淺析弱電設(shè)備的雷害及其防護(hù)策略

鄧金煌

(福建省廣元礦區(qū)管理委員會(huì)蘇橋煤礦,福建三明 366105)

淺析弱電設(shè)備的雷害及其防護(hù)策略

鄧金煌

(福建省廣元礦區(qū)管理委員會(huì)蘇橋煤礦,福建三明 366105)

隨著電子技術(shù)越來(lái)越先進(jìn),我們生產(chǎn)、生活中所應(yīng)用到的自動(dòng)控制設(shè)備、電子產(chǎn)品也越來(lái)越多,我們受益于這些電子技術(shù)的同時(shí),也受到它被損壞而造成巨大損失的困擾,本文從引起弱電設(shè)備雷害的原因入手,結(jié)合蘇橋礦視頻監(jiān)控及瓦斯監(jiān)控應(yīng)用的實(shí)際,進(jìn)行深入淺出的分析,最后給出弱電設(shè)備的雷害內(nèi)、外防護(hù)策略,僅供同行參考。

弱電設(shè)備 雷害 防護(hù)策略

1 弱電設(shè)備雷害及其成因

隨著電子技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，我們工作、生活中所應(yīng)用到的自動(dòng)控制設(shè)備、電子產(chǎn)品也越來(lái)越多，我們受益于這些電子技術(shù)的同時(shí)，也受到它被損壞而造成巨大損失的困擾。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外弱電設(shè)備遭受雷電襲擊而導(dǎo)致?lián)p失重大的事件屢見(jiàn)報(bào)端，尤其是電力系統(tǒng)的變電站微波塔遭遇雷電襲擊后，導(dǎo)致保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和通訊設(shè)備大量受損的雷擊事故時(shí)有發(fā)生，不僅給企業(yè)帶來(lái)了巨大損失。就蘇橋礦而言2011年因雷擊導(dǎo)致設(shè)備直接受損的就有瓦斯監(jiān)控分站一臺(tái)，視頻監(jiān)控?cái)z相機(jī)兩臺(tái)；因雷電而導(dǎo)致供電系統(tǒng)家用電器受損以及變電所跳閘的事情也是數(shù)不勝數(shù)。嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也間接影響了用戶的生產(chǎn)和生活。另外，因?yàn)槔纂姷囊u擊，也出現(xiàn)過(guò)系統(tǒng)信號(hào)嚴(yán)重受到干擾和影響的雷擊事件，導(dǎo)致信號(hào)傳輸時(shí)產(chǎn)生誤碼，使信號(hào)的準(zhǔn)確信和傳輸?shù)乃俾识际艿搅藰O大的影響。

電子設(shè)備容易造受浪涌式雷擊，主要是因?yàn)殡娮釉O(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊以及電子設(shè)備的信號(hào)來(lái)源路徑繁雜有關(guān)?，F(xiàn)在的電子設(shè)備都是由高度集成化了的各種芯片構(gòu)成，這些芯片使得整體設(shè)備的防御能力下降，當(dāng)雷電來(lái)襲時(shí)，設(shè)備就會(huì)因承受不了過(guò)壓、過(guò)流而受到損壞。同時(shí)，如今的電子設(shè)備信號(hào)來(lái)源的路徑多如牛毛，這樣的電子系統(tǒng)較之信號(hào)來(lái)源路徑簡(jiǎn)單化，單一化的系統(tǒng)更容易遭受雷電襲擊，尤其是更容易受到雷電浪涌的危害。

2 弱電設(shè)備雷害的防護(hù)策略

防止雷害的主要是綜合運(yùn)用分流、均壓、屏蔽和保護(hù)。分流一般多采用避雷針或是避雷器，直接將雷電流泄入大地；均壓一般是將不同的電纜外皮、設(shè)備外殼、金屬的管道等進(jìn)行電氣搭接，制造均衡電位；屏蔽一般是設(shè)備接線時(shí)多采用屏蔽電纜，再用各種人工或自然的屏蔽設(shè)施，進(jìn)行阻擋、干擾雷電的能量對(duì)設(shè)備的損害；保護(hù)一般是通過(guò)接地和保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，接地就是將設(shè)備所用的所有金屬構(gòu)件、管道、電纜的屏蔽層等與接地網(wǎng)相連接。保護(hù)裝置就是當(dāng)被保護(hù)的設(shè)備受到雷電襲擊或干擾時(shí)，保護(hù)裝置便會(huì)發(fā)信號(hào)或是動(dòng)作跳閘，以保護(hù)設(shè)備。

2.1 弱電設(shè)備雷害的外部防護(hù)

弱電設(shè)備雷害的外部防護(hù)比較常見(jiàn)的方法是在設(shè)備建筑物本體處安裝一些防雷裝置。如，避雷針、法拉第籠，屏蔽網(wǎng)等。

避雷針，是比較常見(jiàn)的弱電設(shè)備防雷的裝置，非常有效，而且容易安裝，便于維護(hù)，因此也廣泛應(yīng)用于各個(gè)不同的建筑或設(shè)備，防止雷害發(fā)生。避雷針之所以可以保護(hù)弱電設(shè)備，是因?yàn)樵诶子晏鞖?，?dāng)弱電設(shè)備的建筑物上空出現(xiàn)帶電云層時(shí)，避雷針和建筑物頂部就會(huì)產(chǎn)生大量的感應(yīng)電荷，根據(jù)尖端放電原理，避雷針針頭處聚焦的電荷最集中，也是最多的一處，這樣一來(lái)，帶電的云層與避雷針這兩個(gè)帶有電荷的部分，就構(gòu)成了一個(gè)巨大的電容器的兩極，由于避雷針的針頭比較尖，避雷針與云層間相對(duì)應(yīng)的面積就極其地小，這樣的結(jié)果就是使得這個(gè)巨大的電容器所能容納的電荷也隨著很小。換言之，也就是說(shuō)它所能容納的電荷非常有限，而它卻偏偏又聚集了大量的電荷，如此一來(lái)，當(dāng)云層上電荷聚焦得足夠多時(shí)，相當(dāng)于電容器的兩極板間聚焦也它所不能承受的電荷量，于是，避雷針與云層之間的空氣便被擊穿，空氣變成了導(dǎo)體(此時(shí)相當(dāng)于雷電直接襲擊避雷針的情況)。于是，云層里的電荷便由著這個(gè)通道，通過(guò)避雷針與大地相通，使得云中的電荷在瞬間便泄入大地，從而達(dá)到防雷的目的。

法拉第籠與屏蔽網(wǎng)的防雷害原理是一致的。為了使設(shè)備不受雷電侵害，常常利用建筑物中的金屬部件來(lái)作為法拉第籠使用，這對(duì)一般的弱電設(shè)備來(lái)說(shuō)，已經(jīng)就足夠了，完全可以起到防雷的作用。但是，如果是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號(hào)的設(shè)備，那么僅憑建筑物內(nèi)的金屬部件來(lái)進(jìn)行防護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，一定要裝有，比較專業(yè)的屏蔽網(wǎng)，要在建筑物的屋面組成不大于5米見(jiàn)方的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并且要做等電位連接，使各點(diǎn)的電位得到充分均衡，如此才能夠避免因電位差而造成的設(shè)備損壞。

2.2 弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護(hù)

弱電設(shè)備雷害的內(nèi)部防護(hù)方法有很多，多是聯(lián)合運(yùn)用。而被保護(hù)的部分一般有兩個(gè)，一個(gè)是裝置和設(shè)備運(yùn)行時(shí)所必需的電源，一個(gè)是傳輸?shù)男盘?hào)。

電源的雷害大多數(shù)都是通過(guò)線路入侵導(dǎo)致，而雷害的產(chǎn)生主要是由于設(shè)備的過(guò)壓、過(guò)流引起的，因此要想防止弱電設(shè)備的電源雷害發(fā)生，必須做好弱電設(shè)備的線路過(guò)電壓保護(hù)工作。

按照國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于弱電設(shè)備的線路保護(hù)設(shè)有三級(jí)。第一級(jí)保護(hù)是設(shè)在高壓變壓器至二次低壓設(shè)備的配電盤(pán)間的電纜內(nèi)芯兩端，要加裝避雷器或保護(hù)裝置；第二級(jí)保護(hù)是設(shè)在配電盤(pán)及配電箱之間的電纜內(nèi)芯兩端，同樣是加裝避雷器或是保護(hù)裝置；第三級(jí)保護(hù)是設(shè)在被保護(hù)的設(shè)備前端，同樣是加裝避雷器或是保護(hù)裝置。

信號(hào)的雷害大多數(shù)是通過(guò)信號(hào)來(lái)源的路徑入侵導(dǎo)致，雷電造成的過(guò)電壓不僅會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)造成危害，而且對(duì)昂貴的轉(zhuǎn)換器、傳感器也會(huì)造成危害。因此，對(duì)于信息系統(tǒng)的防護(hù)便要尤為重視。信號(hào)防雷有專業(yè)的防雷器，常見(jiàn)種類(lèi)有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器、視頻信號(hào)防雷器和音頻信號(hào)防雷器。信號(hào)防護(hù)也根據(jù)設(shè)備的重要程度不同而設(shè)置了不同的等級(jí)，有基本、綜合和精細(xì)三個(gè)等級(jí)。要采用哪一級(jí)保護(hù)，要根據(jù)所屬的保護(hù)區(qū)級(jí)別和設(shè)備的敏感度而定。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用于國(guó)防與科技領(lǐng)域，被應(yīng)用于企事業(yè)單位，被應(yīng)用于人們的生產(chǎn)與生活之中，雷電的過(guò)電壓對(duì)電子通信設(shè)備的危害也隨之變得日益嚴(yán)重。而傳統(tǒng)的、舊式的防護(hù)體系已經(jīng)無(wú)法充分滿足網(wǎng)絡(luò)安全的需要，必須尋找更合適當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展需要的防護(hù)體系，從以往的簡(jiǎn)單防護(hù)模式中走出來(lái)，多種防護(hù)方法聯(lián)合使用，建立起立體的、多維度的雷害防護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

[1]季斌.淺談建筑物弱電設(shè)備防雷接地[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2009(01):39-40.

[2]李世作,梁小冰,等.平果500KV變電站弱電設(shè)備防雷研究[J].廣西電力,2001(01):52-53.

鄧金煌(1987.8—),男,漢族,2012年01月畢業(yè)于廈門(mén)理工學(xué)院電氣自動(dòng)化工程專業(yè),現(xiàn)在福建省廣元礦區(qū)管理委員會(huì)蘇橋煤礦從事機(jī)電技術(shù)管理工作,助理工程師。