谈电子设备的防雷问题

摘　要：随着科技的进步与电子设备在日常生产与生活中的广泛应用，电子设备的防雷问题也成为日常工作中应当注意的重点问题。

关键词：电子设备；防雷；危害
　　随着社会的发展,电子设备的应用越来越广泛,而雷电对电气电子设备的危害也日趋明显。
　　1　雷电对电子设备的危害
　　1.1　直击雷对电子设备的危害
　　虽然电子设备多数都安装在建筑物内,但电子设备的电源线路,天线,通信线路(如光缆,电话线等)都有被雷电直击的可能。雷电直击供电线路侵入到电子设备系统供电部分,会产生过电流与过电压,造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电,导致整个系统瘫痪;直击天线,沿馈线进入网络系统,损坏通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备;直击网络通信有线线路产生猛烈的冲击波,强大的机械力,炽热的高温使通信线路损坏。过电压过电流通过通信线路侵入到网络系统内,造成前端设备的损坏。
　　1.2　感应雷对电子设备的危害
　　感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时,在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备,使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈,但其发生的几率比直击雷高得多。
　　1.3　电磁脉冲与电涌对电子设备的危害
　　闪电电流及闪电高频电磁场所形成的闪电电磁脉冲(LEMP),在电子设备中产生过电压和过电流,即“浪涌”。这种雷电“浪涌”释放出巨大的能量以及高压,对内部结构高度集成化,耐压、耐过电流的水平都不高的电子设备可造成致命伤害。
　　2  电子设备防雷的具体措施
　　2.1均压
　　当雷击发生时，在雷电暂态电流所经过的路径上将会产生暂态电位升高，使该路径与周围的金属物体之间形成暂态电位差，如果这种暂态电位差超过了两者之间的绝缘耐受强度，就会导致对金属物体的击穿放电。这种击穿放电能直接损坏电子设备，也能产生电磁脉冲，干扰电子设备的正常运行。为了消除雷电暂态电流路径与金属物体之间的击穿放电，需要对室内的各种金属构件进行等电位连接，形成一个电气上连续的整体，这样就可以在发生雷击时避免在不同金属外壳或构件之间出现暂态电位差，使得它们彼此间等电位，并维持在地电位的水平，这就是均压措施。一般来说对于进入室内的各种金属管道都要进行等电位连接，电源电缆和信号电缆中各带电导线上的保护元件或保护装置实际上起着暂态均压的作用，当雷电暂态过电压波沿电源线或信号线侵入室内时，这些保护元件和装置的动作限压，使得电源线或信号线与其附近金属管道之间不会出现较大的暂态电位差。
　　2.2接地
　　2.2.1工作接地
　　电子设备的工作接地主要是为了使整个电子电路有一个公共的零电位基准面，并为该高频干扰信号提供低阻抗的通道，以及使屏蔽措施能发挥良好的效能。工作接地有三种方式。一是浮地。浮地是指电子设备的地线在电气上与建筑物接地系统保持绝缘，这样建筑物接地系统中的电磁干扰就不能传导到电子设备上去，地电位的变化对设备也就无影响。二是单点接地。可以避免形成地线回路，防止通过地线回路的电流传播干扰。大信号电路具有较大的工作电流，应有自己的地线。对于经常起停的设备和器件，除了采取屏蔽和隔离措施外，还必须有单换的地线。三是多点接地。将电子系统中各设备的接地点都直接连接到距离各自最近的接地平面上，这样可以使接地线的长度最短，减小其寄生电感。
　　2.2.2安全接地
　　在发生雷击时，强大的雷电暂态电流流过建筑物的接地系统将引起暂态电位抬高，危及设备及人身的安全。在电子设备单独接地的地线入户处用一个低压避雷器或放电间隙与建筑物的总接地网连接，当建筑物遭受雷击时，其地电位抬高导致避雷器或放电间隙放电，从而使电子设备的接地与建筑物接地网达到大致相等的水平。在正常情况下，避雷器或放电间隙将两个接地分开，有利于抗干扰，而在雷击时能实现两者之间的均压，避免发生击穿放电，危害设备安全。
　　2.3屏蔽
　　电子设备中大量采用半导体器件和集成电路，这些电子和微电子元器件是十分脆弱的，由电击产生的电磁脉冲可以直接辐射到这些元件器上，也可以在电源或信号线上感应出暂态过电压波，沿线路侵入电子设备，使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施，电子设备常用的屏蔽体有设备的金属外壳、屏蔽室的外部金属网和电缆的金属外套等，采用屏蔽措施对于保证电子设备的正常和安全运行来说是十分重要的。
　　2.3.1辐射屏蔽
　　在发生雷击时，由雷电暂态电流产生的暂态电磁脉冲变化是很快的，能使在其附近一定范围内的未屏蔽电子设备受到干扰和损坏。可以估计雷电脉冲磁场对计算机引起的工作失效率和元件器损坏率。为了降低雷击时计算机的工作失效概率和元器件损坏概率，就需要对计算机采用良好的屏蔽措施。
　　2.3.2室内屏蔽措施
　　可以将房屋墙壁中的结构钢筋在相交处电气连接，并与金属门窗框焊接，初步构成一个带门窗开口的屏蔽笼，还可以在门窗上分别加装金属网并与门窗实施有效的电气连接，在室内沿堵四周再做一圈保护接地环，沿该接地环每隔一定距离与屏蔽笼上的结构钢筋进行有效的电气连接笼。还应该将各数字设备的外壳就近与接地环连接，交流电源的保护地线也要与接地环连接，并保持与电源线平行。
　　2.3.3信号线和电源线屏蔽
　　强大的雷电电磁脉冲能够在信号线或电源线等线路上感应出暂态过电压波，过电压波将沿线路传输，侵入线路所连接的电子仪器和设备。为了防止由此而造成的设备损坏，所有的信号线及低压电源线都要采用有金属屏蔽层的电缆，没有屏蔽的导线应穿铁管加以屏蔽。屏蔽层阻挡和衰减电磁脉冲的性能不仅与屏蔽层的材料和屏蔽层上网眼大小有关，而且还与屏蔽层的接地方式有关。就暂态过电压而言，需要信号线或电源线的屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首、末两端接地。
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