一般用途的电子信息系统设备防雷保护方法

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1、一般用途的电子信息系统雷电防护技术彭立新 赖乐圆信息时代的到来，给我们的生活生产带来十分的便利，信息技术的普及也给我们的生产力带来极大的提高。目前，信息技术设备已在人类的各个领域广泛应用。然而，以微电子技术为基础的电子信息设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快，其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲的能力差，极易遭受雷电的危害，特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。因此，国际电工委员会将雷电灾害称为“信息时代的公害”。为了消除这一公害，人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探索，并从理论与实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。本文简略介绍一般用途的电子信息系统设备雷电防护技术。 一

2、、定义一般用途的电子信息系统设备，依据国标建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB 503432004）的划分，按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择表雷电防护等级 电子信息系统A 级1、大型计算中心、大型通信枢纽、国家金融中心、银行、机场、大型港口、火车枢纽站等。2、甲级安全防范系统，如国家文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。3、大型电子医疗设备、五星级宾馆。B 级1、中型计算中心、中型通信枢纽、移动通信基站、大型体育场（馆）监控系统、证券中心。2、乙级安全防范系统，如省级文物、档案馆的闭路电视监控和报警系统。3、雷达站、微波站、高速公路监控

3、和收费系统。4、中型电子医疗设备5、四星级宾馆。C 级1、小型通信枢纽、电信局。2、大中型有线电视系统。3、三星级以下宾馆。D 级 除上述 A、B、C 级以外一般用途的电子信息系统设备。一般用途的电子信息系统，指的是雷击损坏概率低的电子信息机房，也就是也就是工矿企业和一般企事业单位的电子信息机房。二、一般用途的电子信息机房系统综合防护方案（一）雷电防护区划分 雷电防护区的划分是将需要保护的控制雷电电磁脉冲环境的建筑物，从外部到内部划分为不同的雷电防护区（LPZ）。雷电防护区应划分为：直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区，并符合下列规定： 直击雷非防护区（LPZ0A）

4、：电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接雷击，属完全暴露的不设防区。直击雷防护区（LPZ0B）：电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷击，属充分暴露的直击雷防护区。第一防护区（LPZ1）：由于建筑物的屏蔽措施，流经各类导体的雷电流比直击雷防护区（LPZ0B）减小，电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接雷击。第二防护区（LPZ2）：进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。后续防护区（LPZn）：需要进一步减小雷电电磁脉冲，以保护第三度水平高的设备的后续防护区。 （二）外部防护（直击雷防护） 目的：拦截、泻放直击雷电流 系统组成：由接闪器（避雷针、避雷带）、引下线、接地体组成，

5、可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。 （三）内部防护（雷电电磁脉冲防护） 目的：均衡系统电位，限制过电压幅值。 组成：由均压等电位连接、各种过电压保护器（避雷器）等组成。 技术措施：截流、屏蔽、均压，分流、接地。 浅谈电子信息系统的雷电防护工程技术伴随着科学技术的脚步，知识经济和信息时代已经到来。信息技术已渗透到了人类社会生产和生活的各个领域，各种信息设备应用的范围之广、品种之多、数量之大是前所未有的。然而，以微电子技术为基础原电子信息设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快，其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲LEMP（Lightning Electro Magnetic Pulse）的能力

6、差，极易遭受雷电的危害，特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。因此，国际电工委员会（IEC）将雷电灾害称为“信息时代的公害”。为了消除这一公害，人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探索，研发了品种繁多的电子信息系统的雷电防护产品，并从理论与实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。 电子信息系统的雷电防护（以下简称信息防雷）是一件关系到我国国民经济的发展、科学技术的进步和国防现代化建设的一件大事。应予高度重视、认真对待。 一、加强雷电防护工作的必要性和重要性 （一）雷电灾害剧增，损失严重 雷电灾害是十种最严重的自然灾害之一。全球每天约发生 800 万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡

7、、财产损失不计其数。导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生。从卫星、通信、导航、计算机网络系统、通信指挥系统和有室外天馈设备的系统更是雷电的重灾区。从某种意义上说，科技越发达，雷击对人类的危害就越大。 1国外情况据美国国家雷电安全研究所关于雷电所造成的经济影响的一份调查报告表明，美国每年因雷击造成的损失约5060 亿美元。每年因雷击造成的火灾 3 万多起，50%野外火灾与雷电有关；30%的电力事故与雷电有关；有 45 石油产品储存和储藏罐事故是由雷击引起的；由于雷电和操作过电压造成物理装置的损失约占 80%。据德国一保险公司 1997 年对 8722 件案例损坏原因的分析，雷电及操作过电压

8、占 31.66%。 2我国情况我国也是雷暴活动十分频繁的国家。全国有 21 个省会城市雷暴日都在 50 天以上，最多可达 134 天。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达 30004000 人，财产损失 50100 亿元人民币。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市建设高层建筑物日益增多，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。在 19985 和 1999 年的两年中，全国造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害就有 38 起。据广东省统计，在19961999 年的四年间，全省发生雷击事故 6143 起，伤亡 699 人，直接经济损失达 15

9、亿元； 1989 年 8 月 12 日，青岛黄岛油库因雷击引起特大火灾和爆炸，库区几乎被夷为平地，死亡 19 人，伤 78 人，直接经济损失 2700 多万元。 据气象部门的不完全统计，2001 年，全国发生雷电灾害 1747 起，造成人员伤亡 853 起（伤 483 人，死亡 417 人），直接经济损失在上千万元以上和百万以上的实例分别为 2 例和 10 例。损失是“触目惊心”的。2001 年雷电灾情主要仍然发生在电力、电信、广电、金融、建筑、石化等部门，雷电造成伤亡主要发生在野外田间劳作的人们。 3电子信息系统受损比重急剧增加电气和电子技术是现代物质文明的基础，其迅猛发展促进了生产力的发展

10、，加速了社会繁荣与进步的进程，但也带来了麻烦问题，那就是各类电磁干扰越来越严重。一方面电气和电子设备的广泛应用造成了严重的环境电磁噪声干扰，而这些电磁噪声干扰当今是没有得胜价值的。另一方面，电子技术正向高频率、高速度、微型化、网络化和智能化方向发展。电磁干扰，特别是雷电电磁脉冲干扰对这些设备和系统的影响越来越突出，对这些设备力系统造成的失效与损坏事故的发生率逐年增高。第三，随着城市建筑物的增高，收发雷电的几率也增大。一个雷电的电磁可影响几公里范围的电子设备，这也使电子设备受损的几率增大。电子信息系统受损后，除直接损失外，间接损失往往很难估量。因此，信息时代的到来，已使雷电电磁脉冲的防护成为当务

11、之急。这是 90 年代以来雷电灾害最显著的特征，也是电磁兼容和防护科学技术需要解决的最重要的课题之一。 二、电子信息系统综合防雷技术 二十世纪五十年代以后，各种电子信息设备大量涌现、广泛使用，特别是微电子技术的飞速发展，微电子器件的集成化、小型化、高速化的水平不断提高，而“三化”的必然结果是导致各种电子信息设备的耐过压、耐过流和抗雷电电磁脉冲的能力大大降低。例如：对于过电压，Vax 系列电子计算机的串行通信接口芯片 MC1488 的耐压水平约为 103V、MC1489 仅达 10V 左右；而 CMOS 芯片仅达 35V。对于磁场，当 LEMP 的磁场脉冲超过 0.07 高斯时，就会引起微机失效

12、，当磁场脉冲超过 2.4 高斯时，集成电路就会发生永久性损坏。 一方面，由于电子信息设备十分“娇嫩”，对雷电电磁脉冲“十分”敏感。因此，其遭受感应雷击的几率比遭受直击雷袭击的几率高的多。所以，在同样的雷电电磁环境下，其受损的也比建筑设施和一般的机电设备高得多。 另一方面，由于电子信息设备的种类多、数量庞大、工作环境复杂、雷电侵入的通道多。因此，信息防雷遇到了比传统防雷复杂的多的问题。 信息防雷包括对直击雷的防护和对雷电电磁脉冲（感应雷）的防护。对雷电电磁脉冲的防护应综合考虑雷电成灾的多种物理因素，针对雷电的各种耦合途径、耦合通道及其危害机理，采用相应的综合防雷技术和措施。对于电子信息设备而言，

13、雷电电磁脉冲能量的耦合主要通过以下三个通道侵入：一是雷电电磁脉冲能量通过各种多发管线通道（多发管道、多发构件、各种线缆等）的传导耦合；二是通过地线通道的传导耦合（地电位反击）；三是雷电电磁脉冲能量通过空间通道的辐射耦合。由于雷电的侵袭是无孔不入的，因此信息防雷是综合性的系统工程，所采取的技术措施也是多方面的。任何单一的防护措施，其效果都是有限的。这些防护措施和技术可概括为：两个部分（外部防护、内部防护）和五项技术（拦截、屏蔽、均压、分流和接地）。不同部分和各项技术都有其重要作用，相互之间紧密联系，不能将它们割裂开来，也不存在替代性。分述如下： （一）现代综合防雷的两个部分 1外部防护（直击雷防

14、护） 作用：拦截、泻放雷电流 系统组成：由接闪器（避雷针、避雷带）、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。 2内部防护（雷电电磁脉冲防护） 作用：均衡系统电位，限制过电压幅值。 组成：由均压等电位连接、各种过电压保护器（避雷器）等组成。 技术措施：截流、屏蔽、均压，分流、接地。 （二）防雷保护区 根据国际电工委员会的防雷击电磁脉冲（LEMP）（IEC61312），信息防雷应根据雷电电磁脉冲的严重程度，将需要保护的空间划分为不同等级的雷电保护区（LPZ）。防雷保护区称电磁兼容分区。是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同，把建筑物内、外电磁环境分成几个区域。 L

15、PZ0A 区本区内的各物体地都可能遭到直接雷击，因此各物体都可能导走全部雷电流，且本区内雷电电磁脉冲没有衰减。LPZ0B 区本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区内雷电电磁脉冲也没有衰减。 LPZ1 区本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比 LPZ0B 区进一步减少。本区内雷电电磁脉冲经建筑物外墙的屏蔽而衰减。 在防雷保护区的 0 区与 1 区的界面上，对建筑物来说就是屋顶与四周墙壁及地面，尽管采用笼式避雷网结构，但由于受大网孔、门、窗口等开洞的影响，雷电电磁脉冲仍将通过多种耦合途径侵入保护区内，其感应电压也会破坏建筑物内部的电气和电子设备。 LPZ2 区本区内的各物体不可能遭

16、到直接雷击。雷电电磁脉冲经建筑物内墙的再次屏蔽而衰减。又称后续防雷区。 如果需要进一步减小所导引的雷电流和电磁场，就应引入后续防雷区。应按照需要保护的系统所要求的电磁环境选择满足后续防雷区要求的条件。如建立专用的屏蔽室等。 LPZ3 区机壳内部保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，划分防雷保护区的意义在于为内部防雷技术措施和有关防雷器件的选用提供电磁环境的依据。 （三）现代综合防雷的主要技术措施 1拦截信息防雷的第一道防线是拦截直击雷。最经济、最有效的方法仍然是避雷针（避雷带、避雷网）法。尽管避雷针对于电子信息设备有很多负作用，对其应抱趋利避害、积极、稳妥的态度，采取有效的技术措施予以抑制。 2屏蔽屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传