摘要：雷击电磁脉冲对电气、电子系统的正常运行影响显著，国内外不乏由于电气或电子设备受雷击电磁脉冲的影响导致的设备损坏，因此，对电子信息系统雷击电磁脉冲防护研究意义重大。
关键词：损坏机理；防护
引言：
随着科技的发展，各行各业采用的电子信息设备和计算机系统越来越多，这类电子设备的耐压水平很低，极易受到雷击电磁脉冲的侵害，从而使雷击灾害由传统的直击雷对建筑物的损害扩展到到几乎所有行业，对各种微电子设备造成的危害极其严重。本文针对电子信息系统雷击电磁脉冲防护存在的漏洞，分析了雷击电磁脉冲入侵途径及电子信息系统雷击破坏的机理，给出了电子信息系统雷击电磁脉冲防护措施。
一、雷击电子设备的途径及损坏机理
雷击电磁脉冲（LEMP）是由雷云的静电感应或放电过程中产生的电磁感应，以及作用在建筑物上的金属物件，如信号传输线、天线、金属管道、电线、等上的雷电辐射引起的，通过各种金属线路引入室内，导致耐压水平极低的各类电子设备损坏。雷击过电压损坏电子设备，大体上可以分为以下两种情况，一种是受直击雷损坏，另一种受雷击电磁脉冲影响所致。
实际上，在一般情况下，电子信息系统内的各种设备受雷电直击而损坏的可能性非常小，因为通常该类设备均处于建筑物室内，不会被直击雷击中。而绝大多数的电子信息系统设备损坏，都是因为雷击电磁脉冲所造成的，雷击过电压行波通过各种金属管线传入电子设备使其超过本身的耐压水平而导致损坏。电子设备受到雷击电磁脉冲损坏还有另外一种情况，就是因地电位反击引起的电子设备损坏。
当建筑物顶部的接闪杆、接闪带受到直接雷击，雷电流沿着防雷引下线散入大地时，电子设备的接地装置或其他设备的接地体如果没有进行等电位连接，会因为发散入地的雷电流引起地电位抬高，造成地电位反击损坏电子设备。按实际经验来看，电子设备的地线与其他设备的地线进行等电位连接或者在满足安全距离的条件下分开设置，是减少雷击电磁脉冲侵入，降低地电位反击可能性的有效方法之一。
纵向过电压是指在电路中的某一点引起的对地过电压。因此，由地电位的抬升所引起的地电位反击也是一种从接地体引入的纵向过电压。而横向过电压，则是一种出现在平衡电路线或不平衡电路线与大地之间的过电压。当电子设备采用对称传输线传输数据时，因金属线路两线之间存在不同的纵向过电压，或因为纵向保护元件放电性能的分散性及差异性，将会造成横向过电压是。如果平衡线路上的两个纵向保护器件，其中一路突然出现故障导致失去保护功能，将会造成横向过电压的极限情况。当电子信息系统遭受雷击电磁脉冲入侵时，遭受损坏的，往往是靠近设备的输入端口。设备间起匹配作用的变压器匝间、层间、或线对地绝缘处，通常都会被纵向过电压击穿。而另一方面，横向过电压会随着信号线路，与数据信息一起传至电子设备内部，将电子设备内的各种电子元件损坏。电子设备中的各种元器件遭受雷击电磁脉冲损坏的程度，取决于电子元器件的耐压程度，即耐受雷击电磁脉冲冲击的强度取决于电子元器件绝缘水平。对于那些本身具有自修复能力的绝缘体，雷击电磁脉冲对其的击穿只是暂时性的，一旦雷击过电压消失，即可恢复正常功能；而对于那些不具有自修复性的绝缘装置，正常情况下，当受到雷击电磁脉冲冲击时，只有较小的过电压过电流通过过。这些绝缘装置如果只受到一次冲击，不会立即中断设备，但如果经常性的受到雷击电磁脉冲冲击，则有可能会使电子元器件逐渐受损并最终毁坏。
二、雷击电磁脉冲的防护
电子信息系统的雷击电磁脉冲的防护，应该作为一个系统工程来考虑，它主要包括了以下几个重要部分：等电位连接、屏蔽、综合布线、完善合理的接地。
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（一）接闪与分流
电子信息系统雷击防护，首先要做好直击雷防护，即尽量减少或避免直接雷击，接闪应多采用网（带、笼）等屏蔽型直击雷保护装置，如果使用接闪杆，宜用短针、多针保护，以减小保护半径，降低雷击概率。分流即适当多些引下线的根数，且其位置应当均匀设置。这样每根引下线所承受的电流就越小，使其反击的机会和感应范围的影响越小。
（二）屏蔽
屏蔽可以对建筑物内的所有电子设备进行很好的防护。雷电流是通过建筑物四周柱子内的钢筋引下线或者外墙明敷引下线泄放入接地装置的，所以建筑物主柱钢筋或外敷引下线的电流密度极大，其周围产生的磁场也非常强。在这种情况下。室内电子设备的电源线、信号线、数据线等金属线路不应该靠近有引下线经过的位置敷设，应与其保持足够的安全距离，最好敷设在室内的中间位置，以尽量减小雷击电磁脉冲对其的感应范围。依照这个理论，进出室内的所有金属线路均应该穿金属管保护或选用双层屏蔽电缆及同轴电缆，并将金属管和屏蔽层两端可靠接地。对保密要求高的线路，还应加装隔离稳频、稳压装置或设备本身加装滤波装置。
（三）等电位连接与环形接地网
等电位连接是通过电气连接方式将所有金属管线、金属物体和其他大型埋地金属装置、缆线金属屏蔽层、防雷接地体等连接在一起，使其成为良好的等电位体。对于不能直接连接到公共接地系统上的电源线和信号线，则应在电源、信号线路上安装过电压保护器（SPD）来加以保护。
环形接地网顾名思义是一个封闭的金属等电位环，沿着建筑物的周边环绕敷设。这样可以使界面外的电场分布更加均匀，减少了雷电流入地时在接地装置上产生的电位梯度对设备造成的地电位反击危险，也减少了跨步电压对人体的伤害。
（四）浪涌保护器分级防护
电涌保护器（SPD）是一种限制瞬态过电压和释放电涌电流的装置，必须能够承受预期通过它的雷电电流及限制线路上雷击电磁脉冲产生的峰值过电压。合格的浪涌保护器应该能够在过电压过电流经过后熄灭工频续流。
当线路上受到雷击电磁脉冲侵入时，因为雷击能量非常巨大，所以必须将雷击能量通过分级释放，逐步分解释放入大地。第一级保护的主要目的是防止雷击电磁脉冲从LPZ0区直接传导进入LPZ1区，该级浪涌保护器可以将数万伏至数十万伏的浪涌电压钳制到2500~3000V。第二级浪涌保护器可以将通过第一级浪涌保护器的残余过电压进一步限制到1500~2000V。第三级浪涌保护器非常重要，它是保护终端设备的重要手段，残余浪涌电压经过以上三级浪涌保护器的分级防护，其值可以降低到1000V以内，这样就最大可能地避免了雷击电磁脉冲对电子设备的损坏。
结语
综上所述，电子信息系统雷击电磁脉冲防护是一项系统的工程。在对电子信息系统进行雷击电磁脉冲防护设计时，必须遵循科学的、有效的、全面的方法，不光要考虑直接雷击对电子设备的影响，更应该考虑雷击电磁脉冲及雷电辐射对其的影响。通过接闪、分流、屏蔽、等电位连接及安装浪涌保护器等措施，可以有效地降低雷击电磁脉冲对电子信息系统的危害，保护电子设备的安全。
参考文献：
[1]黄克俭，陈仁君，李林，李鑫.直击雷防护系统与防雷击电磁脉冲关系的探讨[J].现代建筑电气，2014，5（08）：45-47.
[2]董冰，陈星宇.电子信息系统雷击电磁脉冲风险评估方法[J].科技创新导报，2008（27）：2.
论文作者:林强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
标签：过电压论文; 脉冲论文; 电磁论文; 电子设备论文; 电位论文; 信息系统论文; 防护论文; 《基层建设》2018年第35期论文;