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一、概述
1、淺析弱電系統(tǒng)的雷電危害
雷擊是一種自然現(xiàn)象，它能釋放出巨大的能量、具有極強(qiáng)大的破壞能力。幾個(gè)世紀(jì)來(lái)，人類通過(guò)對(duì)雷擊破壞性的研究、探索，對(duì)雷電的危害采取了一定的預(yù)防措施，有效地降低了雷害。
近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，弱電系統(tǒng)在生產(chǎn)生活各個(gè)方面的使用越來(lái)越廣，人們?cè)谑芤嬗谖㈦娮拥臉O大方便的同時(shí)，也受到其一旦損壞就損失巨大的困擾。實(shí)際中，在增加弱電系統(tǒng)的時(shí)候，往往對(duì)弱電系統(tǒng)的防雷未加考慮或考慮不夠的情況較多，一旦有雷電波侵入，設(shè)備損壞一般是巨大的，有的甚至使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，造成無(wú)可挽回的損失。
分析這些類雷擊事故的主要原因是由于一次設(shè)備發(fā)生雷擊后在弱電設(shè)備造成的浪涌超過(guò)了設(shè)備承受的能力而損壞設(shè)備的，浪涌的主要形式是電源浪涌、信號(hào)浪涌。而這種浪涌在新建或擴(kuò)建設(shè)備時(shí)又往往不被重視，所以才會(huì)造成嚴(yán)重的損失。
2、弱電系統(tǒng)雷害的主要原因分析
雷電會(huì)導(dǎo)致多種不同形式的危害，沒(méi)有任何一種辦法可以全面防止雷電的危害，通過(guò)各種有效的辦法可將雷害的程度降到最低，在多年的實(shí)際中人們對(duì)直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷的認(rèn)識(shí)比較高，防護(hù)也相對(duì)完善，但對(duì)雷電浪涌的防護(hù)意識(shí)和防護(hù)措施相對(duì)比較薄弱，對(duì)弱電系統(tǒng)的雷電浪涌考慮不夠造成的雷擊事件屢見不鮮。主要的雷電形式及雷害情況有以下
幾種情況：
(1)直擊雷是指雷電直接擊在建筑物構(gòu)架、動(dòng)植物上，因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。
(2)感應(yīng)雷是雷電在雷云之間或雷云對(duì)地放電時(shí)，在附近的戶外傳輸信號(hào)線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒(méi)有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。
(3)雷電浪涌是近年來(lái)由于微電子的不斷使用引起人們極大重視的一種雷電危害形式，同時(shí)其防護(hù)方式也不斷完善。最常見的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發(fā)生時(shí)在電源和通訊線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化，從而造成設(shè)備耐壓、耐過(guò)電流的水平下降，對(duì)雷電(包括感應(yīng)雷及操作過(guò)電壓浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信號(hào)來(lái)源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。浪涌電壓可以從電源線或信號(hào)線等途徑竄人電腦設(shè)備。信號(hào)系統(tǒng)浪涌電壓的主要來(lái)源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾、無(wú)線電干擾和靜電干擾。金屬物體(如電話線)受到這些干擾信號(hào)的影響，會(huì)使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率。排除這些干擾將會(huì)改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況。美國(guó)GE公司測(cè)定一般家庭、飯店、公寓等低壓配電線(110V)在10000h(約一年零兩個(gè)月)內(nèi)在線間發(fā)生的超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數(shù)達(dá)到800余次，其中超過(guò)1000V的就有300余次。這樣的浪涌電壓完全有可能一次性將電子設(shè)備損壞。
3、弱電系統(tǒng)雷害的影響
弱電系統(tǒng)的雷擊危害所帶來(lái)的影響是很嚴(yán)重的，如下圖所示：
二、弱電系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)依據(jù)
GB50057-94 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》
YD/T1235-2002 《通信局（站）低壓配電系統(tǒng)用電涌保護(hù)器》
YD/T5098-2001 《通信局（站）雷電過(guò)電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》
YD5078-98 《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定》
YDJ26-89 《通信局(站)接地設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)范》
GA173-2002 《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》
GA267-2000 《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護(hù)規(guī)范》
DL/T621-97 《交流電氣裝置的接地》
DL548-94 《電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程》
IEC61024 《建筑物防雷》
IEC61312 《雷電電磁脈沖的防護(hù)》
IEC61643 《連接至低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)器》
IEC60664 《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合》
IEC、ITU及UL有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范
三、弱電系統(tǒng)的防雷措施
我公司是一家專門從事現(xiàn)代防雷理論研究、防雷產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)制造、防雷工程設(shè)計(jì)施工的專業(yè)防雷公司。根據(jù)多年來(lái)的防雷經(jīng)驗(yàn)，對(duì)弱電系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致的分析，總結(jié)出以下措施：
按照防護(hù)范圍可將弱電系統(tǒng)的防雷措施分為兩個(gè)部分進(jìn)行：外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)。其中外部防護(hù)主要是指對(duì)安裝有弱電系統(tǒng)的建筑物本體的雷電防護(hù)（即直擊雷防護(hù)）；內(nèi)部防護(hù)指在建筑物內(nèi)部弱電系統(tǒng)對(duì)過(guò)電壓的雷電防護(hù)（即感應(yīng)雷防護(hù)）。如下圖所示：
1、弱電系統(tǒng)的外部防護(hù)：
弱電系統(tǒng)的外部防護(hù)首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引人大地；其次是在將雷電流引人大地的時(shí)候盡量將雷電流分流，避免造成過(guò)電壓危害設(shè)備；第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規(guī)則的法拉第籠，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的設(shè)備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號(hào)電路的電器，則需要加裝專門的屏蔽網(wǎng)，在整個(gè)屋面組成符合規(guī)范要求大小的網(wǎng)格，所有均壓環(huán)采用避雷帶等電位連接；第四是建筑物各點(diǎn)的電位均衡，避免由于電位差危害設(shè)備；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷擊建筑物時(shí)接點(diǎn)電位損壞設(shè)備。
2、弱電系統(tǒng)的內(nèi)部防護(hù)：
從EMC(電磁兼容)的觀點(diǎn)來(lái)看，防雷保護(hù)由外到內(nèi)應(yīng)劃分為多級(jí)保護(hù)區(qū)。最外層為0級(jí)，是直接雷擊區(qū)域，危險(xiǎn)性最高，主要是由外部(建筑)防雷系統(tǒng)保護(hù)，越往里則危險(xiǎn)程度越低。保護(hù)區(qū)的界面劃分主要通過(guò)防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構(gòu)成的屏蔽層而形成，從0級(jí)保護(hù)區(qū)到最內(nèi)層保護(hù)區(qū)，必須實(shí)行分層多級(jí)保護(hù)，從而將過(guò)電壓降到設(shè)備能承受的水平。一般而言，雷電流經(jīng)傳統(tǒng)避雷裝置后約有50%是直接泄人大地，還有50%將平均流人各電氣通道(如電源線，信號(hào)線和金屬管道等)。
隨著電腦通信設(shè)備的大規(guī)模使用，雷電以及操作瞬間過(guò)電壓造成的危害越來(lái)越嚴(yán)重。以往的防護(hù)體系已不能滿足電腦通信網(wǎng)絡(luò)安全的要求。應(yīng)從單純一維防護(hù)轉(zhuǎn)為三維防護(hù)，包括：防直擊雷，防感應(yīng)雷電波侵入，防雷電電磁感應(yīng)，防地電位反擊以及操作瞬間過(guò)電壓影響等多方面作系統(tǒng)綜合考慮。
多級(jí)分級(jí)(類)保護(hù)原則：即根據(jù)電氣、微電子設(shè)備的不同功能及不同受保護(hù)程序和所屬保護(hù)層確定保護(hù)要點(diǎn)作分類保護(hù)；根據(jù)雷電和操作瞬間過(guò)電壓危害的可能通道從電源線到信號(hào)線路都應(yīng)做多級(jí)層保護(hù)。
2.1 電源部分的防雷措施
弱電設(shè)備的電源雷電侵害主要是通過(guò)線路侵入。高壓部分有專用高壓避雷裝置，電力傳輸線把對(duì)地的電壓限制到小于6000V(1EEEEC62.41)，而線對(duì)線則無(wú)法控制。所以，對(duì)380V低壓線路應(yīng)進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，按國(guó)家規(guī)范應(yīng)有三部分：建議在高壓變壓器后端到二次低壓設(shè)備的總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加防雷器，作一級(jí)保護(hù)；在二次低壓設(shè)備的總配電盤至二次低壓設(shè)備的配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對(duì)地加裝防雷器，作二級(jí)保護(hù)；在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端應(yīng)對(duì)地加裝避雷器或保護(hù)器，作為三級(jí)保護(hù)。目的是用分流(限幅)技術(shù)即采用高吸收能量的分流設(shè)備(避雷器)將雷電過(guò)電壓(脈沖)能量分流泄人大地，達(dá)到保護(hù)目的，所以，分流(限幅)技術(shù)中采用防護(hù)器的品質(zhì)、性能的好壞是直接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的關(guān)鍵，因此，選擇合格優(yōu)良的避雷器或保護(hù)器至關(guān)重要。
2.2 信號(hào)部分的防雷措施
對(duì)于信息系統(tǒng)，應(yīng)分為粗保護(hù)和精細(xì)保護(hù)。粗保護(hù)量級(jí)根據(jù)所屬保護(hù)區(qū)的級(jí)別確定，精細(xì)保護(hù)要根據(jù)電子設(shè)備的敏感度和重要性來(lái)進(jìn)行確定。在重要設(shè)備和敏感設(shè)備的前端安裝相應(yīng)的避雷器。
2.3 等電位連接及接地處理
均衡弱電系統(tǒng)各設(shè)備設(shè)施間的電位差對(duì)其防護(hù)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，另外一定要有一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，因所有防雷系統(tǒng)都需要通過(guò)接地系統(tǒng)把雷電流泄人大地，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。如果機(jī)房接地系統(tǒng)做得不好，不但會(huì)引起設(shè)備故障，燒壞元器件，嚴(yán)重的還將危害工作人員的生命安全。另外還有防干擾的屏蔽問(wèn)題，防靜電的問(wèn)題都需要通過(guò)建立良好的接地系統(tǒng)來(lái)解決。
3、弱電系統(tǒng)的接地措施：
一個(gè)良好的接地系統(tǒng)是保護(hù)人身、設(shè)備安全、系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保證，也是防雷系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。在《電子計(jì)算機(jī)房防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5O174-93）中，第6.4.3條明確提出：交流工作接地、安全保護(hù)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(dú)設(shè)置接地裝置時(shí)，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值，并應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)標(biāo)《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求采取防止反擊措施。
接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應(yīng)雷、或其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地。接地電阻越小，散流就越快，被雷擊物體高電位保持時(shí)間就越短，危險(xiǎn)性就越小。對(duì)于場(chǎng)地的接地電阻要求≤4歐姆，并且采取共用接地的方法將避雷接地、電器安全接地、交流地、直流地統(tǒng)一為一個(gè)接地裝置。如有特殊要求設(shè)置獨(dú)立地，則應(yīng)在兩地網(wǎng)間用地極保護(hù)器連接，這樣，兩地網(wǎng)之間平時(shí)是獨(dú)立的，防止干擾，當(dāng)雷電流來(lái)到時(shí)兩地網(wǎng)間通過(guò)地極保護(hù)器瞬間連通，形成等電位連接。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，弱電系統(tǒng)的防雷問(wèn)題是一個(gè)綜合性的工作，尤其是弱電系統(tǒng)的雷電浪涌防護(hù)還重視不夠，也常常由其而引起設(shè)備的損壞，所以在完善弱電系統(tǒng)外部防護(hù)的同時(shí)，要加強(qiáng)弱電系統(tǒng)的內(nèi)部防護(hù)，建議加強(qiáng)以下幾方面的工作；
(1)首先要完善弱電外部雷電防護(hù)，將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散。
(2)其次要阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號(hào)線引入的過(guò)電壓波。
(3)第三限制鉗位被保護(hù)設(shè)備上浪涌過(guò)壓過(guò)流幅值在設(shè)備可承受的范圍。
四、應(yīng)用實(shí)例
1、某公司辦公區(qū)的防雷：
一般辦公區(qū)防雷，一般指：僅針對(duì)有限區(qū)域進(jìn)行防護(hù)，辦公大樓主體防護(hù)另論。
根據(jù)貴公司要求，主要針對(duì)辦公區(qū)各種通用辦公設(shè)備、安防設(shè)備等進(jìn)行防雷保護(hù)。
主要從兩個(gè)方面加以防護(hù)：
1.1、電源系統(tǒng)
針對(duì)獨(dú)立辦公區(qū)域的電源開關(guān)盒位置，應(yīng)該做兩級(jí)防護(hù)（視大樓整體已做直擊雷防護(hù)為前提），可選用40KA 三相/單相交流電源防雷器，根據(jù)辦公區(qū)域?qū)嶋H供電情況來(lái)選擇，一般均為三相供電，型號(hào)分別為：TP40B/4（三相）。對(duì)于辦公區(qū)域內(nèi)貴重設(shè)備/重要設(shè)備/獨(dú)立于辦公區(qū)域外的設(shè)備，如：各種專用貴重設(shè)備、服務(wù)器、獨(dú)立于辦公區(qū)域之外的監(jiān)控器/攝像頭/防盜告警感應(yīng)器等，應(yīng)考慮單獨(dú)做一級(jí)電源防護(hù)，產(chǎn)品選型同上，一般為單相電源供電，選用單相交流電源防雷器（型號(hào)：TP20B/2）。
1.2、信號(hào)系統(tǒng)
如信息系統(tǒng)——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)信號(hào)，安防系統(tǒng)各類信號(hào)等等。從各種系統(tǒng)角度細(xì)分，一般有：
1.2.1 信息系統(tǒng)
離開有限辦公區(qū)域的一切進(jìn)出線，均應(yīng)考慮做防雷保護(hù)，如進(jìn)/出戶電腦網(wǎng)線，或DDN 專線、ADSL 專線、電話線MODEM 線路，主要選用產(chǎn)品有：網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器（型號(hào)：TS05H/J4）；DDN 專線防雷保護(hù)器（型號(hào)：TS180L/R2）；ADSL專線、電話線一般用音頻信號(hào)防雷器（型號(hào)：TS180L/R2）。
1.2.2 通訊系統(tǒng)
主要針對(duì)辦公區(qū)域內(nèi)（電話）用戶交換機(jī)的外線進(jìn)行防雷保護(hù)，主要選用產(chǎn)品有：?jiǎn)慰谝纛l信號(hào)防雷器（型號(hào)：TS180L/R2）；多口音頻信號(hào)防雷箱，有8 口音頻信號(hào)防雷箱（型號(hào)：TS180L/B8R2）；16 口音頻信號(hào)防雷箱（型號(hào)：TS180L/B16R2）。
1.2.3 安防系統(tǒng)（包括視頻監(jiān)控、防盜告警系統(tǒng)等）
視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)每一臺(tái)監(jiān)控器，以及監(jiān)控主機(jī)，進(jìn)行電源、信號(hào)防雷保護(hù)，一般每臺(tái)設(shè)備需選用一只單相交流電源防雷器（型號(hào)：TP20B/2）；每一個(gè)視頻口（主機(jī)、監(jiān)控器/攝像頭側(cè)均需要）安裝一只視頻信號(hào)防雷器（型號(hào)：TS05L/BNC）；對(duì)于有控制線的監(jiān)控器與主機(jī)間各需安裝一只控制線信號(hào)防雷器（型號(hào)：TS05L/P2 或TS05L/P4）。防盜告警系統(tǒng)，一般情況，主要針對(duì)，防盜告警系統(tǒng)輸出線路（如告警用電話線路等）；設(shè)于獨(dú)立辦公區(qū)域之外的感應(yīng)器進(jìn)戶線，以及其自身的電源和信號(hào)線應(yīng)進(jìn)行防雷保護(hù)。防雷產(chǎn)品選用同上（視頻監(jiān)控系統(tǒng)），信號(hào)部分一般僅選用控制線信號(hào)防雷器。
防雷措施的實(shí)施：
對(duì)于一切防雷設(shè)備，一般必須做有效防雷接地，方可保障防雷保護(hù)效果?！敖拥嘏c等電位連接”，對(duì)于防雷保護(hù)而言是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。一般有兩種做法：做完整的合乎標(biāo)準(zhǔn)要求的獨(dú)立的接地系統(tǒng)；或僅針對(duì)有限辦公區(qū)域，做閉合式均壓環(huán)路以進(jìn)行等電位連接，同時(shí)，將閉合式均壓環(huán)路與辦公大樓主結(jié)構(gòu)鋼筋有效連接。其次，才是防雷器的標(biāo)準(zhǔn)的、有效的安裝。防雷措施的實(shí)施，一般應(yīng)由專業(yè)人員來(lái)完成！
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