弱电设备防雷初探

摘 要：介绍了弱电系统设备设计原则及雷电对弱电设备可能引起的危害，以及弱电设备防雷的一些基本措施和浪涌保护装置选型原则，通过实际应用的案例，探讨解决方案，以便更有效地防止雷电对弱电系统的损害。
关键词：弱电设备；接地；浪涌；防雷

　 0引言

在电力系统中，对于强电设备的防雷措施比较完善，经验也比较丰富，但是对于弱电设备（如通讯设备、自动化设备、计算机及网络设备、弱电电源设备等）的防雷却显得很薄弱，每年各种弱电设备因雷击而遭受破坏的事例屡见不鲜。随着电力系统现代化、信息化进程的发展，弱电系统在整个电力系统中已占据举足轻重的地位，因此如何保护弱电系统免遭损害也越来越引起了各方面的高度重视，本文就此作一初步的探讨。

随着现代电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用及联网，使安装在弱电系统中的设备，经受着电源质量不良（如电源谐波放大、开关电磁脉冲）、直击雷、感应雷、工业操作瞬间过电压、零电位飘移等浪涌和过电压的侵袭，经常会受到各种过电压、过电流的危害。由于一些电子设备工作电压仅几伏，传递信息电流也很小，对外界的干扰极其敏感，而雷电的电压可高达数100万V，瞬间电流可高达数10万A，因此，具有极大的破坏性。避雷针能防止直接雷击，但不能阻止感应雷击过电压、操作过电压、零电位飘移过电压以及因这些过电压在泄放电流时在其周围所产生的很强的感应电压，而这些过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。雷电造成的危害是无孔不入的。尤其对计算机网络系统的危害更大。据研究当磁场强度Bm≥0．07×10－4 T时，无屏蔽的计算机会发生暂时性失效或误动作；当Bm≥2．4×10－4 T时，计算机元件会发生永久性损坏。而雷电电流周围出现的瞬变电磁场强度往往超过2．4×10－4 T。因此，有效地防止雷电对弱电系统设备所产生的危害，是保证弱电系统设备安全、稳定运行的重要前提。

1电子设备防浪涌要求

（1）耐压要求
当瞬间电压超过电子设备的绝缘耐压值时，其安全性能会降低，甚至被毁。因而电子设备的瞬间过电压应该小于其绝缘耐压值，正常的工作电压应小于保护电压。

（2）过流保护要求
电子设备的过流能力一般设计为额定电流的1．5～2倍，以此为标准选择电子元器件。如额定电流为0．22 A的计算机其最大过流能力约为0．45A，当电流大于该值时，电子设备所选用的电子元器件将会烧坏而无法正常工作，因而应该保证到达电子设备的瞬间过电流小于其额定电流的1．5～2倍。

（3）动态响应时间的要求
电子设备在设计过程中，已经采用了许多保护器件，如快熔器、压敏电阻、空气开关、继电保护器件等，每种保护器件都有特有的动态响应时间（如空气开关、继电保护器件其动态响应时间约在200 ms左右），而每种电子设备也有其保护响应时间，因而流过电子设备的浪涌的瞬态时间应该大于电子设备的动态响应时间，避免保护器件来不及响应而使浪涌通过电子设备。

（4）接地保护要求
电子设备在安装时，应做到良好接地，否则雷电所产生的浪涌能量不能有效地对地泄放而击毁器件。接地线在瞬间遭受浪涌以电感方式存在，其典型值为1μH／m，接地线上的压降为U1＝L×di／dt。对于1．5 m长的接地线L≈1．5μH，雷电在瞬间（如100μs）产生的几百安培（500 A）浪涌脉冲，其di／dt＝5×10 A／s，此时接地线上的压降U1＝L×di／dt＝1．5×10×5×10＝7．5 V，设备将承受500 A×7．5 V＝3750 W的浪涌能量，该能量将可能损伤或毁坏大部分电子设备。因此，对电子设备作可靠的接地保护，能使到达电子设备外壳的电压较小，起到安全保护的作用。但仅作接地保护是远远不够的，还必须加装浪涌保护装置。因外界侵入的浪涌能量将首先通过电子设备再对地泄放，这样流经电子设备的浪涌电流基本不变，其能量有可能很大，电子设备仍有可能被损坏；因此接地保护对于电子设备而言只能是一种辅助性保护。