防雷技术

防雷知识系列（五）－内部防雷系统
作者: www.tj-spd.cn 时间: 2007-12-01
来源：防雷中国　

构筑和作用于建筑物内部的防雷工程称内部防雷工程。

内部防雷工程主要有屏蔽、防雷器和等电位连接三部分组成。

建筑物内部防雷工程涉及面较宽，面对的是包括感应雷、球雷、传导雷或因线路上浪涌高电压所造成电网波动在内的众多损害，归纳起来危害最大的主要方面是高电压引入。

高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到其他地方和室内造成破坏的雷害现象。高电压引入的电源有三种：其一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内；第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷雨云对大地放电；或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，感生出几KV到几十KV至数百KV的地电位反击，这种反击会沿着电力系统的零线，保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。

雷击电子设备的途径和损坏机理

雷击电子设备的途径，雷击电子设备的途径可分为三种情况：

(一)雷电直接击中电子设备网络物理

落雷点为电源高电压侧,雷电沿供电线路侵入到电子设备系统供电部分,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、致使整个系统瘫痪。

雷电直击网络无线通信的天线，沿天馈进入网络系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏?lt;/P>

雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、Ｘ.25专线、电话线）产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路
损坏；过电压过电流沿通信有线线路侵入到网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损坏。

(二)感应过电压
１．回路感应过电压
由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路（如电源线、数据通信线、天馈线），这些线路网络结构布局错综复杂，在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路，当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与这回路相接的电子设备。

２．线路感应过电压
是网络通信线路上感应过电压，分静电感应与电磁感应
１）静电感应主要是指架空线路设于雷击点附近，由雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷被速释放，形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线两测传播，侵入导线路端接的网络设备将其损坏。

２）当雷电直接击在避雷针、避雷带上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，在雷电流的通道附近形成一个很强的感应电磁场。这强大的感应电磁场将直接感应在电源 线或网络通信设备上，形成感应过电压侵入到网络系统中，损坏网络设备。高强度（30KA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1KM范围内网络系统产生电磁感应作用，造成系统设备损坏。据统计，这种感应雷击占计算机雷击事故的70%以
上。

３．耦合与转移过电压
雷击引起暂态高电压或过电压常常可以通过网络线路耦合或转移到网络设备上，造成设备的损坏。



(三)雷击地电位抬高入侵
建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至人身安全。这种由于接地技术处理不当引起地电位的反击，造成整个网络系统设备全部击毁。地电位暂态高电位危及到相邻建筑物内网络设备，如网络系统建筑物没有遭雷击又无采取过电压保护措施，附近建筑物遭雷击后，暂态高电位将沿地下管道传至网络设备接地系统中对线路发生反击，使得与这些线路相连接的设备受到暂态高电位的损害。

雷击过电压

不管是雷电冲击波或者是地电位反击，都会在网络、线路或设备上产生瞬时的雷击过电压。雷击过电压又分为纵向过电压和横向过电压。

1、 纵向过电压：
在平衡电路某点出现的对地的过电压称之为纵向过电压。地电位上升起的电压，可看做是从地系统侵入的纵向过电压。

2、 横向过电压：
在平衡电路线与线之间，或不平衡电路的线对地之间出现的过电压称之为横向过电压。连接对称平衡传输线路的设备由于线路中两线分别对地的纵向过电压不平衡，或因纵向防护元件动作时间的差异，都会导致横向过电压的产生。
连接同轴电缆系统的电子设备，纵向过电压即为横向过电压。

电子设备的损坏机理

纵向冲击对平衡电路中设备元部件的损坏有：损坏跨接在线与地之间的元部件或其绝缘介质；击穿在线路和设备间起阻抗匹配作用的变压器匝间、层间或线对地绝缘等。横向冲击则同信息一样可在电路中传输，损坏内部电路的电容、电感及耐冲击能力差的固体元件。

设备中元部件遭受雷击损坏的程度，取决于不同的绝缘水平及受冲击的强度。对具有自行恢复能力的绝缘，击穿只是暂时的，一旦冲击消失，绝缘很快得到恢复，有些非自行恢复的绝缘介质，如果击穿后只流过很小的电流，常不会立即中断设备的运行，但随时间的推移，元部件受潮其绝缘逐渐下降，电路特性变坏，最后将使电路中断。

有的设备元部件如晶体管的集电极与发射极或发射极与基极，若发生反向击穿就出现了永久性损坏，对易受能量损坏的元器件，受损坏程度主要取决于流过其上的电流及持续时间。

雷击电磁脉冲防护措施

（1） 大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。

（2） 对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式要求：通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁，并与之保持较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。

（3） 根据雷电保护区的划分要求，建筑物大楼外部是直接雷击区域；建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区，越往内部，危险程度越低。雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面由外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏敝层形成。电气通道以及金属管等金属构件，穿过各级雷电保护区时必须在每一穿过点做等电位连接。

（4） 进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、 LPZ1与LPZ2区交界处、以及终端设备的前端，根据IEC1312--雷电电磁脉冲防护标准，安装上电源类SPD，以及通讯网络类SPD（瞬态过电压保护器）。SPD是用以防护电子设备因受雷电闪击及其它干扰造成传导电涌过电压危害的有效手段。