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弱电设备雷电危害和防护措施

2021-12-14 16:57:51

以下内容来源:《中国电业》2020年05期,信息转载,仅供参考!


摘要


随着我国电子技术的迅速发展,弱电设备在人们的日常生活起着至关重要的作用。雷电作为一种自然灾害现象,常常会造成承受雷电等电磁脉冲及浪涌能力较弱的弱电设备的损坏,轻则造成信息传递的错误、丢失,重则导致系统的永 久性崩溃。因此,本文对弱电设备雷电危害的主要原因进行分析,探究正确的雷电防护措施,以减少雷电危害带来的损失。


弱电设备指采用24V以下供电的设备,主要包括通讯设备、自动监控及报警系统设备、计算机网络系统,如多彩网、电视、计算机等。随着现代电子高新技术的飞速发展,弱电设备在人们日常生活中的应用也变得愈加广泛,人们也越来越依赖弱电设备所带来的方便快捷。但弱电设备因其高度集成化、低工作电频、校工作电流的特点,极易遭受雷电危害并受到损坏,严重影响到人们的日常工作。近年来,人们逐渐重视起雷电灾害尤其是雷电浪涌对弱电设备所带来的危害,并通过各种方法来减轻雷电危害并做好相应的预防措施。本文通过对雷电危害的认识及对弱电设备雷电危害的原因进行分析,探讨了如何防护雷电对弱电设备的危害。

一 雷电的危害


中国因其独特的地理位置而遭受了许多自然灾害,其中,雷电灾害就是一种发生频繁且破坏性巨大的自然灾害。在大气对流严重的天气中,常会发生雷电现象,对弱电设备产生影响。积雨云中上下不同电荷的分布会使云的上下部形成电位差,在电位差达到一定程度后,就会产生放电现象[1]。每年的雷雨季节,雷电灾害频发,时常造成弱电设备的损坏,并因此给人们带来巨大的经济损失[2]。在中国,东莞一带地区的雷电灾害最为严重,夏季5~8月之间,雷电都会给东莞带来上千万的经济亏损,当季GDP亏损可接近6%。因此,我们要重视防雷措施,减少雷电灾害对弱电设备带来的损坏。

二 弱电设备雷电危害的主要原因


雷电危害形式多种,且危害巨大,目前尚未找到有效方法来防止其危害,只能根据其特点来采取相应的措施以最 大程度的降低危害。雷电对设备产生的危害可分为直击雷、感应雷和雷电浪涌。

直击雷

直击雷指雷电直接击中建筑物和动植物,强大的电流冲击会造成建筑物的损坏,动植物的严重损伤甚至瞬间死亡。直击雷是积雨云中强大的静电高压电场使电荷对地面上物体形成的尖端放电,以卸载电荷。

感应雷

感应雷指高强度的感应电荷瞬间积累形成高压电场放电,会导致电气设备的烧毁,同时还可对人身造成伤害。感应雷是云层放电瞬间形成的强大电磁场在地表金属导体,包括通讯网络、输电网络及其他金属设备等,形成感应电荷并瞬间放电。感应雷相较直击雷相对温和,但发生概率更高且可以进行二次破坏,会对弱电设备产生极大的破坏力。

雷电浪涌

雷电浪涌并非直接由雷击造成,而是雷击的发生时设备中感应的电流浪涌引起的。近年来,最 常见的弱电设备损坏情况不是由直击雷或感应雷造成的,而是由雷电浪涌造成的。浪涌的形式包括电源浪涌、信号浪涌等。弱电设备其内部结构通常高度集成化,电子元器件灵敏,耐压、耐过电流的能力十分脆弱,极易因浪涌电压而损坏。此外,弱电设备信号来源路径多彩网,雷电波的侵入也就更加容易。浪涌电压可通过信号线及电源线途径窜入设备并一次性将其完全毁坏,信号系统浪涌电压还会使金属物体(如多彩网线)受到干扰信号的影响,从而出现传输数据误码、速率下降等情况[3]。

三 弱电设备的防雷措施


弱电设备的防雷措施可根据防护范围来划分,包括外部防护和内部防护。外部防护指对有弱电设备的建筑物外部安装避雷针、屏蔽网、均衡电位及接地处理等安全防护措施。内部防护指在建筑物内部弱电设备对过电压(雷电或电源系统过电压)的防护,措施包括:屏蔽、保护隔离、合理布线、等电位联结和设置过电压保护器等。

外部防护

首先要利用建筑物顶部的避雷针将雷电产生的电流引入大地;还需利用避雷针尽量将雷电流分流,避免出现过电压危害弱电设备的现象出现;其次是利用建筑物中的金属部件或钢筋形成保护网,可以在一定程度上屏蔽电压,若是低压、遥控、小功率信号的电子逻辑系统的设备,需增加专门的屏蔽网,形成不大于5m×5m,6m×4m的网格,减小雷电电磁波干扰;同时要确保屋内各处电位均衡,避免出现电位差危害弱电设备;最后,安装有弱电设备的建筑物本身要做好良好的接地设置,如将水平接地体围绕建筑物敷设成闭合环形,从周边引出数条水平放射性来降低冲击接地电阻,从而降低雷电危害(接地示例图如图1)[4]。日常生活中,许多弱电设备都有着专用的机房,这种情况下,接地系统如果不够完善,不仅会造成设备故障,电子元器件损毁,还极有可能危及到工作人员的人身安全,因此良好的接地系统十分重要。


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图1 弱电设备建筑物接地设置示意图


内部防护

雷电危害弱电设备主要是因为过电流和过电压太大,设备无法一次性泄流限压,故内部防雷措施应做到从电源线到数据通信线路的多级层保护。

电源系统防护

由于弱电设备的电源连接处交容易遭受雷击破坏,为了保证设备的正常运行,必须要加强对电源处的防雷保护措施。根据我国的信息技术防雷要求,为避免电源损伤,保证系统的安全和可靠性,采取三级雷电防护措施。一级保护是在高压变压器后端到低压设备的总配电盘间的电缆内芯线两端要安装通容量足够大的防雷装置;二级保护是在低压设备的总配电盘到配电箱间电缆内芯线两端安装防雷装置;三级保护则是在重要、精密设备及UPS前端加装防雷装置(如图2所示)。多级雷电防护可将雷电产生的过电流彻底泄放并限制过电压,从而保护弱电设备,在此过程中防雷装置的品质优良程度、性能好坏将直接与弱电设备的电源系统防护相关,因此,要仔细选择性能良好,质量合格的防雷装置来避免雷电对弱电设备带来的危害。


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图2 弱电设备外保护箱

信号系统防护

弱电设备的使用大多由信号进行控制,也就是说,弱电设备的运行将直接受到信号的可靠性的影响。因此,在弱电设备的防雷保护中,必须要做好信号系统的防雷保护,避免雷电波的入侵,保证弱电设备的正常运行。根据设备使用的环境和所要实现的管理效果不同,信号保护措施也不一样,有粗略保护和精细保护之分,对于稳定性要求高的设备采用精细保护。

定时检测维护

要做好弱电系统的内部防护,除了电源系统和信号系统的防护,还有一项非常重要的内容,那就是各系统防护的定期检测和维护。尤其在每年的雷雨即将来临之际,都应委托当地的防雷中心对各种防雷措施进行完全彻底的检查,且雷雨频发时节更应加强巡查,及时发现问题并解决,确保将雷电危害对弱电设备造成的损坏降到最 低。

四 结语



弱电设备的应用与人们的日常生活息息相关,在弱电设备为我们带来极大便捷的同时,人们的生活也极易因为弱电设备的损坏而受到严重的影响甚至造成经济上的巨大损失。因此,为了保障弱电设备的正常运行,我们应当重视雷电危害可能给弱电设备带来的损坏,并做好相应的防雷措施,提高防雷效率。由于弱电设备的防雷问题涉及众多方面,综合性极强,所以目前为止弱电设备的防雷工作完成的还不够好,需要我们在紧抓外部防护措施的同时加强内部的防雷措施,做到防患于未然,确保正常的生产生活秩序。


参考文献


[1]黎志冲. 分析通信机房弱电设备雷电感应危害及防护措施[J]. 数字化用户, 2018, 24(38):17.

[2]李晓华. 雷电对高速公路机电设备造成的危害与防范措施[J]. 中国高新科技, 2018, 32(20):117-119.

[3]程敏. 弱电系统防雷分析与设计[J]. 建材与装饰, 2018, 545(36):215-216.

[4]王彦青. 浅谈电子设备的雷电防护[J]. 通讯世界, 2018, 337(6):198-199.


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