摘要：随着微电子技术生产及应用的迅速发展，一些传统产业也日益广泛地采用电子信息技术改造及装备自己，对其应用的数量与规模亦在不断扩大，一些新兴行业已将电子信息技术的应用作为其发展的基础。以下是对微电子设备生产及应用的建筑物其防雷设计过程中问题的分析。
关键词：电子工程；防雷设计；内部防雷装置
1.微电子设备易受雷电电磁脉冲的损坏
雷电电磁脉冲是天空打雷时产生的成为干扰源的强大闪电流及其电磁场，它的感应范围很大，对建筑物内的各种电气设备都会有不同程度的危害，这种危害就是雷电电磁脉冲所产生的干扰。而由于微电子设备抗干扰能力低，它更易受到雷电电磁脉冲的侵害。
1.1微电子设备工作电压低, 抗雷电能力差微
电子设备日益向高精度、高灵敏度和高可靠性方向发展。其设备非常灵敏，但耐压很低，一般只有 10V 左右，所以对雷电电磁脉冲极为敏感，极易受到干扰或损坏，如果没有配套的防雷保护措施，雷电损坏率是很高的。这是因为微电子设备的耐压水平不能与一般电气设备相比，一般电气设备允许的雷电脉冲要比微电子设备高得多，所以感应的雷电电磁脉冲对一般设备来讲是安全的，而对微电子设备来讲是危险的。
1.2雷电电磁脉冲的干扰是微电子设备损坏的主要原因
雷电伤害一般分为直击雷、雷电感应及雷电波侵入等，以上这 3 种雷击均可在建筑物内产生雷电电磁脉冲，并对建筑物内的微电子设备产生干扰，其干扰形式有：
（1）建筑物的防雷装置接闪时，强大的瞬间雷电及其强磁场对建筑物内的电力线路和微电子设备的干扰。
（2）天空中雷电波的电磁辐射对建筑物内电力线路和微电子设备的电磁干扰。
（3）由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对建筑物内微电子设备的干扰。
因其电子设备耐压水平很低，各种雷害产生的雷电脉冲对它都可以产生危害,雷电脉冲因电磁感应而产生，它可以来自避雷针落雷而感应产生,也可以来自远处落雷而产生，并且在数百米的范围内，对保护各种微电子的设备构成威胁，而且雷击越近，造成的危害就越大。同时，感应的雷电电磁脉冲也可以通过电源线、天线、信号线的耦合被引入微电子设备，并且可以在所有的金属管道及电缆金属外皮感应产生，所以雷电电磁脉冲是微电子设备损坏的主要原因，应是现代智能建筑防雷的重点。
2.电子工程类建筑防雷设计
通常我们将建筑物防雷装置分为两大部分：外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置是传统的常规防雷装置，其作用是保护建筑物免遭直击雷，除外部防雷装置外，所有防雷保护的附加措施均为内部防雷装置，措施主要有屏蔽、均衡电位（等电位）、合理布线和良好接地等，其作用是减少建筑物内的雷电流和电磁效应，以防止雷电感应所造成的反击、接触电压及电磁脉冲等雷害。
2.1 建筑外部防雷装置
接闪器包括避雷针和避雷网，避雷针的保护机理是通过雷电引向自身来完成保护区内的保护对象免遭直接雷击的，这种引雷的机理使避雷系统增加被雷击的概率。要保证被保护对象免遭直接雷击，避雷针就必须有足够的高度，而避雷针越高，其遭雷击概率也越大，即避雷针被雷击的概率与它的高度成正比。因此，采用避雷针保护不但起到引雷的作用，而且会大大增加被雷击的概率。
对于微电子设备来讲，要保证其安全使用，应尽量避免其所在的建筑的避雷针直接受雷击，尤其在保护范围内的直击雷，这是因雷击避雷针后，强大的雷击电流经引下线入地的过程中，由于雷电流陡度的作用，在其周围产生强大的磁场，可使建筑物内的金属物体产生感应电压，它与雷电流陡度成正比，与雷击点的距离成反比。
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引下线的作用是传导雷电流经接地极入地，当建筑某部位遭雷击时，强大的雷电流将经引下线入地，引下线的粗细和数量将直接影响分流效果，若引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，电磁感应就小，对其微电子设备影响就小。同时，增加引下线的数量，也有利于屏蔽的效果。
2.2 建筑内部防雷装置
前已述及，雷击时，雷电电磁脉冲是损坏微电子设备的主要原因，这些设备在防雷装置接闪时会受到电磁干扰，由于它们灵敏度高，耐压水平低，有时附近打雷或接闪时，也会受到雷电波的电磁辐射或受到传来的电磁波的影响。由于这些电磁波均来自建筑物外，因此防御雷电电磁脉冲干扰的理想方法就是采用屏蔽，即利用法拉第笼原理，将建筑物防雷装置设计成为笼式避雷网。
对于钢结构及钢筋混凝土结构的建筑，应尽量利用其结构内的钢筋（地板、顶板、墙、梁、柱），使其连接构成一个六面体的网，以形成良好的屏蔽，这样，不仅能较好地防止空间电磁波的辐射，而且还可以使建筑物内部的雷电分流和均压达到最佳效果。对于砖混结构的建筑，应对其电子设备用房单独做屏蔽。
电子应用系统对低频信号工作接地要求较高，采用联合接地体，不能允许低频工作接地系统有环流存在，因此，低频信号工作接地应采用单点接地系统，各层的低频信号工作接地均应直接接在本层的单点接地板上，整个建筑物内为树干式结线，不得形成环路，单点接地系统应由建筑物内的中心部位引到建筑的基础底板上，直接与基础装置相连并焊接，以避免防雷引下线产生的强磁场干扰。
联合接地系统通常利用建筑物的基础作接地极，其接地电阻均<1Ω。在确定接地电阻时，应综合考虑各种设备对接地电阻值的要求，取最低值。若还不能满足要求，应在室外加打接地极，并应与建筑的联合接地极相连，以避免形成单独接地。
3.结论
瞬态电涌一般来源于雷击电磁脉冲和操作过电压、外部防雷措施对瞬态电涌产生的过电压起不到保护作用，必须在信息系统电源线路和信息通道上，分级设置电涌保护器 SPD，以抑制浪涌电压和旁路浪涌电流。对于电子应用类工程建筑其防雷设计应注意：
（1）为减少直击概率，直击雷的接闪保护宜慎用避雷针，多用避雷网，若用避雷针，应远离微电子设备。
（2）为减小建筑物遭雷击时，引下线流经的强大的雷电流所产生的强磁场对微电子设备的干扰，应在满足规范的前提下，适当增加引下线的数量，从而减小每根引下线的电流密度及响应产生的磁场强度，同时，增加引下线对于屏蔽的效果也有好处。
（3）为防御建筑物外雷电波的电磁辐射，减小建筑物内感应的电磁脉冲对微电子设备的影响，采用的最好办法是屏蔽，把建筑物防雷设计成为笼式避雷网。
（4）为防御建筑物内产生反击电压，保证人身及设备安全，在建筑物内做等电压电位连接。
（5）为防御雷电波侵入，对于高、低压架空进线的建筑，应采取加装避雷器及过电压保护器等以防雷电波侵入的措施。对于天线、航空障碍灯，也应考虑防雷电波侵入措施，在其电力系统中应加装浪涌保护器。并在信息系统电源线路和信息通道上，分级设置电涌保护器 SPD。
（6）为减少因引下泄流在建筑内靠外墙处产生的强磁场对设备的影响，建筑内电力及通信主干线应尽量设在建筑物的中心位置，其精密电子设备用房也应远离靠外墙处。 [科]
参考文献：
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［3］陈力丹著.传播学是什么[M].北京：北京大学出版社，2007：65.
论文作者:商永红
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：雷电论文; 建筑物论文; 微电子论文; 防雷论文; 脉冲论文; 设备论文; 避雷针论文; 《基层建设》2018年第21期论文;