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【摘要】随着电力系统现代化、信息化进程的发展，弱电系统在整个电力系统中已占据举足轻重的地位，因此如何保护弱电系统及其设备免遭损害也越来越引起了各方面的高度重视。本文作者首先分析了弱电设备雷电危害的主要原因，其次对电子设备防浪涌问题进行了阐述，最后对弱电设备的防雷保护措施提出了自己的一些建议。
【关键词】弱电设备；雷电；防雷保护
中图分类号：TU856文献标识码： A 文章编号：
引言
在电力系统中,对于强电设备的防雷措施比较完善,经验也比较丰富,但是对于弱电设备(如通信设备、自动控制设备、计算机及网络设备、弱电电源设备等)的防雷却显得很薄弱,每年各种弱电设备因雷击而遭受破坏的事例屡见不鲜。近年来,随着电力系统现代化、信息化进程的发展,自动控制系统在电力工业中的应用越来越广,弱电系统在整个电力系统中的地位越来越重要.实际中,在电力系统中增加自动控制系统的同时,往往对自动控制系统的防雷未加考虑或考虑不够,一旦有雷电波侵入,设备损坏是巨大的,有的甚至使整个系统瘫痪,造成无可挽回的损失。电力工业在受益于自动控制系统带来的极大方便的同时,也受到其一旦损坏就损失巨大的困扰。因此,有必要对电力系统中的自动测报系统、通信系统、计算机监控系统、工业电视图像系统、MIS系统、继电保护装置等弱电设备进行防雷及过电压保护技术改造,有效地降低雷害的损伤程度,保证电力系统安全稳定运行。
1 弱电设备雷电危害的主要原因分析
雷电会导致多种不同形式的危害，没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害，通過各种有效的办法可将雷害的程度降到最低，在多年的实际中人们对直击雷、感应雷、球形雷的认识比较高，防护也相对完善，但对雷电浪涌的防护意识和防护措施相对比较薄弱 ， 以上所列的四次典型的雷击弱电设备的情况就是对弱电防雷考虑不够造成的。其主要的雷电形式及雷害情况有以下几种情况：
1.1雷电浪涌
它是近年来由于微电子的不断使用引起人们极大重视的一种雷电危害形式，同时其防护方式也不断完善。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片)，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜人电脑设备。美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在10000h(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次，其中超过1000V的就有300余次。这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。
1.2 直击雷
它是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。
1.3 感应雷
它是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直接雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。
2电子设备防浪涌要求
2.1耐压要求
当瞬间电压超过电子设备的绝缘耐压值时,其安全性能会降低,甚至被毁.因而电子设备的瞬间过电压应该小于其绝缘耐压值,正常的工作电压应小于保护电压。
2.2过流保护要求
电子设备的过流能力一般设计为额定电流的1.5-2倍,以此为标准选择电子元器件.如额定电流为0.22 A的计算机其最大过流能力约为0.45A。当电流大于该值时,电子设备所选用的电子元器件将会烧坏而无法正常工作,因而应该保证到达电子设备的瞬间过电流小于其额定电流的1.5-2倍。
2.3动态响应时间要求
电子设备在设计过程中,已经采用了许多保护器件,如快熔器、压敏电阻、空气开关、继电保护器件等。每种保护器件都有特有的动态响应时间(如空气开关、继电保护器件其动态响应时间约在200 ms左右),而每种电子设备也有其保护响应时间,因而流过电子设备的浪涌的瞬态时间应该大于电子设备的动态响应时间,避免保护器件来不及响应而使浪涌通过电子设备。
2.4接地保护要求
电子设备在安装时,应做到良好接地,否则雷电所产生的浪涌能量不能有效地对地泄放而击毁器件.接地线在瞬间遭受浪涌以电感方式存在,接地线上的压降为u1=Ldi(t)/dt。对于1.5 m长的接地线L≈1.5μH，雷电在瞬间产生的几百安培浪涌电流，其di(t)/dt可达5×106A/s。
此时接地线上的压降u1=Ldi(t)/dt=1.5×10-6×5×106=7.5 V。设备将承受几kW的浪涌能量.该能量将可能损伤或毁坏大部分电子设备。因此，对电子设备作可靠的接地保护，能使到达电子设备外壳的电压较小，起到安全保护的作用。但仅作接地保护是远远不够的,还必须加装浪涌保护装置。因外界侵入的浪涌能量将首先通过电子设备再对地泄放,这样流经电子设备的浪涌电流基本不变,其能量有可能很大，电子设备仍有可能被损坏.因此接地保护对于电子设备而言只能是一种辅助性保护。
3弱电设备防雷保护措施
按照防护范围可将弱电设备的防雷措施分为两类，外部防护和内部防护。外部防护是指对安装弱电设备的建筑物本体的安全防护，可采用避雷针、分流、屏蔽网、均衡电位、接地等措施，这种防护措施人们比较重视、比较常见，相对来说比较完善。内部防护是指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护。
3.1 弱电设备的外部防护
弱电设备的外部防护首先是使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引人大地；其次是在将雷电流引人大地的时候尽量将雷电流分流，避免造成过电压危害设备；第三是利用建筑物中的金属部件以及钢筋可以作为不规则的法拉第笼，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的设备是低压电子逻辑系统、遥控、小功率信号电路的电器，则需要加装专门的屏蔽网，在整个屋面组成不大于 5m－5m，6m－4m 的网格，所有均压环采用避雷带等电位连接；第四是建筑物各点的电位均衡，避免由于电位差危害设备；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷击建筑物时接点电位损坏设备。
3.2内部防护措施
内部防雷是指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护,在设备受到过电压侵袭时,保护装置能快速动作泄放能量,从而保护设备免受损坏,可采用等电位联接、屏蔽、保护隔离、合理布线和设置过电压保护器等措施。内部防雷分为电源防雷和信号防雷：
（1)电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过防雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁防雷器后继续毁坏后续设备,以及防止线缆遭受二次感应,依照有关防雷工程试行草案,应采取分级保护、逐级泄流的原则。一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源防雷器;二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二级或三级电源防雷器。为了确保遭受雷击时,高电压首先经过一级电源防雷器,然后再经过二级电源防雷器,一级电源防雷器和二级电源防雷器之间的距离要大于10-15m。如果两者间距不够,可采用带线圈的防雷箱,这样可以避免二级电源防雷器首先遭受雷击而损坏。
（2)信号防雷系统由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量,因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击,而目前大部分设备由于电子元器件的高度集成化而使耐过电压、耐过电流水平下降,必须在网络通信接口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。对通信系统进行防雷保护,选取适当保护装置非常重要,应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。对于信息系统,应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定,精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。
结束语
弱电设备的雷电危害是有目共睹的，采用具体措施可有效地降低雷害。只有采取正确、全面的防雷措施才是保证弱电设备安全可靠运行的关键。
参考文献
【1】汤放奇，胡登宇，肖金华．弱电设备的雷害分析及防雷保护[J]．长沙电力学院学报，2005，20(5)
【2】张文渊.弱电设备防雷与接地技术的探讨[J].江苏电器,2001,(2).
【3】张佐星， 李季群.弱电设备的防雷保护[J].湖北电力，2009,33(4)
【关键词】弱电设备；雷电；防雷保护
中图分类号：TU856文献标识码： A 文章编号：
引言
在电力系统中,对于强电设备的防雷措施比较完善,经验也比较丰富,但是对于弱电设备(如通信设备、自动控制设备、计算机及网络设备、弱电电源设备等)的防雷却显得很薄弱,每年各种弱电设备因雷击而遭受破坏的事例屡见不鲜。近年来,随着电力系统现代化、信息化进程的发展,自动控制系统在电力工业中的应用越来越广,弱电系统在整个电力系统中的地位越来越重要.实际中,在电力系统中增加自动控制系统的同时,往往对自动控制系统的防雷未加考虑或考虑不够,一旦有雷电波侵入,设备损坏是巨大的,有的甚至使整个系统瘫痪,造成无可挽回的损失。电力工业在受益于自动控制系统带来的极大方便的同时,也受到其一旦损坏就损失巨大的困扰。因此,有必要对电力系统中的自动测报系统、通信系统、计算机监控系统、工业电视图像系统、MIS系统、继电保护装置等弱电设备进行防雷及过电压保护技术改造,有效地降低雷害的损伤程度,保证电力系统安全稳定运行。
1 弱电设备雷电危害的主要原因分析
雷电会导致多种不同形式的危害，没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害，通過各种有效的办法可将雷害的程度降到最低，在多年的实际中人们对直击雷、感应雷、球形雷的认识比较高，防护也相对完善，但对雷电浪涌的防护意识和防护措施相对比较薄弱 ， 以上所列的四次典型的雷击弱电设备的情况就是对弱电防雷考虑不够造成的。其主要的雷电形式及雷害情况有以下几种情况：
1.1雷电浪涌
它是近年来由于微电子的不断使用引起人们极大重视的一种雷电危害形式，同时其防护方式也不断完善。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片)，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜人电脑设备。美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在10000h(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次，其中超过1000V的就有300余次。这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。
1.2 直击雷
它是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。
1.3 感应雷
它是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直接雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。
2电子设备防浪涌要求
2.1耐压要求
当瞬间电压超过电子设备的绝缘耐压值时,其安全性能会降低,甚至被毁.因而电子设备的瞬间过电压应该小于其绝缘耐压值,正常的工作电压应小于保护电压。
2.2过流保护要求
电子设备的过流能力一般设计为额定电流的1.5-2倍,以此为标准选择电子元器件.如额定电流为0.22 A的计算机其最大过流能力约为0.45A。当电流大于该值时,电子设备所选用的电子元器件将会烧坏而无法正常工作,因而应该保证到达电子设备的瞬间过电流小于其额定电流的1.5-2倍。
2.3动态响应时间要求
电子设备在设计过程中,已经采用了许多保护器件,如快熔器、压敏电阻、空气开关、继电保护器件等。每种保护器件都有特有的动态响应时间(如空气开关、继电保护器件其动态响应时间约在200 ms左右),而每种电子设备也有其保护响应时间,因而流过电子设备的浪涌的瞬态时间应该大于电子设备的动态响应时间,避免保护器件来不及响应而使浪涌通过电子设备。
2.4接地保护要求
电子设备在安装时,应做到良好接地,否则雷电所产生的浪涌能量不能有效地对地泄放而击毁器件.接地线在瞬间遭受浪涌以电感方式存在,接地线上的压降为u1=Ldi(t)/dt。对于1.5 m长的接地线L≈1.5μH，雷电在瞬间产生的几百安培浪涌电流，其di(t)/dt可达5×106A/s。
此时接地线上的压降u1=Ldi(t)/dt=1.5×10-6×5×106=7.5 V。设备将承受几kW的浪涌能量.该能量将可能损伤或毁坏大部分电子设备。因此，对电子设备作可靠的接地保护，能使到达电子设备外壳的电压较小，起到安全保护的作用。但仅作接地保护是远远不够的,还必须加装浪涌保护装置。因外界侵入的浪涌能量将首先通过电子设备再对地泄放,这样流经电子设备的浪涌电流基本不变,其能量有可能很大，电子设备仍有可能被损坏.因此接地保护对于电子设备而言只能是一种辅助性保护。
3弱电设备防雷保护措施
按照防护范围可将弱电设备的防雷措施分为两类，外部防护和内部防护。外部防护是指对安装弱电设备的建筑物本体的安全防护，可采用避雷针、分流、屏蔽网、均衡电位、接地等措施，这种防护措施人们比较重视、比较常见，相对来说比较完善。内部防护是指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护。
3.1 弱电设备的外部防护
弱电设备的外部防护首先是使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引人大地；其次是在将雷电流引人大地的时候尽量将雷电流分流，避免造成过电压危害设备；第三是利用建筑物中的金属部件以及钢筋可以作为不规则的法拉第笼，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的设备是低压电子逻辑系统、遥控、小功率信号电路的电器，则需要加装专门的屏蔽网，在整个屋面组成不大于 5m－5m，6m－4m 的网格，所有均压环采用避雷带等电位连接；第四是建筑物各点的电位均衡，避免由于电位差危害设备；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷击建筑物时接点电位损坏设备。
3.2内部防护措施
内部防雷是指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统内部过电压)的防护,在设备受到过电压侵袭时,保护装置能快速动作泄放能量,从而保护设备免受损坏,可采用等电位联接、屏蔽、保护隔离、合理布线和设置过电压保护器等措施。内部防雷分为电源防雷和信号防雷：
（1)电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过防雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁防雷器后继续毁坏后续设备,以及防止线缆遭受二次感应,依照有关防雷工程试行草案,应采取分级保护、逐级泄流的原则。一是在大楼电源的总进线处安装放电电流较大的一级电源防雷器;二是在重要楼层或重要设备电源的进线处加装二级或三级电源防雷器。为了确保遭受雷击时,高电压首先经过一级电源防雷器,然后再经过二级电源防雷器,一级电源防雷器和二级电源防雷器之间的距离要大于10-15m。如果两者间距不够,可采用带线圈的防雷箱,这样可以避免二级电源防雷器首先遭受雷击而损坏。
（2)信号防雷系统由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量,因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击,而目前大部分设备由于电子元器件的高度集成化而使耐过电压、耐过电流水平下降,必须在网络通信接口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。对通信系统进行防雷保护,选取适当保护装置非常重要,应充分考虑防雷产品与通信系统匹配。对于信息系统,应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定,精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。
结束语
弱电设备的雷电危害是有目共睹的，采用具体措施可有效地降低雷害。只有采取正确、全面的防雷措施才是保证弱电设备安全可靠运行的关键。
参考文献
【1】汤放奇，胡登宇，肖金华．弱电设备的雷害分析及防雷保护[J]．长沙电力学院学报，2005，20(5)
【2】张文渊.弱电设备防雷与接地技术的探讨[J].江苏电器,2001,(2).
【3】张佐星， 李季群.弱电设备的防雷保护[J].湖北电力，2009,33(4)