【中图分类号】V443 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0057-01 1、引言 目前，各种先进的电子设备被广泛应用，因其大量使用大规模集成元器件，对过电压干扰十分敏感，尤其是雷击过电压。雷击过电压是指由于雷电直接击中各种金属线路；或雷击接闪器时由于电阻耦合、电容耦合、电感耦合等将高电位引入电子设备；或由于接地系统的不规范，雷电流入地时各地问的地电位不均衡等原因产生瞬态过电压。大量的雷灾案例分析证明，雷电过电压已成为损坏电子设备的主要原因，本文就雷电过电压入侵电子设备的途径进行分析，并通过实际案例提出防护措施。
2、电子设备过电压保护的必要性
现在已进入电子信息时代，各行各业都日益广泛地采用电子信息技术装备自己，如一座现代化的大厦，一般都装有智能安防、计算机网络、群控电梯、通信网络、广播系统、楼宇自控等一系列电子信息系统；航天、金融、电信、石油化工、电力、广播电视等部门及工厂企业更不例外，其电子信息设备的应用已日趋广泛，数量与规模在不断地扩大。但是这种电子信息设备的工作信号电压很低，一般小于10V，因此，其抗干扰、抗过电压的能力极低，对电磁环境的要求很高，所以随着电子信息设备的广泛应用，雷电对设备的破坏途径更加多样，破坏程度更加广泛和深入；它可以导致数据信号发生错乱，也可能导致芯片的直接损坏，使设备立即发生故障中断通信；还有可能，雷击产生的过电压仅使某些部件缓慢劣化而缩短使用寿命，这种损伤会使设备经常产生难以捉摸的软故障直到最后电路失效或性能下降。
3、雷电过电压的来源分析
雷电对建筑物内部的电子设备的危害是多途径的，有直接雷击、有沿金属管路和电气线路、电缆引入的雷电侵入波，还有空中传播的电磁波，以及雷击地面产生的高电位，由接地引入线反击入室。
雷电放电可视为一种变化的电磁波，其干扰离不开干扰途径（耦合机制）“路”和“场”等方式，干扰途径（耦合机制）可分电导性耦合、近场耦合（容性和感性耦合）以及辐射耦合（电磁耦合）。当干扰源离系统的距离小于干扰源频率的0.16倍波长入（入/2π）时，可认为是近场干扰。辐射耦合主要是指干扰源处于远场电路，是一种电磁波传播的形式。
3.1 电导性耦合
电导性耦合主要是雷直击于低压导电系统或防雷装置时，雷电流通过其等效阻抗而产生的压降。
3.2 容性耦合
如果雷击防雷装置的接闪器或低压系统传导线时，在其有效阻抗上将产生很高的电位差。由于系统每部分之间都存在着分布电容，任何电压的变化，不管在什么位置，将有驱动电流通过分布电容而产生传导干扰。雷击接闪器的容性耦合如图2所示，C1为接闪器对传导线的分布电容，C2为传导线对地的分布电容，R为传导线对地的等效电阻。根据等效电路可求出传导线对地的电位差UR。
UR=（jωRC1V）/[jωR（C1+C2）+1] （1）
在R为低阻抗时（传导线上的限压元件动作），且小于分布电容C1及C2容抗之和，可得
UR=jωRC1V （2）
在R为高阻抗时，且大于分布电容C1及C2的容抗之和，UR取决于C1及C1+C2容抗之比。
3.3 感性耦合
通过回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路产生的感应电动势与磁通量对时间的变化成正比。雷电流是一瞬变电流，其磁通量的变化率非常高，雷电流的波头时间通常在（0.1-10）μs之间。
雷击防雷装置时，因设备布置构成的环路中感应的均方值电压，可估算为
U=M△i/△t （3）
式中U为均方值电压，kV；△i/△t为雷电流的变化率，kA/μs；M为环路互感系数，μH。
雷击防雷装置时，平行导线构成的环路中感应的均方值电压，可估算为
U=M’h△i/△t（4）
式中u为均方值电压，kV；△i/△t为雷电流的变化率，kA/μs；h为同雷电流载流导
线平行的导线长度，nlnl；M’为环在导线h方向上的单位长度的互感系数，nH/mm。
在信息系统中，正常运行的工作电压一般小于10V，而发生雷击时，在平行导线中能产生大于100V感应过电压，此感应电动势足以损坏电子设备。
3.4 辐射耦合（电磁耦合）
辐射干扰是干扰源通过空间介质以电磁波的特性和规律发射干扰，低压系统的传导线以接收天线的形式接收干扰，其干扰是通过‘场’的方式对电子设备进行侵入。
雷电放电会产生变化的电磁场，电磁场的能量可以被引人到离雷击点相当大范围内的系统中。在架空系统中，可从以下公式粗略估算导线上产生的过电压
U=30×kX（h’/d）×I （5）
式中u为导线上产生的过电压，kV：I为雷电放电电流，kA：h’为导线离地面的高度，m；d为雷击点离导线的间距，m；k为系数，取决于雷电流反击的速率，一般取1.0～13。
对于电流为30kA的雷电流，当架空线距地面5m时，发生雷击点到导线距离为1km以内的过电压将超过5kV。在此情况下，当距离为10km时，100kA的雷电流会产生1.8kV的过电压。
4、实例方案
4.1 基本情况
某证券机房，公司所在大楼四楼，大楼已有接闪带等外部防雷设施；计算机网络系统的供电由市电三相五线低压电源供电，机房供电电源由大楼地下室配电柜至楼层分配电箱，分配电箱再供给机房UPS电源设备；机房计算机网络通信线进出采用UTP双绞线缆，通信线路采用超五类电缆线，卫星馈线采用BNC接口同轴电缆；机房接地利用建筑自然接地体。
4.2 方案设计
机房所在大楼已有外部防雷设施，不再作外部防雷补充设计。计算机网络系统雷击电磁脉冲防护按B类要求设计，供电系统采取3级电涌保护器（SPD）进行保护。网络通信系统采取末级保护，对于进出保护区的电缆、电线在进入保护区时适当安装信号接口电涌保护器（SPD）。机房接地采用共用接地系统，对进出各防护区界面的管、线、槽进行等电位连接，有效地将雷电过电压降低到设备能够承受的水平。
对于雷电磁场的影响，主要是直击雷击中机房大楼时，雷电流在建筑物的内部分布直接影响到计算机网络系统设备，特别是对电磁干扰敏感的计算机及网络通信终端设备。合理选择机房内电子设备的位置，及合理的屏蔽措施可有效的减少雷害。
在供电系统及计算机网络终端设备的接口处安装电涌保护器SPD，并对出入机房缆线采取屏蔽、接地，实现等电位连接等措施，可有效减少雷击过电压对电子设备的侵害。
机房采取共用接地可有效的解决地电位反击的影响，合理的地网是有效防雷的关键。对于敏感的数据通讯设备的防雷，接地系统的良好与否，直接关系到防雷的效果和质量。改善地网条件，适当扩大地网面积和改善地网结构，使雷电流尽快地泄放，缩短雷电流引起的高过电压的保持时间，以达到防雷要求。
5、结语
随着通信装置的多样化，高度信息化，更加敏感的反应在雷击等过电压方面，就有更高的防雷技术要求。电子设备的故障情况也在不断的变化，仔细把握它的故障形态，要从定量方面明确雷害发生的机理以及雷害对电子设备的危害影响，只要严格按照有关防雷规范的要求，实行有效的防雷措施，电子设备的雷电过电压危害是能够避免或减少的。
参考文献
[1]傅正财，叶蜚誉译，低压系统防雷保护（第二版）北京：中国电力出版社
[2]张小青，建筑物内电子设备的防雷保护北京：电子工业出版社2000年6月