弱电设备的防雷分析

摘要 本文介绍了计算机等弱电设备遭雷电危害的主要途径，对弱电设备防雷的技术原则及措施作一般分析。

关键词 计算机；弱电设备；防雷分析

中图分类号TU85 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0067-02

1 概述

随着计算机技术的发展，各种各样的自动化化设备广泛应用于发电厂的控制、保护，监控、通信等系统。这对电力系统的安全稳定运行提供了巨大保障。但是，计算机等弱电设备进入，也给系统带来了许多前所未有的问题。因为计算机都是采用大规模的集成电路芯片，而这些高度集成的电路芯片对雷电等侵入波电流极其敏感，对过电压的承受能力很低，当雷电等过电压超过某一定值时，就会引起系统失灵或元器件的损坏。这时一般强电设备的防雷措施已不足以保护电子系统的雷电波入侵问题。因此，加强和改进计算机等弱电设备（系统）的防雷保护，已经成为电力系统利用计算机技术提高运行的安全可靠性、经济性和自动化水平的至关紧要的问题。

2 雷电危害弱电设备的途径

雷电放电过程中包括雷云与雷云之间放电，或直接击向大地，都会产生强大的静电感应和磁场感应，最终在附近金属物体或引线产生瞬间尖峰冲击电压而破坏设备。它其实主要是透过电阻性或电感性两种方式耦合到电子设备的电源线，控制线或通讯线上，最终把设备打坏，或造成控制设备的误动作（详见图1）。

雷电，特别是感应雷过电压是造成弱电设备受损的主要原因。感应雷电侵入损坏弱电设备的主要途径有以下两点：

1）感应雷过电压通过弱电设备的电源线路侵入弱电设备；

2）感应雷过电压通过弱电设备的信号传输线路侵入弱电设备。

3 弱电设备防雷保护的技术原则

如前所述，感应雷主要是透过电源线、信号线或数据线入侵而破坏电子设备，所以感应雷的防护是要在各种线路的进出端口安装适当而优良的防雷器，在安装防雷器时可以考虑以下原则：

1）设备所在的地方是否处于高雷击区而经常有雷击发生；

2）设备本身的价值是否很高，值得保护；

3）设备一旦发生损坏是否容易引起人员伤亡；

4）设备本身的价值不高，那么一旦它遭雷电击坏后，是否引起较严重的间接经济损失；

5）接地网的设计及连接情况；

6）设备的外接线路是否加有屏蔽并且远离建筑物的接地金属体。

一个典型而较为全面的感应雷防雷器安装示范图如图2所示：

1、信道设备防雷器（包括电话及各种数据线）.2、电源防雷箱.3、法拉第笼

图2感应防雷器安装示意图

4 弱电设备防雷保护的技术措施

弱电设备抗过电压能力低，在雷雨季节极易受到雷电波的侵害，造成设备的损坏和误动作。弱电设备的电源系统（包括直流供电系统）可能受到侵入过电压和感应过电压的危害，在实际运用中应加装电源防雷（过压）保护器（SPD）进行多级保护，将过电压降低到无危害的水平，对于引入控制室的信号线，网络线和微波馈线，均应加装信号防雷（过压）保护器，保证监测系统及通信的正常工作。

对于弱电设备的防雷保护，总体来说是一个综合性的问题，要对接地、屏蔽、分流、均压等多个环节都要认真对待，才能确保设备的安全。

4.1 接地

弱电系统的接地是为了保证系统的可靠性、稳定性，希望接地电流受外界条件影响时，接地点的电位变化尽量少，因此希望接点地电阻越小越好。良好的接地能有效降低接地点的电压，避免反击发生。接地是整个防雷的基础环节，接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来

4.2 屏蔽

屏蔽就是为了防止外界雷电波入系统，而采用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，同时对屏蔽体外壳须进行有效接地。一般来说，为减少外界雷电波的干扰，装设有弱电设备的建筑物钢筋、金属地板构架等均应相互焊接，形成等电位法拉第笼。

4.3 分流

分流就是一切从室外进来的导线与接地线之间并联一种适当的避雷器。当入侵的雷电波沿着这些导线进入室内的弱电设备时，避雷器的电阻突然降低，以达到将入侵电流分流入地的目的。为保证分流效果，接地引下线要有足够的面积，同时要防止接地线中途有断裂的情况。需要注意的是在雷电波分流后，仍会有少部分沿导线进入设备，因此对重要设备在导线进入机壳应进行多级分流。

4.4 均压

均压就是在同一层面、同一房间内的四周设置一闭环的接地母线带，并将里面所有设备接到接地母线上，使各设备形成一具等电位岛，保证各设备之间不用产生有害的电位差。避免因旁侧闪络对人员和设备构成危害。

5 工程实例

飞来峡水利枢纽拥有诸多的自动化、计算机、通信等弱电系统，并且位于雷击高发区，主要采用了阀型避雷器、避雷针和避雷线三种避雷方式。枢纽设备多次遭雷电的危害，损失严重。通过采取室外、室内两个方面改善防雷措施，取得了更好的效果。

5.1 室外接地网改造

针对室外接地网接地电阻不符合要求的问题，通过新造接地网的办法，用4根长2.5mΦ2”钢管打接地网,采用4×40的扁铁连接，同时用4×40的扁铁作为引下线，另外，用4×40的扁铁将新打的地网与原来的接地网相连，使接地电阻

5.2 室内设备防雷改进

将通信及自动化系统机房进行屏蔽处理，同时在机房用3×30扁铜制作一汇流排进行等电位处理，并通过一条70mm2的铜芯线与接地网相连接。对电源采用防雷器进行三级保护，总进线电源一级防雷，主要是防止直击雷和传导雷；在重要设备进线配电箱安装电源防雷器作二级防雷；最后采用插座式电源防雷器作设备的三级防雷。

通过一系列的防雷改进，整个枢纽弱电设备的防雷情况大为改善，设备遭雷击损坏情况大大减少。

6 结论

随着发电厂自动化设备改造的不断进行，计算机等电子设备的应用越来越广泛，若未采取必要的防雷措施，弱电设备则较容易因雷击造成损坏。各发电厂应根据设备的实际情况采用相应的防雷保护措施，但由于电子防雷是一项复杂的系统工程，因此，需要我们根据实际情况不断改进和完善，对于提高发电厂设备的安全可靠运行具有重要意义。

参考文献

[1]建筑物防雷设计规范(GB50057-94)中国计划出版社，2001.

[2]雷电的防护.中国大百科全书.电工(卷释文)，1992.