品。

3.3 雷擊電磁屏蔽

信息網絡設備內部多采用集成電路和電子元器件，雷擊發生時產生的暫態電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上，造成器件或電路的損壞。防護的方法是將通過屏蔽阻擋或衰減電磁輻射的傳播，具體屏蔽措施有3項。

（1）在信息網絡設備外表做金屬屏蔽處理并做好屏蔽接地，使雷電電磁感應通過屏蔽層泄流到大地。

（2）在庫房外部加裝金屬屏蔽網。（3）對傳輸電纜加裝金屬護套。

3.4 等電位處理

為了消除雷電暫態電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，需要對庫內的各種金屬構件進行等電位連接，即將室內的電子設備、組件和元件的金屬外殼或構架連接在一起，并與建筑物的防雷接地系統相連接，形成一個電氣上的連續整體，可以在發生雷擊時避免在不同的金屬外殼或構架之間出現暫態電位差，使得它們彼此間等電位。機房局部等電位連接如圖1所示。

圖1 信息網絡系統局部等電位連接圖

4 防雷設施的檢查與維護

為確保防雷設施處于良好的技術狀態，應經常對其進行檢查與維護。軍械倉庫防雷設施設備的檢測與維護主要包括日常檢查、定期檢測和維護檢修。防雷設施的日常檢查包括外觀檢查和測量檢查2個方面。

4.1 日常檢查

日常檢查由倉庫專業人員，結合日常查庫進行，每月≥2次。主要是對防雷裝置的外觀和可視部分實施例行檢查。日常檢查的主要內容可歸結為6項。

（1）防雷裝置各部分的連接是否牢固可靠，是否發生變形、松動、傾斜、傾覆。

（2）接地線和引下線是否發生斷裂、銹蝕、損傷，引下線距地面2 m以內的安全保護段有無損傷，防雷接地裝置周圍的土壤有無沉陷和流失。

（3）接閃器有無熔化、折斷，支撐物有無腐蝕，斷接測試卡有無接觸不良或開裂情況。

（4）避雷針上是否架設交叉或平行的各種線路，新引入防雷場所的各種線路是否采取了防雷措施。

（5）避雷器外絕緣套是否完整，有無破損、裂紋及放電痕跡，避雷器外絕緣套表面是否沾有污物，避雷器的上下引線有無斷線、斷股和燒蝕痕跡，避雷器的固定是否牢固，有無松動、傾斜。

（6）鎧裝電纜的金屬外皮與避雷器的連線、鎧裝電纜末端的金屬外皮與保護接地的連線是否有松動和斷線情況。等電位連接端子板的連接有無松動，浪涌保護器接線端子有無松動，浪涌保護器狀態指示標志有無變化。

4.2 定期檢測

定期檢測由倉庫主管業務部門組織，由專業技術人員在每年雷雨季節之前進行。主要是對防雷裝置的各項技術指標進行測試檢查，必要時對防雷裝置中的不可視部分通過拆卸和開挖進行檢查。定期檢測的主要內容可概括為4項。

（1）對所有防雷接地裝置的接地電阻進行測試并作好記錄。接地電阻的測試宜在每年雷雨季節之前進行，但雨后不宜進行接地電阻的測試。

（2）測試儀器可選用數字或指針式接地電阻測試儀。使用配有電壓和電流探針的測試儀，按規定距離選擇電壓探針和電流探針的位置。

（3）每組接地裝置的測試次數≥3次，且選擇不同方位插入電壓和電流探針，接地電阻值取實測的平均值，并根據土壤性質進行修正。

（4）接地電阻值變化較大的接地裝置，需進行挖開檢查。對運行時間超過10 a的接地裝置，應按一定比例挖開檢查其銹蝕程度，檢查的重點部位是引下線從地面至地下0.5 m段及接地線與接地體的焊接點。

各種防雷設施接地裝置的接地電阻，應符合規定的數值。彈藥庫房避雷針的接地電阻≤10 Ω。各種避雷設施和電氣設備接地裝置的接地電阻檢查方法相同。測量時，電氣設備必須斷開電源。測量接地電阻的方法可分為電流表、電壓表測量和專用儀器測量2種。

圖2 用電流表、電壓表測量接地電阻

一是用電流表、電壓表測量接地電阻。測量原理如圖2所示。電源用一般交流電源，但該電源不允許接地，可采用雙線圈變壓器，容量≥1000 VA，否則誤差較大。輔助接地裝置的接地電阻不宜太大，可采用1根直徑45～60 mm、長2.5 m的鋼管。接地棒采用直徑25 mm、長1m的圓鋼或鋼管。為測量準確，接地棒之間的距離為20 m。

測量時先接通電源，接地電流沿輔助接地裝置和接地裝置構成回路，電流表的讀數，就可近似地看作是通過被測接地裝置的電流I，電壓表的讀數即為被測接地裝置此時的對地電壓U。按歐姆定律可求得被測接地電阻R。用這種方法測量的結果比較準確，測量設備也容易解決。缺點是準備工作較麻煩，需要獨立的交流電源和裝設輔助接地部件等。

被測接地裝置和輔助接地裝置都呈現對地電壓，特別是輔助接地裝置由于電阻較大，對地電壓也較高，因此，在接通電源時人員必須遠離，防止接觸電壓和跨步電壓危及人身安全。

二是用專用儀器測量接地電阻。測量接地電阻有電橋型、流比型、電位計型以及晶體管型等儀器。這些儀器本身都能產生交變的接地電流，不需要外加電源，而且操作簡單，攜帶方便，受干擾較小，測量過程安全可靠。圖3所示是一種接地電阻測試儀使用時的接線方法。3個接線柱E，P，C分別與被測接地裝置、接地棒、輔助接地裝置相接。以大約120 r/min的速度轉動測試儀手柄，可產生適當的交流電流，此電流沿被測接地裝置和輔助接地裝置構成回路，待穩定后，即可直接從儀表上讀出被測接地電阻的數值。

圖3 接地電阻測試儀測量接地電阻

4.3 維護檢修

維護檢修是對日常檢查和定期檢測中發現的問題及防雷設施遭受雷擊后造成的損壞進行處理。應在倉庫主管業務部門的組織下，由專業技術人員及時實施。維護檢修的主要內容有5項。

（1）對日常檢查和定期檢測中發現故障的處理。

（2）對遭受雷擊、自然災害和供電系統發生故障造成的各種損壞的處理。

（3）當浪涌保護器狀態指示標志發生變化或分段顯示剩余容量降至20%時應及時更換。

（4）對銹蝕程度超過30%的接地裝置進行大修。

（5）更換性能測試不合格的氧化鋅避雷器。

5 結語

彈藥倉庫信息網絡系統的防雷工作是彈藥倉庫安全防護工作中十分重要的一部分。分析直擊雷防護的工作原理，指出倉庫傳統防雷措施并不利于信息網絡系統的防雷。針對信息網絡系統的特點，提出以電源系統的保護、網絡和控制線路的保護、雷擊的電磁屏蔽以及等電位處理為主要思路的防雷措施，能夠有效解決信息網絡系統的防雷問題。結合實際，給出防雷設施日常檢查和定期檢測工作的主要內容。隨著信息網絡技術的發展，信息網絡系統及其設備對防雷的要求也越來越高。只有嚴格按照標準規范要求對信息網絡系統采取綜合防雷設計，才能有效防止雷擊災害的發生，保證整個信息網絡系統的安全運行。

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〔編輯 李 波〕