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雷擊電子設(shè)備的途徑和損壞機(jī)理(浪涌保護(hù)器)

人氣:3021發(fā)表時間:2018-05-14

雷擊電子設(shè)備的途徑,雷擊電子設(shè)備的途徑可分為三種情況:

1、雷電直接擊中電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)物理線路

a、落雷點為電源高電壓側(cè),雷電沿供電線路侵入到電子設(shè)備系統(tǒng)供電部分,產(chǎn)生過電流與過電壓造成網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)的 UPS 電源損壞、斷電、致使整個系統(tǒng)癱瘓。

b、雷電直擊網(wǎng)絡(luò)無線通信的天線,沿天饋進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),造成通信接口、接收系統(tǒng)、室內(nèi)單元、路由器等網(wǎng)絡(luò)主要通信設(shè)備損壞。

c、雷擊網(wǎng)絡(luò)通信有線線路(如光纜、DDN、幀中繼、X.25 專線、電話線)產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械力,猛烈的沖擊

波,熾熱的高溫使通信線路損壞;過電壓過電流沿通信有線線路侵入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi),造成路由器、交換機(jī)及前端設(shè)備的損壞。

2、感應(yīng)過電壓

A、回路感應(yīng)過電壓

由于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在建筑物內(nèi)大量布設(shè)各種導(dǎo)體線路(如電源線、數(shù)據(jù)通信線、天饋線),這些線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局錯綜復(fù)雜,在建筑物內(nèi)部的不同空間位置上構(gòu)成許多回路,當(dāng)建筑物遭雷擊或鄰近地區(qū)雷電放電時,將在建筑物內(nèi)部空間產(chǎn)生脈沖暫態(tài)磁場,這種快速變化的磁場交鏈這些回路后,將在回路中感應(yīng)出暫態(tài)過電壓,危及與這回路相接的電子設(shè)備。

B、線路感應(yīng)過電壓

是網(wǎng)絡(luò)通信線路上感應(yīng)過電壓,分靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)

a、靜電感應(yīng)主要是指架空線路設(shè)于雷擊點附近,由雷云團(tuán)先導(dǎo)通道中充滿電荷,對架空線產(chǎn)生靜電感應(yīng)作用累積大量相反電荷,當(dāng)雷云主放電開始,雷云中電荷速中和,從而使架空線上原先被束縛的電荷被速釋放,形成暫態(tài)過電壓波。這種波以接近光速向架空線兩測傳播,侵入導(dǎo)線路端接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將其損壞。

B、當(dāng)雷電直接擊在避雷針、避雷帶上時,由于雷電流幅值大,波頭陡度高,在雷電流的通道附近形成一個很強(qiáng)的感應(yīng)電磁場。這強(qiáng)大的感應(yīng)電磁場將直接感應(yīng)在電源線或網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備上,形成感應(yīng)過電壓侵入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,損壞網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。高強(qiáng)度(30KA 雷電流)雷電放電可以對距離雷擊點 1KM范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用,造成系統(tǒng)設(shè)備損壞。據(jù)統(tǒng)計,這種感應(yīng)雷擊占計算機(jī)雷擊事故的 70%以上。

C、耦合與轉(zhuǎn)移過電壓

雷擊引起暫態(tài)高電壓或過電壓常常可以通過網(wǎng)絡(luò)線路耦合或轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上,造成設(shè)備的損壞。

3、雷擊地電位抬高入侵

A、浪涌對鄰近建筑物的危害

建筑物在遭受直接雷擊時,雷電流將沿建筑物防雷系統(tǒng)中各引下線和接地體入地,在此過程中,雷電流將在防雷系統(tǒng)中產(chǎn)生暫態(tài)高電壓,如果引下線與周圍網(wǎng)絡(luò)設(shè)備絕緣距離不夠且設(shè)備與避雷系統(tǒng)不共地,將在兩者之間出現(xiàn)很高的電壓,并會發(fā)生放電擊穿,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞,甚至人身安全。這種由于接地技術(shù)處理不當(dāng)引起地電位的反擊,造成整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備全部擊毀。地電位暫態(tài)高電位危及到相鄰建筑物內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建筑物沒有遭雷擊又無采取過電壓保護(hù)措施,附近建筑物遭雷擊后,暫態(tài)高電位將沿地下管道傳至網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接地系統(tǒng)中對線路發(fā)生反擊,使得與這些線路相連接的設(shè)備受到暫態(tài)高電位的損害。

B、雷擊過電壓

不管是雷電沖擊波或者是地電位反擊,都會在網(wǎng)絡(luò)、線路或設(shè)備上產(chǎn)生瞬時的雷擊過電壓。雷擊過電壓又分縱向過電壓和橫向過電壓。

1)、縱向過電壓:在平衡電路某點出現(xiàn)的對地的過電壓稱之為縱向過電壓。地電位上升起的電壓,可看做是從地系統(tǒng)侵入的縱向過電壓。

2)、橫向過電壓:在平衡電路線與線之間,或不平衡電路的線對地之間出現(xiàn)的過電壓稱之為橫向過電壓。連接對稱平衡傳輸線路的設(shè)備由于線路中兩線分別對地的縱向過電壓不平衡,或因縱向防護(hù)元件動作時間的差異,都會導(dǎo)致橫向過電壓的產(chǎn)生。連接同軸電纜系統(tǒng)的電子設(shè)備,縱向過電壓即為橫向過電壓。

C、電子設(shè)備的損壞機(jī)理

縱向沖擊對平衡電路中設(shè)備元部件的損壞有:損壞跨接在線與地之間的元部件或其絕緣介質(zhì);擊穿在線路和設(shè)備間起阻抗匹配作用的變壓器匝間、層間或線對地絕緣等。橫向沖擊則同信息一樣可在電路中傳輸,損壞內(nèi)部電路的電容、電感及耐沖擊能力差的固體元件。

設(shè)備中元部件遭受雷擊損壞的程度,取決于不同的絕緣水平及受沖擊的強(qiáng)度。對具有自行恢復(fù)能力的絕緣,擊穿只是暫時的,一旦沖擊消失,絕緣很快得到恢復(fù),有些非自行恢復(fù)的絕緣介質(zhì),如果擊穿后只流過很小的電流,常不會立即中斷設(shè)備的運(yùn)行,但隨時間的推移,元部件受潮其絕緣逐漸下降,電路特性變壞,最后將使電路中斷。有的設(shè)備元部件如晶體管的集電極與發(fā)射極或發(fā)射極與基極,若發(fā)生反向擊穿就出現(xiàn)了永久性損壞,對易受能量損壞的元器件,受損壞程度主要取決于流過其上的電流及持續(xù)時間。

D、雷擊電磁脈沖防護(hù)措施

1)大樓通過建筑物主鋼筋,上端與接閃器,下端與地網(wǎng)連接,中間與各層均壓網(wǎng)或環(huán)形均壓帶連接,對進(jìn)入建筑物的各種金屬管線實施均壓等電位連接,具有特殊要求的各種不同地線進(jìn)行等電位處理。

2)對計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在建筑物樓內(nèi)的布線和接地方式要求:通信電纜以及地線的布放應(yīng)盡量集中在建筑物的中部。通信電纜線槽以及地線線槽的布放應(yīng)盡量避免緊靠建筑物立柱或橫梁,并與之保持較長的距離,

通信電纜線槽以及地線線槽的設(shè)計應(yīng)盡可能位于距離建筑物立柱或橫梁較遠(yuǎn)的位置。

3)根據(jù)雷電保護(hù)區(qū)的劃分要求,建筑物大樓外部是直接雷擊區(qū)域;建筑物內(nèi)部及計算機(jī)房所處的位置為非暴露區(qū),越往內(nèi)部,危險程度越低。雷電過電壓對內(nèi)部電子設(shè)備的損害主要是沿線路引入。保護(hù)區(qū)的界面由外部的防雷系統(tǒng)、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構(gòu)成的屏敝層形成。電氣通道以及金屬管等金屬構(gòu)件,

穿過各級雷電保護(hù)區(qū)時必須在每一穿過點做等電位連接。

4)進(jìn)入建筑物大樓的電源線和通訊線應(yīng)在LPZ0 與 LPZ1、LPZ1 與 LPZ2 區(qū)交界處、以及終端設(shè)備的前端,根據(jù) IEC1312--雷電電磁脈沖防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),安裝上電源類 SPD,以及通訊網(wǎng)絡(luò)類 SPD(瞬態(tài)過電壓保護(hù)器)。SPD是用以防護(hù)電子設(shè)備因受雷電閃擊及其它干擾造成傳導(dǎo)電涌過電壓危害的有效手段。

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