{dy}節(jié)、雷電概述

雷擊是年復一年的嚴重自然災害之一。隨著我國現(xiàn)代化建設的不斷提高，通信、控制等弱電設備越來越多，規(guī)模越來越大。一方面大型電子計算機網絡，程控交換機組等系統(tǒng)設備耐過電流、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GB50057-94，2004年又實施GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》等一系列制度標準，目的在于加強和提高我國各行業(yè)系統(tǒng)對于防雷減災的意識和相關措施。

根據防雷中心的統(tǒng)計，近年來雷電與過電壓損壞在電子設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)務停頓、重要資料丟失、甚至系統(tǒng)崩潰，給用戶造成的間接經濟損失遠遠超過直接的硬件損失。因此對弱電設備的避雷、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：直擊雷和感應雷。

現(xiàn)代過電壓防護技術強調全方位防護，為了預防雷電災害所造成的巨大損失，用戶用電系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)、中控系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等用電設備系統(tǒng)須做好防雷措施，以系統(tǒng)設計，全方位保護以防止雷擊災害的原則，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)控及通信設備的正常使用沒有任何影響。因此，合理進行過電壓防護設計，提供高質量完整的防護設備，通過有效措施防止雷電波侵入設備，形成層層保護結構，確保設備的安全，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，某些云團帶負電荷。它們對大地的靜電感應，使地面或建（構）筑物表面產生異性電荷，當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"先導放電"。云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當到達地面時（地面上的建筑物，架空輸電線等），便會產生由地面向云團的逆導主放電。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線或金屬物產生電磁感應發(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，危害設備和人身的安全。

近些年來由于高新技術的發(fā)展，尤其是電子技術的飛速發(fā)展，推動了電子用電設備的普及和應用，其中借助計算機系統(tǒng)進行信息處理、數據處理、自動化控制、網絡通訊、設計開發(fā)等，大大提高了人們的工作質量和效率。但先進的電子設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措施，

另外，在現(xiàn)代高新技術電子產品的生產中大量采用了大規(guī)模及超大規(guī)模的電子集成電路制造技術，當今電子設備、計算機系統(tǒng)的網絡化程度越來越高，一方面大型電子計算機網絡、程控交換機組等系統(tǒng)設備富含大量的CMOS半導體集成模塊，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)自動化控制網絡、計算機網絡系統(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，產生雷擊過電壓，并侵入設備，將設備擊毀。

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用，隨著科學技術的快速發(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、構架、樹木、動植物上，由于電效應、熱效應和機械效應等混合力作用，直接摧毀建筑物，構筑物以及引起人員傷亡等，由于直擊雷的電效應，有可能使己方微電子設備遭受浪涌過電壓的危害。

感應雷——（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上產生感應電壓，該電壓通過傳導體傳送至設備，間接摧毀微電子設備。LEMP對微電子設備，特別是通訊設備和電子計算機網絡系統(tǒng)的危害{zd0}，據資料顯示，微電子設備遭雷擊損害，80%以上是由但應雷引起的。

操作過電壓——是指當電流在導體上流動時，會產生磁場儲存能量，電流越大，導線越長，儲能越多，所以當負載（特別是電感性大負荷）電器設備開關時，會產生瞬時過電壓，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

感應雷擊

－－靜電感應

－－電磁感應

由線路引入過電壓

地電位反擊

操作過電壓

地電位反擊――

直擊雷經過接閃器（如避雷針、避雷帶、避雷網等）而直放入地，導致地網地電位上升。高電壓由設備接地線引入電子設備造成地電位反擊。

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

電磁感應――

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

經線路引入過電壓――

網絡數據線路在遠端遭受直接或感應雷擊，沿網絡線路進入設備。

有線通訊線路在遠端遭受直接或感應雷擊，沿通訊線路進入設備。

電源供電線路在遠端遭受直接或感應雷擊，沿供電線路進入設備。

天線遭受直接雷擊或接受感應雷擊。

電子系統(tǒng)設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、感應雷或雷電電磁脈沖的侵害等。電網系統(tǒng)內部產生的過電壓沖擊或電磁耦合等也會造成設備損壞。

在電力網內部因系統(tǒng)操作失誤或出現(xiàn)異常工況甚至短路等故障，會引起電力網系統(tǒng)出現(xiàn)內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)內的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；本區(qū)內的電磁場沒有衰減。

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

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

4、LPZ 2區(qū)等：后續(xù)防雷區(qū)，當需要進一步減小導入的電流和電磁場時，應引入后續(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)的數越高，電磁環(huán)境的參數越低。

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，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

在機房內設置等電位連接網絡，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。其布放應盡量遠離建筑物立柱或橫梁，通信電纜線槽以及地線線槽的設計應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在不同的防雷區(qū)交界處，以及終端設備的前端根據IEC61312——雷電電磁脈沖防護標準，安裝上不同類別的電源類SPD以及通訊網絡類SPD，并將SPD與接地網絡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是用以防護電子設備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導電涌過電壓的有效手段。

5、接地

根據GB50174-93標準要求，電子計算機機房接地裝置應滿足下列接地要求：

交流工作地：

在工作或事故情況下，保證電器設備可靠地運行，降低人體接觸電壓，迅速切除故障設備或線路、降低電器設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，如果電器設備沒有保護地，當該設備某處絕緣損壞時，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備外殼，則電流流入人體形成通路，人將遭受觸電的危險。設有接地裝置后，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）、微電子設備的工作電路具有同一“電位”參考點，將所有設備的“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)的設備接于同一接地裝置后，無論是模擬量或數字量，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，保證數據處理或信號傳遞準確無誤，接地電阻應按計算機系統(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雷等浪涌過電壓、過電流的危害，所有建筑物、電氣設備、線路、網絡等不帶電金屬部分，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、網接地引下線、接地引入線、接地匯集線、接地體等。接地應接現(xiàn)行國標GB50057-94《建筑物防雷設計規(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)設計原則和設計依據

1、設計原則

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

2、設計標準、規(guī)范

參考（GB50057-94/2000年版）《建筑物防雷設計規(guī)范》

參考（GB50343-2004）《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(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）《低壓配電設計規(guī)范》

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

參考（YDJ26-89）《通信局（站）接地設計規(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、設計范圍