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案例:无线电视台机房防雷设计方案

来源:机房360 作者:小柯 整理 更新时间:2010-6-8 17:29:53

摘要:由于雷电侵害,通信系统、计算机系统等时常遭受打击,轻者接口损坏,通信中断或数据误、错码,重者使系统瘫痪,严重影响工作的顺利进行。因此,雷电已成为电子信息时代的一大公害,雷电防护已成为电子设备急需解决的问题。

    一、分析概述
  
  随着通信技术、计算机技术、信息技术的飞速发展,今天已是电子化时代,日益繁忙庞杂的事物通过高速电脑、自动化设备及通信的发展变得井然有序,而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低,这些高精度的微电子计算机设备内置大量的CMOS半导体集成模块,导致过压、过流保护能力极其脆弱。(美国通用研究公司提供磁场脉冲超过0.07高斯,就可引起计算失效;磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏。)且电子设备的数量和规模不断扩大,因而它们受到过电压特别是雷电袭击而受到损坏的可能性就大大增加,这是由于以雷击中心1.5km-2.0km范围内都可能产生危险过电压,损坏线路上的设备;其后果可能使整个系统的运行中断,并造成难以估计的经济损失,雷电和浪涌电压成了电子化时代的一大公害。
  
  防雷器(SPD)是在最短时间(纳秒级)内将被保护线路连入等电位系统中,使设备各端口电位相等,同时释放系统中因雷击而产生的大量脉冲能量,并短路泄放到大地,降低设备各接口端的电位差,从而保护线路上用户的设备。对系统设备而言,电源线路和信号线路是雷电袭击产生过电压并传导的两条主要通道,因此防雷可分建筑物防雷、电源系统防雷和信号系统防雷。
  
  1、雷电的几种破坏形式  
  雷电对建筑物及电子设备的破坏主要有以下几种形式:直击雷、雷电感应和雷电波的入侵。
  
  A、直击雷是雷电直接击在建筑物上,产生电效应、热效应和机械力而导致建筑物损坏。建筑物受到直接雷击后,强大的雷击电流沿着接地引下线,经接地体入地后地电位会瞬间升高,产生高电位,引起地电位反击,损坏设备或造成人员伤亡。
  
  B、雷电感应是雷电放电时,在附近导体上产生静电感应和电磁感应,它能使金属部件之间产生火花。雷电感应可以来自对地雷击,也可以来自云间放电,其中对地雷击由于距雷击点较近,产生的感应浪涌电压较大,作用半径也大,一般500米范围的电子信息设备均是其破坏对象;云中放电的感应浪涌电压虽然较小,但发生概率较高。静电感应是由于雷云先导的作用,使附近导体上感应出与先导通道符号相反的电荷,雷云主放电时,先导通道中的电荷迅速中和,在导体上的感应电荷得到释放,如不就近泄入地中就会产生很高的电位。电磁感应是由于电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场,使附近的导体产生很高的电动势。

    C、雷电波的入侵是由于雷电对架空线路或金属管道的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入室内,危及人身安全、损坏设备。根据雷电电磁脉冲防护理论和实践经验证明,电子信息设备损坏的主要原因是雷电感应浪涌电压造成的。它可以通过各种引线把感应浪涌电压波引入电子信息设备内部,破坏其芯片和接口。
  
  2、雷电保护分区  
  根据IEC(国际电工委员会)雷电保护区的划分要求,建筑物大楼外部是直接雷的区域,在这个区域内的设备最容易遭受损害,危险性最高,是暴露区,为0区;建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,可将其分为1区、2区,越往内部,危险程度越低,雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入(如图1)。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成。电气通道以及金属管则通过这些界面,穿过各级雷电保护区的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处,以及终端设备的前端根据IEC1312——雷电电磁脉冲防护标准,安装上KBT之不同类别的电源类SPD,以及通讯网络类SPD(如图2)。(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。
  
  3、选用和使用SPD注意事项: 
  应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。在选用电源SPD时要考虑供电系统的形式、额定电压等因素。LPZ0与LPZ1区交界处的SPD必须是经过10/350us波形冲击试验达标的产品。对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的相容性。
  
  SPD保护必须是多级的,例如对大楼电子设备电源部分雷电保护而言,至少应采取泄流型SPD与限压型SPD前后两级进行保护。为各级SPD之间做到有效配合,当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规定要求时,应在两级SPD之间采用适当退耦措施。
  
  信号SPD应满足信号传输速率、工作电平、网络类型的需要,同时接口应与被保护设备兼容。信号SPD由于串接在线路中,在选用时应选用插入损耗较小的SPD。在选用SPD时,应让供应商提供相关SPD技术参数资料。正确的安装才能达到预期的效果。SPD的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行安装。
  
  卫星接收机高频电缆在进入机房前其金属屏蔽外皮应接地。

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