第四章 信息系统防雷

点击数：19512018-06-14 11:23:04　来源: 乌鲁木齐博科雷曼电子科技有限公司

第四章      信息系统防雷

第一节降 信息系统的雷电防护基本要求

我们把雷电防护分为外部防雷和内部防雷。外部防雷又称为防直击雷，它主要靠避雷针、带、网、线及均压环来实现。

内部防雷又称为防雷电感应（雷击电磁脉冲，以感应作用和过电压小波形式构成灾害）。外部防雷主要是防建（构）物遭雷击，内部防雷主要防设备、设施遭雷击。信息系统是内部防雷一个最重要的内容。从沿海地区雷灾调查统计来看，信息系统遭雷击破坏约占90%以上。从综合防雷的角度来看，既要防直击雷，更要的是防雷电感应。只有坚持全面规划、综合治理、整体防御、多重保护、层层设防、才能达到防雷效果。

信息系统是指计算机、通信设备和控制系统的统称。信息系统通常由信息设备及网络系统组成。

信息系统雷电防护的基本要求是：（1）将绝大部分雷电流直接引入地中泄放。（2）阻塞雷电侵入波沿各类引入线进入设备的过电压。（3）限制被保护物上雷电过电压幅值。

第二节  信息系统雷电感应过电压的形成原理，雷击大地或地面上的物体时，通过电磁感应在附近其它导体上产生的电压称为感应雷守电压。雷电波以

过电压的形式沿各类金属导体侵害信息设备和网络系统主要包括：雷击避雷装置时，附近有限长导体上的感应雷过电压，雷击线路（供配电线路、信号线路等）附近大地时，在线路上的感应雷过电压。也就是说信息系统遭感应雷侵害有“场”和“路”两种，其中“场”为雷击建筑物或邻近地区雷电放电导致雷电空间电磁场变化，感应产生瞬态雷电感应过电压，“路”为雷电感应过电压通过供配电线路、信号线路、天馈线路、接地回路传输到信息设备和网络系统。也就是说，雷电通过磁场耦合、电阻耦合等形成以传导和辐射方式对信息系统构成侵害。

对信息系统的雷防护必须将雷电感应过电压抑制到信息设备和网络系统所要求的安全值范围内，还必须限制信息设备和网络系统所处的电磁环境即磁场强度满足不超过2.4高斯的要求。

第三节    信息系统防雷措施

感应雷过电压通过供配线路、信号线路、天馈线路、接地回路都可能传输到信息设备和网络系统中，轻者形成干扰，造成信息丢失，重者引起网络瘫痪，甚至殃及设备及人身安全。

由于信息设备和网络系统的主要电子元器件是应用各种大规模集成电路，工作电压低，抗干扰能力差，极易遭到雷电过电压或其它电浪涌的损害，即这

些电子设备对雷电耐受能力的脆弱性，造成雷击事故急     上升和新的电磁兼容性问题的出现。因此，对信息防雷要采取综合防范，采取措施主要有：分流、接闪、均压、屏蔽、接地、隔离、     、限压等，将雷电能量通过合理有效的路径向大地泄放或有目的地将雷电能量抑制，转换到一定的安全范围值内，提高雷电防护的安全系数和效率，避免和减轻雷电灾害，将其所造成的直接经济损失和间接经济损失降低到最低限度，以保护国家财产和人身安全。

    直击雷防护前面已经讲过，下面只介绍信息系统。广泛使用的等电位连接、

电涌保护器（SPD）的技术，

第四节    等电位连接

人们都知道，小鸟落在几千伏的高压线上而不被电击死，是因为小        与高压线之间没有电位差，或者说是相同电位。没有电位差，就没有电压，所以小鸟是安全的。

等电位连接就是将分开的设备各导电部分用等电位连接带，等电位连接导体或电涌保护器（SPD）连接起来以减少设备之间或设备与其他金属体之间电位差。同样，当雷电侵入信息系统时，这些等电位连接也能减少面雷击产生的电位差。

为了方便等电位连接施工，对钢筋混凝土结构的建筑物在施工中，就要考

虑到预埋等电位连接预留件。等电位的基本要求：（1）信息系统所在建筑物的各类水管、采暖和空调管道等金属管道和电缆的金属外层在进入建筑物处应做等电位连接，燃气管道入户后应在阀兰盘连接处插入一块绝缘板，并在绝缘板两端用开关型SPD连接后，户内金属管道可参加等电位连接，并与建筑物组合在一起的大尺寸金属件连接在一起，之后接向总等电位连接带，可靠连通接地。（2）在没有信息系统设备的室内应敷设等电位连接带，机柜、电气和电子设备的外壳和机架、计算机直流地（逻辑地）、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、交流地和对供电系统的相线、中性线进行电涌保护的SPD接地端等均应以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。连接的基本方法应采用网型（M）结构或星型（S）结构。等电位连接带每隔5米经建筑物墙内钢稻与接地系统连结。（3）目前均利用建筑物的基础钢筋地网作为共用接地系统。

第五节   屏蔽

屏蔽就是用金属材料减少交变电磁场向指定区域穿透。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。通常的做法：（1）设置屏障，象一堵墙，如采用金属板型材料或网型材料隔离电磁场的影响，好象给设备套一个金属罩。（2）分离，将信号线或电源线穿金属管，强电和弱电（信息系统）的敷设线路要分开。不管是金属罩还是穿金属管，它们都要接地和等电位连接。电磁屏蔽的要求很多，读者

根据工作需要，再查阅有关电磁屏蔽的资料，这里就不展开说明。

第六节  电涌保护器（SPD）

电涌保护器（SPD）又叫避雷器，它的作用是把已窜入电力线、信号传输线的雷电高压限制在一定范围之内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。信息系统广泛使用SPD，主要是它能起到限制瞬态过电压，分走电涌电流达到保护信息系统设备的目的。

对于电源或信号传输线使用的SPD有时还要求多级保护。最前面安装的SPD称为第一级保护，对后面设置的SPD分别称第二级、第三级保护…这样做法，是为了把前置级SPD泄漏进来的残余雷电压、雷电流进一步泄放，使其残压进一步降低。信息系统往往都采用多级防雷保护，以确保设备安全和运行准确。下面对常用的SPD作以简单介绍。

一、        放电间隙与放电管

所谓放电间隙是把暴露在空气中的两块相互隔离一空气间隙的金属物作为避雷放电的装置，通常把其中一块金属接在需要防雷的导线上，例如电源的相线，另一块金属与地线连接。当雷电波来到的时候首先在间隙处击穿，使间隙的空气电离，形成短路，雷电流通过间隙注入大地，而此时间间隙两端的电压却很低，因而达到减低雷电压的目的。通常用在不同电压等级的地方，间隙

的宽度可以调节，在电力系统最常用的角度避雷器仍是其中的一种。由于放电间隙的放电电压容易受天气、温度、湿度和大气污染程度的影响，故在要求放电电压稳定的地方都采用放电管。

把对相互隔开的冷阴电极，封装在玻璃或陶瓷管内，管内再充有一定压力的惰性气体（如氩气），就构成了一只放电管。用玻璃管封装的放电管叫玻璃    放电管，用陶瓷管封装的称为陶瓷放电管，放电管的作用，是限制线路上的过电压。

下面介绍国产陶瓷放电管的型号说明和技术指标如

   二、阀型避雷器

   常用的阀型避雷器有以碳化硅和氧化锌为主要原料的两类。其中碳化硅阀型避雷器用得较早，而氧化锌阀型避雷器为后起之秀，这里仅对氧化锌避雷器的工作原理作些介绍。

氧化锌避雷器主要由氧化锌（Zno）压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时起就有它的一定的开关电压（压敏电压），当加在压敏电阻两端的电压低于该数值时，压敏电阻呈现高阻值状态；如果把它并联在电路上，该阀片呈现断路状态；当加在压敏电阻两端的电压高于压敏电压值时，压敏电阻即被击穿，呈现低阻值，甚至接近短路状态。然而，压敏电阻这种被击穿状态是可以恢复的。当高于压敏电压的电压被撤销以后，它又恢复高阻状态。当电力线被雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电力线上的雷电压被箝制在安全范围内。当雷电波过后，压敏电阻恢复高阻状态，电力线恢复正常输电。同样，氧化锌避雷器也可用于其它低电平的通信电线上。

三、半导体避雷器

稳压二极管能够保护其他晶体管，是靠它的伏安特性起箝位作用，如图3.18，图3.19所示。当管子电压为反偏，且位于0-V_z之间的时候，管子呈高电阻，流经管子的电流仅为μA级。当导反偏电压超过V_z的时候，流经管子的电流迅速增加，进入低电阻导通状态，从高电阻状态到低电阻状态的延时只有μA数量级，管子一旦导通后，外加电压只要不使管子现穿，电流不大于最大电流，管子两端电压就大体上保持在V_z附近，这样残余的雷电电压就被箝制在V_z附近，当高电压脉冲过后，二极管又恢复高阻状态。如果两只稳压二极管按图3.19作相反极性串联相接，就可以正负对称箝位，也可作为两极性过电压限幅。

对天关二极管、瞬间二极管特性就不依依介绍。

一、        爆炸和火灾危险环境防雷措施

1、此类建筑物的防雷应符合《建筑物防雷设计规范》

2、室外架空管道应每隔20m接地一次。管道进入建筑物时应与建筑物等电位接地排做连接。

3、防静电装置接地电阻不应大于100Ω。

4、引入建筑物的电源线路，管线等重要接地；接地电阻不大于10Ω。

5、电气设备不带电金属部分应做接地，其接地电阻不大于4Ω。

6、防雷电感应装置，防静电装置及电气设备保护接地装置，可采用共用接地系统。

二、石油化工防雷措施

1、金属油罐

1.1 当贮存易燃、可燃油品的油罐，其顶板厚度小于4mm时，应装设防直击雷设施，若顶板厚度大于4mm时，仍可装设避雷针。接地电阻不应大于10Ω。

1.2 金属油罐必须做环型防雷接地，其接地点不少于2处，弧形距离不应大于30mm，接地体距罐壁距离不应大于3m。

1.3 金属油罐的阻火器，呼吸阀、量油孔、透光孔等金属附件。

1、必须保持等电位连接。

2、人工    电屏

①     金属呼吸管和通风管应装独立避雷针。

②    进入管内的金属管路，与其间外埋地长度不足50m时应在间外做两处接地，间距不大于100m，接地电阻小于20Ω。

③    动力照明和通讯线路应采用铠装电缆埋地引入调内，架空线与电缆的莲接处应装设避雷器。

3、管路

①输油管路可用居的做接闪器，其法兰、阀门的连接处应装设金属跨接线，当法兰用5根以上螺栓连接时，法兰可不用尽竖线跨接。

②管路系统的所有金属附件应做接地，两端和每隔200-300m处，以及拐弯处应有一处接地，接地电阻不得大于10Ω。

4、加油站

①    钢油罐进入接地，接地点不应少于两处，接地电阻不大于10Ω。

②    装有阻火器的地上钢油罐，可不装避雷针。

③    油罐得罐体、量油孔、阻火器等金属附件，应进行等电位连接，接地电阻不大于10Ω。

④    站房及罩棚需防直击雷时，用避雷带保护。

⑤    作防静电措施：钢罐的防雷接地装置，可兼作防静电接地装置，输油管线的始端、末端应设置防静接地和防雷接地装置，接地电阻不应大于30Ω，汽车油罐体的防静电接地卡接地电阻不应大于100Ω。

三、智能大厦的防雷措施。

智能大厦是一种现代化的职能建筑物，智能建筑就是以建筑为平台，兼备建筑设备，办公自动化及通信网络系统，集结构系统   务，管理及它们之间的最优组合，向人们提供一种安全、高效、舒运、便利的建筑环境。智能大厦内有大量的微电子设备。而这些微电子设备的高度集成使级         其耐过电压、过电流能力很差，因而智能大厦的防雷措施是很有必要的。

一般的来讲，智能大厦除了要做好直击雷的防护外，还应做好以下几个方面的防雷。

一、        计算机网络

1、电源线路应采取防雷措施，电子计算机房电源宜采用地下电缆进线。若采用低压架空线时，在低压架空电源进线处或专用电力变压器低压配电母线处，应装设避雷器。

2、计算机网络电源线路一般应进行三级房户，配电室的低压配电前端安装较普通滞流置的电源避雷器，作为一级保护，次外应再配电盘及计算机的电源前端可分别安装较低通流量的避雷器，作为二级保护。

3、在信号传输方面，总服务器前一般安装一台信号避雷器，载调制解调器到计算机间应安装数据线避雷器。

4、机房内地板应为静电地板，必须做静电接地，接地电阻不应大于100Ω，静电电压不应大于1KV。

5、机房采用四种接地方式，交流工作接地和安全保护接地不应大于4Ω，直流工作接地不应大于4Ω或接其系统具体要求确定，防雷接地不大于10Ω。

6、以上四种接地共用一组接地装置，接地电阻以其中要求最小值确定。

7、计算机系统接地应采取单点接地并采取等电位措施 ，若有多个接地系统时宜与设备接地系统相连。

二、程控电话

1、程控机房环境按一般计算机房要求进行。

2、程控电话终端上应安装程控电话避雷器。

3、配线柜外壳应做接地，门与柜之间做跨接。

三、监控室

1、机房环境依照机房要求进行。

2、计算机设备的根据计算机网络及电源线路的措施进行。

电信、移动

由于微波站位置较高或通过交流电力线，微波无线系统以及其他进出缆线引入雷害，对其进行各种防雷措施尤为必要。

1.1 供电系统应为TN-S（基础）引入电缆护套莲短可靠接地。

1.2 变压器低压侧加装SPD，变压器机壳，零线、电缆外套应就近接地。

2.1 铁架应有防直击雷击感应雷装置，天线被接闪器保护。

2.2 塔灯塔控线及电源线的      相线应在机房入口处加装SPD，零线接地。

3.1 基础均有电缆的金属外护层，应在即防入口处就近接地，进入机房的与通信设备连接处应接装SPD。

4.1 信号内芯线在进站处应加装相应的信号SPD和电缆内的空线时均应做保护接地。

4.2 采用光缆时

8.1 地网应采用联合接地系统，即铁塔地网，机房地网，变压器地网应连接，至少用两根水平接地体。当在一起时可合用一个地网。]

电信

1.1 即房内通信设备及

1、建筑物顶部应装设避雷针，接地电阻不应大于10Ω。

2、三合一接地时，应满足工作接地要求。

3、室外的电缆金属管道等在进入建筑物之前，应进行接地，室外架空线直接引入室内时，在入户处应加装避雷器并及其接到接地装置上。

4、充分利用建筑物主钢做接地防雷装置。

5、采用联合接地系统，三合一。