维普资讯 http://www.cqvip.com 建莸电乞。 —＿＿－———ｌ・・・—■ＢＵ｝ＬＤ｝ＮＧ ２口口７年第１口期Ｉ ＥＬＥＣＴＲＩＣｌＴＹ 信息化设备的防雷技术 应洪正（北京兴星特电子技术有限责任公司，北京市 １０２２００） Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｌｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｙｉｎｇ Ｈｏｎｇｚｈｅｎｇ（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｘｉｎｇｘｉｎｇｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｈａｚａｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ 电压低，抗雷击电磁脉冲（ＬＥＭＰ）的能力很差，在 ｐｕｌｓｅ （ＬＥＭＰ）ｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｈａｖｅ 闪电强磁场环境下的易损性较高。雷电已成为信息技 ｂｅｅｎ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｓｈｏｗ 术应用中的一大公害，是现代防雷的重点。可以预 ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｈａｚａｒｄ ｏｆ ＬＥＭＰ ｉｓ ｉｎｖｅｒｓｅｌｙ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｔｒｏｋｅ ｓｐｏｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ Ｎ 言，信息化设备如果没有信息化防雷技术的配套， ｏｆ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｔｒｏｋｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｓｑｕａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ 信息技术的开发与应用是很困难的，尤其是雷击概 ｈｅｉｇｈｔ ｈ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｔｒｏｋｅ ｓｐｏｔ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ Ｎ 率较高的地区和要求全天候作业，且不受天气制约 ｖａｌｕｅ ｉｓ，ｔｈｅ ｈｅａｖｉｅｒ ｔｈｅ ｈａｚａｒｄ ｏｆ ＬＥＭＰ ｗｉｌｌ ｂｅ．Ｓｉｎｃｅ 的军用设备等就更难了。据介绍，信息化电子设备 ＬＥＭＰ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙｎｏｔｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ 使用中，直击雷的概率并不高，而受ＬＥＭＰ危害的概 ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ｓｈｉｅｌｄ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ 率却很高，以致新闻媒体惊呼： “去年（２０００年） ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｏｆ ＬＥＭＰ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｐｅｒｆｅｃｔ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ９８％的雷击事故发生在信息化设备上，而且损失越来 ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｎｔｉ—ＬＥＭＰ． 越大……。”中国气象局在全国第一次防雷减灾工作 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＬＥＭＰ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ 现场会上介绍． “有的国家每年因雷击造成的损失达 ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ 到了数十亿美元……，由于雷击过电压造成信息化设 Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｔｒｏｋｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ 备受损率达８０％．仅１９８８年雷电灾害就使ｌ０多万 ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓｔｒｏｋｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ Ｓｈｉｅｌｄ 台计算机受损”。我国信息化设备受雷电损坏的事故也 ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 屡屡发生，所以信息化设备雷害是严重的，急需解决。 摘要 阐述了雷击电磁脉冲（ＬＥＭＰ）对信息 ２信息防雷应根据防雷性质有针对性地进 设备的危害．以计算及实例说明ＬＥＭＰ的危害与雷 仃１呆护 击点的距离成反比．雷击概率Ⅳ与雷击点高度ｈ的 现代防雷有信息防雷和常规防雷两类。它们的防雷 平方成正比。Ⅳ越高，ＬＥＭＰ的危害就越大。ＬＥＭＰ 重点、保护对象、防雷方法等都不一样，应区别对待。 是信息防雷的重点，应采取屏蔽接地技术．有效防止 常规防雷也称传统防雷，它的保护对象主要是建 ＬＥＭＰ的入侵：完善信息防雷保护．提高抗ＬＥＭＰ的 筑物、工频设备等，它的防雷重点主要是直击雷的危 能力。 害，防雷方法除避雷带、避雷网外，主要是避雷针， 关键词 雷击电磁脉冲 常规防雷信息防雷 雷 并靠避雷针的高度招引直接雷击，靠“引狼入室”完 击概率 直击雷保护 电子信息系统屏蔽接地技术 成直击雷保护。所以人们往往在避雷针高度上下功 夫，以为避雷针高度高了防雷效果就好了，很少讲究 １ 现代防雷的重点是信息化设备 避雷针的负面效应、雷击概率的危害等。 而信息防雷却截然不同，它的保护对象是信息化 信息技术设备是集计算机技术和微电子技术于一 设备、电子信息系统；保护重点是感应雷，是ＬＥＭＰ 身的高科技技术产品，由大规模芯片电路组成，信号 的危害；保护方法是通过防雷区（ＬＰＺ）的划分、浪 Ｏｃｔ．２ｏ０７ Ｖ０Ｉ ２６ Ｎｏ １Ｏ 维普资讯 http://www.cqvip.com 涌保护器（ＳＰＤ）的配套保护、等电位联结、屏蔽接 地处理等。实现低阻抗均压网络系统，避免危险电 位差的产生和ＬＥＭＰ的危害。 所以两种不同的防雷保护的防雷性质是不同的， 不能混为一谈，不能用常规的防雷方法去保护信息化 设备，要根据防雷性质有针对性地进行防雷保护。 在实践中，人们往往不注意防雷性质的区别，用 传统的观念，常规的方法进行信息防雷保护，如接地 问题，不讲防雷性质的需要，不讲接地的目的和效 果，盲目追求接地电阻值，以为接地电阻值越小越 好，防雷的好坏靠接地电阻值的大小了。为此有的工 程投入巨资得到０．２９１）阻值还不满足，还准备再投巨 资使阻值再降低。他们根本不清楚信息防雷与常规防 雷的区别，不清楚信息化防雷除直击雷保护外，主要 是雷击电磁脉冲的防护，是“场”的保护，需要的是 阻抗Ｚ值的降低，而不是纯Ｒ的降低。 Ｚ值是由两部分组成的，即Ｚ＝Ｒ＋ｊｏＪＬ。当为 常规防雷时，保护对象是工频设备（或直流设备）， 它们的频率都比较低，所以阻抗ｚ中的感抗 值很 小，接地电阻Ｒ的比例很大，阻抗Ｚ几乎等于Ｒ， 这时降低Ｒ值对常规防雷来说是有其实际意义的。 而信息防雷时，由于其保护对象主要是信息化设备， 它的频率较高，一般在几十ｋＨｚ到几十ＭＨｚ之间， 所以阻抗ｚ中感抗值ｗＬ是大头，Ｒ值是小头。两者 相比，阻抗Ｚ中感抗值ｗＬ是主要的，这时花大量的 人力物力去降低 值，就失去其实际意义了，这时应 设法去降低感抗ｗＬ值才有实际意义。但感抗ｗＬ值的 降低主要是改变电感 值，因为感抗ｗＬ中Ｃａ）＝２丌厂， 厂是雷电过程产生的，不以人们意志为转移，所以只 有电感 值是可以改变的。阻抗ｚ中的电感三值可以 在信息防雷设计中，通过接地材料的选择、接地网络 的设计，有意识地降至最低，实现低阻抗地线均压网 络结构设计，满足信息防雷的要求。 ３雷击点的选择与控制 信息防雷的重点是ＬＥＭＰ的危害，它与雷击点的 距离成反比，与雷电流的幅值和陡度成正比，见下式： ０．２（１ｎ—１０００：０．５）ａ／—×１０～ （１） Ⅱｄｔ 式中： ——感应脉冲过电压（ｋＶ／ｍ）； Ⅱ——雷电流引下线与被感应导体间的平行 距离（ｍ）； ——雷电流陡度，设３０ｋＡ时的陡度为 １１．５ ｋＡ／ ｓ。 由上式可知，３０ｋＡ的中等雷击在避雷针周围导 体上耦合的感应脉冲过电压（ ）值见下表。 中等雷击在避雷针周围导体上耦合的感应脉冲过电压值 Ｔａｂ．Ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｕｌｓｅ ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｒｏｄ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｍｅｄｉｕｍ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｓ￣ｏｋｅ ８（ｍ） １０ １００ ２００ ３００ ４００ ５００ （ｋＶ Ｓｍ） ９．５ ４．５ ２．５ １．６ ０．９５ ０．４５ 由上表可见，距离雷击点越近， 越大，ＬＥＭＰ 的危害也越大。所以控制雷击点的距离，降低ＬＥＭＰ对 信息化设备的危害是信息防雷保护的重要措施之～。 ＬＥＭＰ的危害不但与雷击点的距离有关．还与雷击 点的高度（避雷针的高度）ｈ有关，雷击概率Ⅳ见下式： ９ 一ｄ Ｎ＝０．０１５ Ｔｋ ｋ ｈ Ｘ １０ （次／年） （２） 式中：卜年雷电日数（日）； ｋｌ——落雷不均匀系数，易受雷击的建筑物 ｋ１＝１．５～２．０； ——建筑物材料影响系数，金属材料为１．５； ——避雷针高度（ｍ）。 由此可知，在同样条件下，雷击概率Ⅳ与雷击 点高度ｈ平方成正比。所以雷击点越高，引雷概率 越大，ＬＥＭＰ对信息化设备的危害就越大。如某油库 于１９９０年６月安装了两座６５ｍ高的避雷针，建成后 第１０天就招来了第一次雷击，事隔４年又招来了第 二次雷击，使库区内的信息化设备受到了严重损坏。 以上说明，在信息防雷设计中应充分认识雷击点 的高度与距离的关系，利用这种关系的变化规律，正 确进行雷击点的设计，使其成为最佳的雷击点，使 ＬＥＭＰ对信息化设备的危害降到最低，实现信息防 雷的最佳效果。如某工程的信息防雷设计（见图１）， 用传统的观念，常规的方法，在天线与机房之间架 设一座３７ｍ高的独立避雷针，以期既保护天线，又 保护机房中信息化设备“两全其美”的防雷保护方 案，结果屡遭雷击，机房内信息化设备损失十分严重。 维普资讯 http://www.cqvip.com 建箍电乞。 ——●●＿＿＿＿＿＿＿一Ｉ ＢＵｌｋＤｌｔ，ｔＧ ２口口７年第１口期ｌ ＥＬＥＣＴＲＩＣＩＴＹ 图１ 某工程的原信息防雷设计 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｒｏｊｅｃｔ 后经改造，把３７ｍ高的避雷针拆除．改为两座 ２０ｍ高的独立避雷针和其它防雷保护配套措施后，雷击 就很少了，机房内的信息化设备也不再受损了，见图２。 图２改进后的信息防雷设计 Ｆｉｇ．２ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ 根据计算．图１的雷击概率Ⅳ为０．３７次／年， 改为图２后雷击概率Ⅳ为０．１０８次／年，前者为后 者的３．４倍；图１的感应脉冲过电压 为８．５ ｋＶ，ｍ， 改为图２后 为６．２５ｋＶ／ｍ，前者 为后者的１．３６ 倍。说明正确的雷击点设计，可以使感应脉冲过电压 和雷击概率的危害降低，有利于信息防雷保护。 ４雷击电磁脉；中（ＬＥＭＰ）的控制 ＬＥＭＰ是信息防雷的重点，因此在信息防雷保护 中，一方面要控制ＬＥＭＰ的入侵对信息化设备的危 害，另一方面要提高信息化设备抗ＬＥＭＰ危害的能 力，这样才能有效地防止ＬＥＭＰ对电子信息化设备 的雷电危害，ＬＥＭＰ防护措施见下文所述。 ４．１采用屏蔽接地技术防止ＬＥＭＰ的入侵 ａ．进出机房的馈线应是金属屏蔽线，当为非金属 ４０ Ｏｃｔ ２００７ Ｖｏｌ ２６ Ｎｏ １０ 屏蔽线时必须埋地敷设，禁止架空明敷。 ｂ．当无法埋地敷设时，应根据防雷区的规定， 设电涌保护器保护或穿金属管作屏蔽接地处理。 ｃ．穿过屏蔽层的管线，必须作屏蔽接地处理。所 有穿过屏蔽层的导线、电缆、水管等均应增加屏蔽层 保护措施，确保屏蔽的整体性。 ｄ．屏蔽接地分单点接地和多点接地。当工作频 率厂≤１ＭＨｚ，其长度 与波长Ａ之比 ／Ａ≤０．１５时， 其屏蔽接地应采用单点接地；当ｆ＞ｌＭＨｚ，Ｌ／Ａ＞ ０．１５时，应采用多点接地，并作等电位联结。 ｅ．利用建筑物金属体作笼式屏蔽保护。应充分利 用建筑物的金属体作屏蔽接地处理，使ＬＥＭＰ有效 衰减，实现笼式保护，等电位联结。 ４－２完善信息防雷保护。提高抗ＬＥＭＰ的能力 除前述的正确处理两类不同性质的防雷保护和雷 击点的有效控制外，还应采取以下措施： ａ．根据雷暴等级和防雷区的划分按规定进行保护。 ｂ．应根据防雷保护重点，有针对性地进行保护 和系统的技术配套。 ｃ．设计低阻抗地线均压网络系统。低阻抗地线均 压网络系统的设计是提高抗ＬＥＭＰ能力的关键，实践 证明信息化设备损坏的主要原因是ＬＥＭＰ引发的毁坏 性电位差引起的，因此设计低阻抗地线均压网络系 统，使基准电位相同，不产生毁坏性电位差，是信息 防雷的重点，也是信息防雷的基础。 ｄ．采用等电位联结和共用接地系统。等电位联结 和共用接地系统都是为了消除ＬＥＭＰ引发的毁坏性 电位差，提高抗ＬＥＭＰ的能力，把基准电位（ＥＲＰ） 延伸到整个信息网络系统，产生等电位效果。 ｅ．正确配置与选择ＳＰＤ。电源、信号、天馈等系 统都是ＬＥＭＰ耦合的通道，应正确配置与选择ＳＰＤ 保护器，使其能够承受ＬＥＭＰ的危害，确保信息化 设备不受其害。 ｆ．当电源为ＴＮ系统时，从总配电屏（箱、盘） 引出的馈线必须采用ＴＮ—Ｓ系统，设保护线（ＰＥ）， 并在总配电屏处设基准零电位。 信息防雷保护是信息化时代电子信息系统必须配 套的技术，多年的实践证明，只要根据以上信息防雷 技术进行信息防雷保护，电子信息化设备的雷电安全 问题是可以得到有效解决的。