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弱電設備雷電危害和防護措施

2020-12-14 16:57:51

以下內容來源:《中國電業》2020年05期,信息轉載,僅供參考!


摘要


隨著我國電子技術的迅速發展,弱電設備在人們的日常生活起著至關重要的作用。雷電作為一種自然災害現象,常常會造成承受雷電等電磁脈沖及浪涌能力較弱的弱電設備的損壞,輕則造成信息傳遞的錯誤、丟失,重則導致系統的永 久性崩潰。因此,本文對弱電設備雷電危害的主要原因進行分析,探究正確的雷電防護措施,以減少雷電危害帶來的損失。


弱電設備指采用24V以下供電的設備,主要包括通訊設備、自動監控及報警系統設備、計算機網絡系統,如電話、電視、計算機等。隨著現代電子高新技術的飛速發展,弱電設備在人們日常生活中的應用也變得愈加廣泛,人們也越來越依賴弱電設備所帶來的方便快捷。但弱電設備因其高度集成化、低工作電頻、校工作電流的特點,極易遭受雷電危害并受到損壞,嚴重影響到人們的日常工作。近年來,人們逐漸重視起雷電災害尤其是雷電浪涌對弱電設備所帶來的危害,并通過各種方法來減輕雷電危害并做好相應的預防措施。本文通過對雷電危害的認識及對弱電設備雷電危害的原因進行分析,探討了如何防護雷電對弱電設備的危害。

一 雷電的危害


中國因其獨特的地理位置而遭受了許多自然災害,其中,雷電災害就是一種發生頻繁且破壞性巨大的自然災害。在大氣對流嚴重的天氣中,常會發生雷電現象,對弱電設備產生影響。積雨云中上下不同電荷的分布會使云的上下部形成電位差,在電位差達到一定程度后,就會產生放電現象[1]。每年的雷雨季節,雷電災害頻發,時常造成弱電設備的損壞,并因此給人們帶來巨大的經濟損失[2]。在中國,東莞一帶地區的雷電災害最為嚴重,夏季5~8月之間,雷電都會給東莞帶來上千萬的經濟虧損,當季GDP虧損可接近6%。因此,我們要重視防雷措施,減少雷電災害對弱電設備帶來的損壞。

二 弱電設備雷電危害的主要原因


雷電危害形式多種,且危害巨大,目前尚未找到有效方法來防止其危害,只能根據其特點來采取相應的措施以最 大程度的降低危害。雷電對設備產生的危害可分為直擊雷、感應雷和雷電浪涌。

直擊雷

直擊雷指雷電直接擊中建筑物和動植物,強大的電流沖擊會造成建筑物的損壞,動植物的嚴重損傷甚至瞬間死亡。直擊雷是積雨云中強大的靜電高壓電場使電荷對地面上物體形成的尖端放電,以卸載電荷。

感應雷

感應雷指高強度的感應電荷瞬間積累形成高壓電場放電,會導致電氣設備的燒毀,同時還可對人身造成傷害。感應雷是云層放電瞬間形成的強大電磁場在地表金屬導體,包括通訊網絡、輸電網絡及其他金屬設備等,形成感應電荷并瞬間放電。感應雷相較直擊雷相對溫和,但發生概率更高且可以進行二次破壞,會對弱電設備產生極大的破壞力。

雷電浪涌

雷電浪涌并非直接由雷擊造成,而是雷擊的發生時設備中感應的電流浪涌引起的。近年來,最 常見的弱電設備損壞情況不是由直擊雷或感應雷造成的,而是由雷電浪涌造成的。浪涌的形式包括電源浪涌、信號浪涌等。弱電設備其內部結構通常高度集成化,電子元器件靈敏,耐壓、耐過電流的能力十分脆弱,極易因浪涌電壓而損壞。此外,弱電設備信號來源路徑更多,雷電波的侵入也就更加容易。浪涌電壓可通過信號線及電源線途徑竄入設備并一次性將其完全毀壞,信號系統浪涌電壓還會使金屬物體(如電話線)受到干擾信號的影響,從而出現傳輸數據誤碼、速率下降等情況[3]。

三 弱電設備的防雷措施


弱電設備的防雷措施可根據防護范圍來劃分,包括外部防護和內部防護。外部防護指對有弱電設備的建筑物外部安裝避雷針、屏蔽網、均衡電位及接地處理等安全防護措施。內部防護指在建筑物內部弱電設備對過電壓(雷電或電源系統過電壓)的防護,措施包括:屏蔽、保護隔離、合理布線、等電位聯結和設置過電壓保護器等。

外部防護

首先要利用建筑物頂部的避雷針將雷電產生的電流引入大地;還需利用避雷針盡量將雷電流分流,避免出現過電壓危害弱電設備的現象出現;其次是利用建筑物中的金屬部件或鋼筋形成保護網,可以在一定程度上屏蔽電壓,若是低壓、遙控、小功率信號的電子邏輯系統的設備,需增加專門的屏蔽網,形成不大于5m×5m,6m×4m的網格,減小雷電電磁波干擾;同時要確保屋內各處電位均衡,避免出現電位差危害弱電設備;最后,安裝有弱電設備的建筑物本身要做好良好的接地設置,如將水平接地體圍繞建筑物敷設成閉合環形,從周邊引出數條水平放射性來降低沖擊接地電阻,從而降低雷電危害(接地示例圖如圖1)[4]。日常生活中,許多弱電設備都有著專用的機房,這種情況下,接地系統如果不夠完善,不僅會造成設備故障,電子元器件損毀,還極有可能危及到工作人員的人身安全,因此良好的接地系統十分重要。


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圖1 弱電設備建筑物接地設置示意圖


內部防護

雷電危害弱電設備主要是因為過電流和過電壓太大,設備無法一次性泄流限壓,故內部防雷措施應做到從電源線到數據通信線路的多級層保護。

電源系統防護

由于弱電設備的電源連接處交容易遭受雷擊破壞,為了保證設備的正常運行,必須要加強對電源處的防雷保護措施。根據我國的信息技術防雷要求,為避免電源損傷,保證系統的安全和可靠性,采取三級雷電防護措施。一級保護是在高壓變壓器后端到低壓設備的總配電盤間的電纜內芯線兩端要安裝通容量足夠大的防雷裝置;二級保護是在低壓設備的總配電盤到配電箱間電纜內芯線兩端安裝防雷裝置;三級保護則是在重要、精密設備及UPS前端加裝防雷裝置(如圖2所示)。多級雷電防護可將雷電產生的過電流徹底泄放并限制過電壓,從而保護弱電設備,在此過程中防雷裝置的品質優良程度、性能好壞將直接與弱電設備的電源系統防護相關,因此,要仔細選擇性能良好,質量合格的防雷裝置來避免雷電對弱電設備帶來的危害。


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圖2 弱電設備外保護箱

信號系統防護

弱電設備的使用大多由信號進行控制,也就是說,弱電設備的運行將直接受到信號的可靠性的影響。因此,在弱電設備的防雷保護中,必須要做好信號系統的防雷保護,避免雷電波的入侵,保證弱電設備的正常運行。根據設備使用的環境和所要實現的管理效果不同,信號保護措施也不一樣,有粗略保護和精細保護之分,對于穩定性要求高的設備采用精細保護。

定時檢測維護

要做好弱電系統的內部防護,除了電源系統和信號系統的防護,還有一項非常重要的內容,那就是各系統防護的定期檢測和維護。尤其在每年的雷雨即將來臨之際,都應委托當地的防雷中心對各種防雷措施進行完全徹底的檢查,且雷雨頻發時節更應加強巡查,及時發現問題并解決,確保將雷電危害對弱電設備造成的損壞降到最 低。

四 結語



弱電設備的應用與人們的日常生活息息相關,在弱電設備為我們帶來極大便捷的同時,人們的生活也極易因為弱電設備的損壞而受到嚴重的影響甚至造成經濟上的巨大損失。因此,為了保障弱電設備的正常運行,我們應當重視雷電危害可能給弱電設備帶來的損壞,并做好相應的防雷措施,提高防雷效率。由于弱電設備的防雷問題涉及眾多方面,綜合性極強,所以目前為止弱電設備的防雷工作完成的還不夠好,需要我們在緊抓外部防護措施的同時加強內部的防雷措施,做到防患于未然,確保正常的生產生活秩序。


參考文獻


[1]黎志沖. 分析通信機房弱電設備雷電感應危害及防護措施[J]. 數字化用戶, 2018, 24(38):17.

[2]李曉華. 雷電對高速公路機電設備造成的危害與防范措施[J]. 中國高新科技, 2018, 32(20):117-119.

[3]程敏. 弱電系統防雷分析與設計[J]. 建材與裝飾, 2018, 545(36):215-216.

[4]王彥青. 淺談電子設備的雷電防護[J]. 通訊世界, 2018, 337(6):198-199.


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