{dy}节、雷电概述

雷击是年复一年的严重自然灾害之一。随着我国现代化建设的不断提高，通信、控制等弱电设备越来越多，规模越来越大。一方面大型电子计算机网络，程控交换机组等系统设备耐过电流、耐雷电压的水平越来越低，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。我国防雷界情况与国际电工委员会同步，1994年1月1日起执行的强制国标GB50057-94，2004年又实施GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》等一系列制度标准，目的在于加强和提高我国各行业系统对于防雷减灾的意识和相关措施。

根据防雷中心的统计，近年来雷电与过电压损坏在电子设备的损害事故原因中已占{jd1}的因素，而且还有逐年上升的趋势。并且由于雷电过电压损坏造成的系统停顿、业务停顿、重要资料丢失、甚至系统崩溃，给用户造成的间接经济损失远远超过直接的硬件损失。因此对弱电设备的避雷、过电压防护已成为具有时代特点的一项迫切要求。根据不同的破坏机理，雷这种特殊的自然放电现象表现为两种形式：直击雷和感应雷。

现代过电压防护技术强调全方位防护，为了预防雷电灾害所造成的巨大损失，用户用电系统、网络系统、中控系统、有线电视系统、通讯系统等用电设备系统须做好防雷措施，以系统设计，全方位保护以防止雷击灾害的原则，综合治理，建立一套完整过电压防护系统，并把过电压防护看做一个系统工程。除建筑过电压防护要符合规范外，并且对电源系统、信号系统、地电位反击等各个方面，要求严格作好雷电防护工作；并且，确保安装LEO过电压防护器件后对供电、监控及通信设备的正常使用没有任何影响。因此，合理进行过电压防护设计，提供高质量完整的防护设备，通过有效措施防止雷电波侵入设备，形成层层保护结构，确保设备的安全，使其在雷电环境中能安全可靠运行。

第二节雷电的危害及电子设备遭受雷电的途径和防雷原理

雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或与大地之间的电场强度可以击穿空气（一般为25-30KV/cm），游离放电，我们称之为"先导放电"。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。

带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，称之为“直击雷”，其破坏机理主要是机械破坏作用；带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷，直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻的存在，以至出现局部高电压。直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷击”或称“感应雷”，其破坏机理主要是雷电高压以波的形式沿电源线、电话线等侵入室内，危害设备和人身的安全。

近些年来由于高新技术的发展，尤其是电子技术的飞速发展，推动了电子用电设备的普及和应用，其中借助计算机系统进行信息处理、数据处理、自动化控制、网络通讯、设计开发等，大大提高了人们的工作质量和效率。但先进的电子设备包括电子计算机耐受过电压、过电流的能力相对较低，同时也缺乏必要的雷害防护技术措施，

另外，在现代高新技术电子产品的生产中大量采用了大规模及超大规模的电子集成电路制造技术，当今电子设备、计算机系统的网络化程度越来越高，一方面大型电子计算机网络、程控交换机组等系统设备富含大量的CMOS半导体集成模块，而耐过电流、耐雷电压的水平反而随之降低，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，如通讯系统、视频、信号、工业自动化控制网络、计算机网络系统等，它们的传输线路，特别是暴露在室外的长距离输送线，以及动力电源输送线路等，都有可能遭受雷击，产生雷击过电压，并侵入设备，将设备击毁。

计算机、通信和仪表控制系统（以下统称“微电子系统”）在工业化社会得到了广泛的应用，随着科学技术的快速发展，这些系统的微电子器件的集成化和微型化程度愈来愈高，而其元器件的抗电气冲击水平却都很低，因此，防雷问题和元器件间、系统间的电磁兼容问题日显突出。

一、雷击的分类：

直击雷击——是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等，由于直击雷的电效应，有可能使己方微电子设备遭受浪涌过电压的危害。

感应雷——（又称二次雷击），是指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线等类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。LEMP对微电子设备，特别是通讯设备和电子计算机网络系统的危害{zd0}，据资料显示，微电子设备遭雷击损害，80%以上是由但应雷引起的。

操作过电压——是指当电流在导体上流动时，会产生磁场储存能量，电流越大，导线越长，储能越多，所以当负载（特别是电感性大负荷）电器设备开关时，会产生瞬时过电压，操作过电压同LEMP一样，可以间接损害微电子设备。

雷击属于浪涌的一种，浪涌也叫突波，顾名思义超出正常工作电压的瞬间过电压。

二、雷电损害途径：

直接雷击

感应雷击

－－静电感应

－－电磁感应

由线路引入过电压

地电位反击

操作过电压

地电位反击――

直击雷经过接闪器（如避雷针、避雷带、避雷网等）而直放入地，导致地网地电位上升。高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。

临近建筑物或附近地面、树木等遭受雷击，同时带来感应雷和附近地面的跨步电压（低电压反击）。

电磁感应――

雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管（线）上经感应而产生过电压。建筑物内部的各种线路，雷击电磁脉冲辐射，进入设备。

经线路引入过电压――

网络数据线路在远端遭受直接或感应雷击，沿网络线路进入设备。

有线通讯线路在远端遭受直接或感应雷击，沿通讯线路进入设备。

电源供电线路在远端遭受直接或感应雷击，沿供电线路进入设备。

天线遭受直接雷击或接受感应雷击。

电子系统设备遭受雷害的途径有直击雷的侵害、反击，由电源线路引入的雷电侵入波、感应雷或雷电电磁脉冲的侵害等。电网系统内部产生的过电压冲击或电磁耦合等也会造成设备损坏。

在电力网内部因系统操作失误或出现异常工况甚至短路等故障，会引起电力网系统出现内部过电压或电压瞬态降低的现象。

三、雷电防护区的划分

按照IEC61312-1及GB50057-94（2000）要求，将要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。防雷区宜按以下分区：

1、LPZ OA区：直击雷非防护区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场没有衰减。

2、LPZ OB区：直击雷防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区内的电磁场没有衰减。

3、LPZ 1区：屏蔽防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ OB更小；本区内的电磁场可能衰减，这取决于屏蔽措施。

4、LPZ 2区等：后续防雷区，当需要进一步减小导入的电流和电磁场时，应引入后续雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。通常，防雷区的数越高，电磁环境的参数越低。

四、雷电防护措施

一个完整的防雷体系，必须包括天空、地面、地下三个层面。也就是说天空有完整的避雷针、避雷带、避雷网等；地面有优良的防雷器件、防电磁脉冲屏蔽、均压汇集环、等电位连接等；地下有完整可靠的地网，给雷电流提供良好的泄放通道。其全面防护参见下图。

1、接闪与引下

2、均压连接与屏蔽

在机房内设置等电位连接网络，安装均压环，同时通信电缆线槽及地线线槽需用金属屏蔽线槽，且做等电位连接。其布放应尽量远离建筑物立柱或横梁，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能与建筑物立柱或横梁交叉。

3、分流泄流

进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在不同的防雷区交界处，以及终端设备的前端根据IEC61312——雷电电磁脉冲防护标准，安装上不同类别的电源类SPD以及通讯网络类SPD，并将SPD与接地网络有效连接以将各类线路中的过电压通过SPD装置泄流入地（SPD瞬态过电压保护器）。SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。

5、接地

根据GB50174-93标准要求，电子计算机机房接地装置应满足下列接地要求：

交流工作地：

在工作或事故情况下，保证电器设备可靠地运行，降低人体接触电压，迅速切除故障设备或线路、降低电器设备和输电线路的绝缘水平，接地电阻不大于4欧姆。

安全保护地：

在中性点不接地系统中，如果电器设备没有保护地，当该设备某处绝缘损坏时，外壳将带电，同时由于线路与大地间存在电容，人体触及此绝缘损坏的电器设备外壳，则电流流入人体形成通路，人将遭受触电的危险。设有接地装置后，接地电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过，接地体电阻愈小，流过人体的电流也愈小，接地电阻极微小时，流经人体的电流可不至于造成危害，人体避免触电的危险，接地电阻不大于4欧姆。

直流工作地：

计算机以及一切微电子设备，大部分采用中、大规模集成电路，工作于较低的直流电压下，为使同一系统的电脑（计算机）、微电子设备的工作电路具有同一“电位”参考点，将所有设备的“零”电位点接于一接地装置，它可以稳定电路的电位，防止外来干扰，这称为直流工作接地。

同一系统的设备接于同一接地装置后，无论是模拟量或数字量，在进行通信或交换时，才有统一的“电位”参考点，从而给接于同一接地装置的计算机或微电子设备，提供稳定的工作电位，有效地衰减以至xx各种电磁干扰，保证数据处理或信号传递准确无误，接地电阻应按计算机系统具体要求确定。

防雷接地：

为使雷电浪涌电流泄入大地，使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害，所有建筑物、电气设备、线路、网络等不带电金属部分，金属护套，避雷器，以及一切水、气管道等均应与防雷接地装置作金属性连接。防雷接地装置包括避雷针、带、线、网接地引下线、接地引入线、接地汇集线、接地体等。接地应接现行国标GB50057-94《建筑物防雷设计规范》执行。

交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不大于其中最小值。

第三节设计原则和设计依据

1、设计原则

为降低雷电对建筑物设施设备的危害，保护生命和财产安全，保障建筑物供电系统、电子信息系统设备的正常运行。

2、设计标准、规范

参考（GB50057-94/2000年版）《建筑物防雷设计规范》

参考（GB50343-2004）《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

参考（GB50169-2006）《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

参考（GB9361-88）《计算机站场地安全要求》

参考（GB50054-95）《低压配电设计规范》

参考（YD5098-2005）《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》

参考（YDJ26-89）《通信局（站）接地设计规范》

参考（YD.T 1235.1）《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器技术要求》

参考（GA173-1998）《计算机信息系统防雷保护器》

参考（GA267-2000）《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》

参考（DL/T621-1997）《交流电器装置的接地》

3、设计范围