雷击电磁脉冲的防护措施及方法
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摘 要：雷电危害可以分为直击雷和雷击电磁脉冲两种。避雷针、避雷带、避雷线等只能有效防护直击雷，而对雷击电磁脉冲的防护，避雷针和避雷带却无能为力。本文在阐明雷击电磁脉冲入侵通道和雷电防护基本原理的基础上，针对雷击电磁脉冲的防护措施及方法进行了一些探讨。
关键词：感应雷；屏蔽；重复接地；等电位；共用接地。
1引言
雷电是一种气象灾害,雷电是云与云、云与地之间的一种大气放电现象。雷害大体可分为直击雷害和雷击电磁脉冲两大类。直击雷的危害主要是造成建筑物的损坏和人员伤亡。而云地放电和云间放电所产生的雷击电磁脉冲使周围的一些导体、半导体产生高达数千伏感应电压，通过金属导线和金属管网进入建筑物内部造成事故。有人认为建筑物安装了避雷针后，建筑物内的计算机、家电、通信线路和电力等电子设备便不会遭受雷击，这种认识是错误的。避雷针是金属体，安装避雷针的目的主要是防直击雷的，可以通过避雷针把雷电引入大地。但是，它对于直击雷对地放电时所产生的感应雷是无能为力的。据不完全统计，全世界每年在装有避雷针的情况下，遭雷击的经济损失可达数10亿美元，而其中遭雷击电磁脉冲损坏的竟占85%，可见，雷击电磁脉冲是主要“杀手”。
随着科学技术的发展，大量的微电子设备和通讯网络得到广泛应用。由于电子设备的高度集成，加之工作电流小和工作电压低的特点，带来绝缘强度低和耐过电压、过电流能力差的弱点，使雷击电磁脉冲对电子设备的损坏远远大于直击雷对建筑物所造成的损失。然而，在对建筑物图纸设计的时候，往往只重视了对直击雷的防护却忽略了对雷击电磁脉冲的防护。本文在阐明雷击电磁脉冲入侵通道和雷电防护基本原理的基础上，针对雷击电磁脉冲的防护进行了一些探讨，旨在为建筑物内部防雷的设计者和图纸审核者提供一些参考。
2 雷击电磁脉冲的入侵通道
雷击电磁脉冲入侵建筑物的通道主要有5条:(1)建筑物中一切电子设备的天线、馈线、电源线、信号线、接地线等都是建筑物的进雷通道;(2)出入建筑物中各种电源线路;(3)具有公共接地的建筑物中的一切金属管道，在雷电流经其上时，其周围产生的磁场涡流在金属表面感应出来的雷电冲击波;(4)雷电放电时，在金属表面感应出来的雷电冲击波;(5)直接雷击落雷点建筑物的高电位冲击。
3 雷电防护基本原理
所谓雷击防护就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地，是疏导，而不是堵雷。一个完整的防雷系统包括两个方面：直接雷击的防护和雷击电磁脉冲的防护。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。一般我们将其分为直击雷防护和雷击电磁脉冲防护两部分。由避雷针（或避雷带、避雷网）、引下线和接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故；而雷击电磁脉冲的防护系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏，这是直击雷防御系统无法保证的，为实现对雷击电磁脉冲的防护，需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护装置进行保护并良好接地。
4 雷击电磁脉冲的防御措施
4.1 电源防雷
雷击电磁脉冲侵害主要是通过线路侵入。为了防止雷击电磁脉冲沿低电压线路进入室内，低压线路最好采用地下电缆供电，并将电缆的金属外皮接地。采用架空线供电时，主要措施是加装电涌保护器，目的是用分流技术即采用高吸收能量的分流设备（电涌保护器）将雷电过电压（脉冲）的能量分流泄入大地，达到保护目的。对高压电力要采用专用高压避雷装置，对380v低压线路应进行过电压保护，按国家规范应分三级保护：一级保护是在高压变压器后端到建筑总配电盘前端的电缆内芯线两端对地加装电涌保护器；二级保护是在建筑总配电盘至各楼层分配电箱间的电缆内芯线两端对地加装电涌保护器；三级保护是在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端对地加装电涌保护器。
错误安装电涌保护器会使设备得不到有效保护。一是过长的连接线在电涌保护器工作时，连接线上由感抗引起的电压将很高，对设备会产生危险电压，所以在安装电涌保护器时要尽量采用较短的连接线，最好小于0.5m；二是若将电涌保护器的输出线、输入线及接地线靠近并排敷设，会使输出线内感应出瞬态浪涌，所以在安装电涌保护器时应将输入线、地线与输出线分开敷设或垂直敷设，尽量拉开敷设的距离。
4.2屏蔽
阻止雷击电磁脉冲入侵的有效手段就是屏蔽。利用钢筋混凝土结构内的顶板、地板、墙面和梁柱，使它们构成一个六面体的笼式避雷网，使其达到屏蔽的条件,并将建筑物墙体中的钢筋以及金属门窗，统统连起来，形成“法拉第笼”。
4.3接地和重复接地
阻止雷击电磁脉冲入侵的另一有效手段是接地和重复接地。一是将将室内各种金属管道、屏蔽外壳、金属门窗、静电地板支架、各种设备、机柜外壳均采用多股铜芯线就近接于接地母线上；二是采用重复接地等办法，避免架空导线直接进入建筑物楼内和机房设备，尽可能埋地缆进入或在进入建筑物或机房前重复接地，最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电压。
4.4 综合布线
由于雷电流是由建筑物外墙四周柱子内的钢筋接地的，因而外墙处的电流密度大，其周围的磁场强，所以建筑物内的所有电子设备的交流电源线、通信线、数据传输线的主干线不应该在靠近外墙处敷设，最好架设在大楼的中心部位，线槽的布放尽量与建筑物的立柱或横梁有较远的距离。同时必须注意电源线与信号线不能并排或同槽铺设。
4.5 等电位联结
等电位联接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。等电位联结就是把建筑物内及附近的所有电器装置、电信装置、金属管道、电缆金属屏蔽层、电力系统接地线、防雷接地线以及金属地板框架、设施管路、金属门窗等统一用电气连接的方法连接起来，形成一个电器通道，使整座建筑物空间成为一个良好的等电位体，并以最短的线路连到最近的等电位连接带上。这样，在雷电袭击时，建筑物内部和附近大体上是等电位的，因而就不会发生内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。
4.6 环形接地
环形接地网是把接地体沿建筑物周围围成一个闭合环。这样的接地网可以使得界面以外的电场分布比较均匀，从而减少了跨步电压对人的危害，也减少了室内在雷击时由于地面电位梯度大容易产生对设备高电压反击的危险。
4.7 共用接地装置
建筑物内往往有许多不同性质的电气设备，因而需要有多个接地装置，如防雷接地、电气安全接地、交流电源工作接地、通信及计算机系统接地等。共用接地是将各种接地装置互相连接到低电感的网形接地系统。采用等电位连接和共用接地系统后，可使讯号接地不形成闭合回路，同时可消除静电和电场的干扰，不易受磁场干扰。根据IEC标准，建筑物内的各个电器系统通常只能共用一个接地系统。采用独立接地，虽然可使各系统之间不会造成互相干扰，但是当发生雷击的时候，各系统的接地就会出现不同的电位，产生电位差，使电子设备因这瞬间的高位差而被击穿。
参考文献
[1]中国建筑标准设计研究院.GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[2]中华人民共和国机械工业部.GB 50057-1994建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社,2001.
[3]杨仕贤,张春红,杨丽琼.雷电灾害的防御措施[J].科学研究月刊,2009(7):8-11.
[4]杨仕贤,张春红,杨丽琼.烟花爆竹场所防雷设计[J].现代科学研究,2009(5):6-9.
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