{dy}節(jié)、雷電概述

雷擊是年復(fù)一年的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的不斷提高，通信、控制等弱電設(shè)備越來越多，規(guī)模越來越大。一方面大型電子計算機網(wǎng)絡(luò)，程控交換機組等系統(tǒng)設(shè)備耐過電流、耐雷電壓的水平越來越低，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波的侵入，致使雷電災(zāi)害頻頻發(fā)生。我國防雷界情況與國際電工委員會同步，1994年1月1日起執(zhí)行的強制國標(biāo)GB50057-94，2004年又實施GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》等一系列制度標(biāo)準(zhǔn)，目的在于加強和提高我國各行業(yè)系統(tǒng)對于防雷減災(zāi)的意識和相關(guān)措施。

根據(jù)防雷中心的統(tǒng)計，近年來雷電與過電壓損壞在電子設(shè)備的損害事故原因中已占{jd1}的因素，而且還有逐年上升的趨勢。并且由于雷電過電壓損壞造成的系統(tǒng)停頓、業(yè)務(wù)停頓、重要資料丟失、甚至系統(tǒng)崩潰，給用戶造成的間接經(jīng)濟損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直接的硬件損失。因此對弱電設(shè)備的避雷、過電壓防護已成為具有時代特點的一項迫切要求。根據(jù)不同的破壞機理，雷這種特殊的自然放電現(xiàn)象表現(xiàn)為兩種形式：直擊雷和感應(yīng)雷。

現(xiàn)代過電壓防護技術(shù)強調(diào)全方位防護，為了預(yù)防雷電災(zāi)害所造成的巨大損失，用戶用電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、中控系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等用電設(shè)備系統(tǒng)須做好防雷措施，以系統(tǒng)設(shè)計，全方位保護以防止雷擊災(zāi)害的原則，綜合治理，建立一套完整過電壓防護系統(tǒng)，并把過電壓防護看做一個系統(tǒng)工程。除建筑過電壓防護要符合規(guī)范外，并且對電源系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、地電位反擊等各個方面，要求嚴(yán)格作好雷電防護工作；并且，確保安裝LEO過電壓防護器件后對供電、監(jiān)控及通信設(shè)備的正常使用沒有任何影響。因此，合理進行過電壓防護設(shè)計，提供高質(zhì)量完整的防護設(shè)備，通過有效措施防止雷電波侵入設(shè)備，形成層層保護結(jié)構(gòu)，確保設(shè)備的安全，使其在雷電環(huán)境中能安全可靠運行。

第二節(jié)雷電的危害及電子設(shè)備遭受雷電的途徑和防雷原理

雷電是一種大氣中放電現(xiàn)象，產(chǎn)生于積雨中，積雨云在形成過程中，某些云團帶正電荷，某些云團帶負(fù)電荷。它們對大地的靜電感應(yīng)，使地面或建（構(gòu)）筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度時，不同電荷云團之間，或與大地之間的電場強度可以擊穿空氣（一般為25-30KV/cm），游離放電，我們稱之為"先導(dǎo)放電"。云對地的先導(dǎo)放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當(dāng)?shù)竭_(dá)地面時（地面上的建筑物，架空輸電線等），便會產(chǎn)生由地面向云團的逆導(dǎo)主放電。在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會出現(xiàn)很大的雷電流（一般為幾十千安至幾百千安），并隨之發(fā)生強烈的閃電和巨響，這就形成雷電。

帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，稱之為“直擊雷”，其破壞機理主要是機械破壞作用；帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷，直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻的存在，以至出現(xiàn)局部高電壓。直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，叫做“二次雷擊”或稱“感應(yīng)雷”，其破壞機理主要是雷電高壓以波的形式沿電源線、電話線等侵入室內(nèi)，危害設(shè)備和人身的安全。

近些年來由于高新技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了電子用電設(shè)備的普及和應(yīng)用，其中借助計算機系統(tǒng)進行信息處理、數(shù)據(jù)處理、自動化控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、設(shè)計開發(fā)等，大大提高了人們的工作質(zhì)量和效率。但先進的電子設(shè)備包括電子計算機耐受過電壓、過電流的能力相對較低，同時也缺乏必要的雷害防護技術(shù)措施，

另外，在現(xiàn)代高新技術(shù)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中大量采用了大規(guī)模及超大規(guī)模的電子集成電路制造技術(shù)，當(dāng)今電子設(shè)備、計算機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度越來越高，一方面大型電子計算機網(wǎng)絡(luò)、程控交換機組等系統(tǒng)設(shè)備富含大量的CMOS半導(dǎo)體集成模塊，而耐過電流、耐雷電壓的水平反而隨之降低，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波的侵入，如通訊系統(tǒng)、視頻、信號、工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡(luò)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，它們的傳輸線路，特別是暴露在室外的長距離輸送線，以及動力電源輸送線路等，都有可能遭受雷擊，產(chǎn)生雷擊過電壓，并侵入設(shè)備，將設(shè)備擊毀。

計算機、通信和儀表控制系統(tǒng)（以下統(tǒng)稱“微電子系統(tǒng)”）在工業(yè)化社會得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，這些系統(tǒng)的微電子器件的集成化和微型化程度愈來愈高，而其元器件的抗電氣沖擊水平卻都很低，因此，防雷問題和元器件間、系統(tǒng)間的電磁兼容問題日顯突出。

一、雷擊的分類：

直擊雷擊——是指雷電直接擊在建筑物、構(gòu)架、樹木、動植物上，由于電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械效應(yīng)等混合力作用，直接摧毀建筑物，構(gòu)筑物以及引起人員傷亡等，由于直擊雷的電效應(yīng)，有可能使己方微電子設(shè)備遭受浪涌過電壓的危害。

感應(yīng)雷——（又稱二次雷擊），是指雷云之間或雷云對地之間的放電而在附近的架空線路、埋地線路、金屬管線等類似的傳導(dǎo)上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓通過傳導(dǎo)體傳送至設(shè)備，間接摧毀微電子設(shè)備。LEMP對微電子設(shè)備，特別是通訊設(shè)備和電子計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害{zd0}，據(jù)資料顯示，微電子設(shè)備遭雷擊損害，80%以上是由但應(yīng)雷引起的。

操作過電壓——是指當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動時，會產(chǎn)生磁場儲存能量，電流越大，導(dǎo)線越長，儲能越多，所以當(dāng)負(fù)載（特別是電感性大負(fù)荷）電器設(shè)備開關(guān)時，會產(chǎn)生瞬時過電壓，操作過電壓同LEMP一樣，可以間接損害微電子設(shè)備。

雷擊屬于浪涌的一種，浪涌也叫突波，顧名思義超出正常工作電壓的瞬間過電壓。

二、雷電損害途徑：

直接雷擊

感應(yīng)雷擊

－－靜電感應(yīng)

－－電磁感應(yīng)

由線路引入過電壓

地電位反擊

操作過電壓

地電位反擊――

直擊雷經(jīng)過接閃器（如避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等）而直放入地，導(dǎo)致地網(wǎng)地電位上升。高電壓由設(shè)備接地線引入電子設(shè)備造成地電位反擊。

臨近建筑物或附近地面、樹木等遭受雷擊，同時帶來感應(yīng)雷和附近地面的跨步電壓（低電壓反擊）。

電磁感應(yīng)――

雷電流沿引下線入地時，在引下線周圍產(chǎn)生磁場，引下線周圍的各種金屬管（線）上經(jīng)感應(yīng)而產(chǎn)生過電壓。建筑物內(nèi)部的各種線路，雷擊電磁脈沖輻射，進入設(shè)備。

經(jīng)線路引入過電壓――

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線路在遠(yuǎn)端遭受直接或感應(yīng)雷擊，沿網(wǎng)絡(luò)線路進入設(shè)備。

有線通訊線路在遠(yuǎn)端遭受直接或感應(yīng)雷擊，沿通訊線路進入設(shè)備。

電源供電線路在遠(yuǎn)端遭受直接或感應(yīng)雷擊，沿供電線路進入設(shè)備。

天線遭受直接雷擊或接受感應(yīng)雷擊。

電子系統(tǒng)設(shè)備遭受雷害的途徑有直擊雷的侵害、反擊，由電源線路引入的雷電侵入波、感應(yīng)雷或雷電電磁脈沖的侵害等。電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的過電壓沖擊或電磁耦合等也會造成設(shè)備損壞。

在電力網(wǎng)內(nèi)部因系統(tǒng)操作失誤或出現(xiàn)異常工況甚至短路等故障，會引起電力網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部過電壓或電壓瞬態(tài)降低的現(xiàn)象。

三、雷電防護區(qū)的劃分

按照IEC61312-1及GB50057-94（2000）要求，將要保護的空間劃分為不同的防雷區(qū)，以規(guī)定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴(yán)重程度和指明各區(qū)交界處的等電位連接點的位置。各區(qū)以在其交界處的電磁環(huán)境有明顯改變作為劃分不同防雷區(qū)的特征。防雷區(qū)宜按以下分區(qū)：

1、LPZ OA區(qū)：直擊雷非防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導(dǎo)走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。

2、LPZ OB區(qū)：直擊雷防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。

3、LPZ 1區(qū)：屏蔽防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比LPZ OB更小；本區(qū)內(nèi)的電磁場可能衰減，這取決于屏蔽措施。

4、LPZ 2區(qū)等：后續(xù)防雷區(qū)，當(dāng)需要進一步減小導(dǎo)入的電流和電磁場時，應(yīng)引入后續(xù)雷區(qū)，并按照需要保護的系統(tǒng)所要求的環(huán)境選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。通常，防雷區(qū)的數(shù)越高，電磁環(huán)境的參數(shù)越低。

四、雷電防護措施

一個完整的防雷體系，必須包括天空、地面、地下三個層面。也就是說天空有完整的避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等；地面有優(yōu)良的防雷器件、防電磁脈沖屏蔽、均壓匯集環(huán)、等電位連接等；地下有完整可靠的地網(wǎng)，給雷電流提供良好的泄放通道。其全面防護參見下圖。

1、接閃與引下

2、均壓連接與屏蔽

在機房內(nèi)設(shè)置等電位連接網(wǎng)絡(luò)，安裝均壓環(huán)，同時通信電纜線槽及地線線槽需用金屬屏蔽線槽，且做等電位連接。其布放應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物立柱或橫梁，通信電纜線槽以及地線線槽的設(shè)計應(yīng)盡可能與建筑物立柱或橫梁交叉。

3、分流泄流

進入建筑物大樓的電源線和通訊線應(yīng)在不同的防雷區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)IEC61312——雷電電磁脈沖防護標(biāo)準(zhǔn)，安裝上不同類別的電源類SPD以及通訊網(wǎng)絡(luò)類SPD，并將SPD與接地網(wǎng)絡(luò)有效連接以將各類線路中的過電壓通過SPD裝置泄流入地（SPD瞬態(tài)過電壓保護器）。SPD是用以防護電子設(shè)備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓的有效手段。

5、接地

根據(jù)GB50174-93標(biāo)準(zhǔn)要求，電子計算機機房接地裝置應(yīng)滿足下列接地要求：

交流工作地：

在工作或事故情況下，保證電器設(shè)備可靠地運行，降低人體接觸電壓，迅速切除故障設(shè)備或線路、降低電器設(shè)備和輸電線路的絕緣水平，接地電阻不大于4歐姆。

安全保護地：

在中性點不接地系統(tǒng)中，如果電器設(shè)備沒有保護地，當(dāng)該設(shè)備某處絕緣損壞時，外殼將帶電，同時由于線路與大地間存在電容，人體觸及此絕緣損壞的電器設(shè)備外殼，則電流流入人體形成通路，人將遭受觸電的危險。設(shè)有接地裝置后，接地電流將同時沿著接地體和人體兩條通路流過，接地體電阻愈小，流過人體的電流也愈小，接地電阻極微小時，流經(jīng)人體的電流可不至于造成危害，人體避免觸電的危險，接地電阻不大于4歐姆。

直流工作地：

計算機以及一切微電子設(shè)備，大部分采用中、大規(guī)模集成電路，工作于較低的直流電壓下，為使同一系統(tǒng)的電腦（計算機）、微電子設(shè)備的工作電路具有同一“電位”參考點，將所有設(shè)備的“零”電位點接于一接地裝置，它可以穩(wěn)定電路的電位，防止外來干擾，這稱為直流工作接地。

同一系統(tǒng)的設(shè)備接于同一接地裝置后，無論是模擬量或數(shù)字量，在進行通信或交換時，才有統(tǒng)一的“電位”參考點，從而給接于同一接地裝置的計算機或微電子設(shè)備，提供穩(wěn)定的工作電位，有效地衰減以至xc各種電磁干擾，保證數(shù)據(jù)處理或信號傳遞準(zhǔn)確無誤，接地電阻應(yīng)按計算機系統(tǒng)具體要求確定。

防雷接地：

為使雷電浪涌電流泄入大地，使被保護物免遭直擊雷或感應(yīng)雷等浪涌過電壓、過電流的危害，所有建筑物、電氣設(shè)備、線路、網(wǎng)絡(luò)等不帶電金屬部分，金屬護套，避雷器，以及一切水、氣管道等均應(yīng)與防雷接地裝置作金屬性連接。防雷接地裝置包括避雷針、帶、線、網(wǎng)接地引下線、接地引入線、接地匯集線、接地體等。接地應(yīng)接現(xiàn)行國標(biāo)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》執(zhí)行。

交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷接地單獨設(shè)置接地裝置時，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不大于其中最小值。

第三節(jié)設(shè)計原則和設(shè)計依據(jù)

1、設(shè)計原則

為降低雷電對建筑物設(shè)施設(shè)備的危害，保護生命和財產(chǎn)安全，保障建筑物供電系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)設(shè)備的正常運行。

2、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

參考（GB50057-94/2000年版）《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》

參考（GB50343-2004）《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》

參考（GB50169-2006）《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》

參考（GB9361-88）《計算機站場地安全要求》

參考（GB50054-95）《低壓配電設(shè)計規(guī)范》

參考（YD5098-2005）《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》

參考（YDJ26-89）《通信局（站）接地設(shè)計規(guī)范》

參考（YD.T 1235.1）《通信局（站）低壓配電系統(tǒng)用電涌保護器技術(shù)要求》

參考（GA173-1998）《計算機信息系統(tǒng)防雷保護器》

參考（GA267-2000）《計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護規(guī)范》

參考（DL/T621-1997）《交流電器裝置的接地》

3、設(shè)計范圍