計算機控製係統中雷電的防護
發布時間:2011-10-24
計算機控製係統防雷的中心議題:
雷lei電dian災zai害hai是shi自zi然ran界jie存cun在zai的de災zai害hai之zhi一yi,其qi在zai瞬shun間jian釋shi放fang的de強qiang大da脈mai衝chong電dian流liu會hui產chan生sheng巨ju大da的de能neng量liang,並bing會hui誘you發fa脈mai衝chong過guo電dian壓ya或huo過guo電dian流liu,從cong而er導dao致zhi嚴yan重zhong後hou果guo。因yin此ci電dian力li電dian子zi係xi統tong需xu要yao加jia強qiang對dui雷lei電dian的de防fang護hu措cuo施shi。文wen中zhong討tao論lun了le雷lei電dian電dian擊ji對dui計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong產chan生sheng危wei害hai的de原yuan因yin,分fen析xi了le雷lei電dian波bo侵qin入ru控kong製zhi係xi統tong的de主zhu要yao途tu徑jing,並bing提ti出chu相xiang關guan的de計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong防fang雷lei措cuo施shi。
1 雷電對控製係統產生危害的原因
雷擊對計算機控製係統造成危害的主要原因有:
(1)dianyuanjiedicunzaiyidingdequexian,jifangdedixianheqisuokongzhidefanweiweichuyutongyidi,erzhejianxingchengdianweicha,ruguoshoudaoleijigaiquexianbiaoxiangengweimingxian,congerweihaidaojisuanjixitong。
(2)電(dian)源(yuan)線(xian)及(ji)網(wang)絡(luo)線(xian)的(de)布(bu)設(she)不(bu)合(he)理(li),原(yuan)本(ben)需(xu)要(yao)設(she)置(zhi)屏(ping)蔽(bi)接(jie)地(di)卻(que)未(wei)設(she)置(zhi),如(ru)果(guo)發(fa)生(sheng)雷(lei)擊(ji),則(ze)網(wang)線(xian)及(ji)電(dian)源(yuan)線(xian)都(dou)很(hen)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)感(gan)應(ying)雷(lei)電(dian)的(de)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong),使(shi)其(qi)沿(yan)著(zhe)網(wang)絡(luo)線(xian)路(lu)及(ji)電(dian)源(yuan)線(xian)傳(chuan)導(dao)至(zhi)係(xi)統(tong)的(de)設(she)備(bei)中(zhong),損(sun)壞(huai)設(she)備(bei)。
(3)計(ji)算(suan)機(ji)本(ben)身(shen)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)相(xiang)對(dui)較(jiao)差(cha),由(you)於(yu)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)本(ben)身(shen)屬(shu)於(yu)弱(ruo)電(dian)設(she)備(bei),如(ru)果(guo)雷(lei)電(dian)擊(ji)中(zhong)建(jian)築(zhu)物(wu)頂(ding)部(bu),其(qi)避(bi)雷(lei)帶(dai)雷(lei)電(dian)流(liu)在(zai)流(liu)經(jing)房(fang)屋(wu)結(jie)構(gou)柱(zhu)的(de)柱(zhu)筋(jin)並(bing)泄(xie)放(fang)入(ru)地(di)時(shi),引(yin)下(xia)線(xian)附(fu)近(jin)會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)對(dui)較(jiao)強(qiang)的(de)交(jiao)變(bian)磁(ci)場(chang),受(shou)其(qi)影(ying)響(xiang),控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)會(hui)受(shou)到(dao)感(gan)應(ying),所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)就(jiu)會(hui)擊(ji)穿(chuan)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)及(ji)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)。此(ci)外(wai),在(zai)雷(lei)雨(yu)天(tian)氣(qi)環(huan)境(jing)中(zhong),雷(lei)電(dian)波(bo)還(hai)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)沿(yan)著(zhe)潮(chao)濕(shi)的(de)線(xian)路(lu)傳(chuan)導(dao)至(zhi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),對(dui)其(qi)造(zao)成(cheng)破(po)壞(huai)。
2 雷電波入侵控製係統的途徑分析
(1)直擊雷。所(suo)謂(wei)直(zhi)擊(ji)雷(lei)建(jian)築(zhu)物(wu)中(zhong)的(de)露(lu)天(tian)設(she)備(bei)直(zhi)接(jie)遭(zao)受(shou)雷(lei)電(dian)的(de)電(dian)擊(ji),造(zao)成(cheng)損(sun)壞(huai)或(huo)者(zhe)雷(lei)電(dian)直(zhi)接(jie)擊(ji)中(zhong)了(le)架(jia)空(kong)線(xian)纜(lan),使(shi)得(de)線(xian)纜(lan)熔(rong)斷(duan)最(zui)終(zhong)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)損(sun)壞(huai),這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)被(bei)稱(cheng)為(wei)直(zhi)擊(ji)雷(lei);落雷點在電源的高壓側,雷電會沿著供電線路直接侵入到計算機控製係統的供電電路中,從而產生過電流和過電壓,損壞供電係統的UPS電(dian)源(yuan),造(zao)成(cheng)斷(duan)電(dian),使(shi)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)處(chu)於(yu)癱(tan)瘓(huan)狀(zhuang)態(tai)。雷(lei)擊(ji)電(dian)流(liu)在(zai)流(liu)經(jing)通(tong)信(xin)有(you)線(xian)線(xian)路(lu)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),會(hui)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)的(de)機(ji)械(xie)能(neng),以(yi)及(ji)強(qiang)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)波(bo)和(he)高(gao)溫(wen),損(sun)壞(huai)通(tong)信(xin)線(xian)路(lu);而過電流及過電壓又經過通信電流的有線線路侵入至控製係統的內部,損壞設備的中斷器、電流轉換器等。
(2)雷電感應。jingdianganyingjidianciganyingchengweiganyinglei,yebeichengweiercilei,jinguanqipohuaixingxiangduizhijileilaishuobijiaoxiao,danshiqifashengdejilvyaoyuanyuanchaoguozhijilei。tongchangganyingguodianyakeyifenweiyixialiangzhongqingkuang。
1)回hui路lu感gan應ying過guo電dian壓ya。因yin為wei計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong所suo在zai的de房fang屋wu內nei有you大da量liang的de各ge種zhong類lei型xing的de線xian路lu,這zhe些xie線xian路lu及ji網wang絡luo結jie構gou的de布bu局ju較jiao複fu雜za,建jian築zhu物wu內nei不bu同tong的de空kong間jian位wei置zhi都dou會hui構gou成cheng許xu多duo回hui路lu。如ru果guo建jian築zhu物wu受shou到dao雷lei擊ji,或huo者zhe鄰lin近jin的de地di區qu出chu現xian雷lei電dian放fang電dian,就jiu會hui在zai建jian築zhu物wu的de內nei部bu空kong間jian形xing成cheng一yi個ge脈mai衝chong暫zan態tai磁ci場chang,該gai磁ci場chang進jin行xing陝shan速su變bian化hua,其qi與yu這zhe些xie回hui路lu交jiao鏈lian後hou就jiu會hui在zai回hui路lu中zhong感gan應ying暫zan態tai過guo電dian壓ya,與yu這zhe些xie回hui路lu連lian接jie的de相xiang關guan控kong製zhi設she備bei就jiu會hui受shou到dao損sun壞huai。在zai網wang絡luo通tong信xin線xian路lu係xi統tong中zhong,感gan應ying過guo電dian壓ya又you分fen為wei靜jing電dian感gan應ying和he電dian磁ci感gan應ying兩liang種zhong,其qi中zhong靜jing電dian感gan應ying指zhi的de是shi架jia空kong線xian路lu與yu雷lei擊ji點dian相xiang近jin,雷lei雲yun團tuan先xian導dao通tong道dao內nei充chong滿man了le電dian荷he,架jia空kong線xian會hui受shou其qi所suo產chan生sheng靜jing電dian感gan應ying的de作zuo用yong,積ji累lei大da量liang反fan向xiang電dian荷he,一yi旦dan雷lei雲yun團tuan開kai始shi放fang電dian,雷lei雲yun團tuan中zhong的de電dian荷he會hui與yu架jia空kong線xian的de電dian荷he快kuai速su中zhong和he,使shi得de架jia空kong線xian中zhong被bei束shu縛fu的de電dian荷he迅xun速su釋shi放fang,從cong而er形xing成cheng暫zan態tai過guo電dian壓ya波bo。這zhe種zhong暫zan態tai過guo電dian壓ya波bo以yi接jie近jin光guang速su的de速su度du傳chuan導dao至zhi架jia空kong線xian的de兩liang側ce,架jia空kong線xian路lu兩liang端duan所suo連lian接jie的de設she備bei受shou到dao入ru侵qin後hou被bei損sun壞huai。
如ru果guo雷lei電dian直zhi擊ji在zai避bi雷lei針zhen或huo避bi雷lei帶dai時shi,雷lei電dian流liu的de幅fu值zhi相xiang對dui較jiao大da,具ju有you較jiao高gao的de波bo頭tou陡dou度du,因yin此ci在zai雷lei電dian流liu通tong道dao附fu近jin就jiu會hui產chan生sheng一yi個ge較jiao強qiang的de瞬shun變bian磁ci場chang,該gai磁ci場chang的de作zuo用yong較jiao強qiang大da,其qi直zhi接jie作zuo用yong在zai網wang絡luo通tong信xin線xian路lu或huo者zhe電dian源yuan線xian中zhong可ke以yi感gan應ying出chu過guo電dian壓ya,侵qin入ru計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong中zhong,設she備bei就jiu會hui受shou到dao損sun壞huai。如ru果guo雷lei電dian放fang電dian的de電dian流liu強qiang度du達da到dao一yi定ding程cheng度du,例li如ru30 kA的雷電流,那麼其可以影響到雷擊點1 km半徑範圍內的網絡係統,嚴重時可能導致係統設備損壞。
2)耦合及轉移過電壓。雷擊所引起的暫態高壓或者過電壓通常經過網絡線路的耦合或者轉移到計算機控製網絡設備中,損壞設備。
(3)雷南地電位抬高。雷電波侵入,如果計算機控製係統的電源線、進(jin)入(ru)控(kong)製(zhi)室(shi)的(de)金(jin)屬(shu)管(guan)線(xian)以(yi)及(ji)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)受(shou)到(dao)雷(lei)電(dian)感(gan)應(ying)或(huo)者(zhe)遭(zao)雷(lei)擊(ji)時(shi),雷(lei)電(dian)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)雷(lei)電(dian)波(bo)就(jiu)會(hui)經(jing)過(guo)這(zhe)些(xie)金(jin)屬(shu)導(dao)體(ti)直(zhi)接(jie)侵(qin)入(ru)設(she)備(bei),產(chan)生(sheng)電(dian)位(wei)差(cha)而(er)損(sun)壞(huai)設(she)備(bei),這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)就(jiu)稱(cheng)其(qi)為(wei)雷(lei)電(dian)波(bo)侵(qin)入(ru)。如(ru)果(guo)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)設(she)備(bei)的(de)絕(jue)緣(yuan)距(ju)離(li)不(bu)夠(gou),並(bing)且(qie)設(she)備(bei)和(he)避(bi)雷(lei)係(xi)統(tong)不(bu)共(gong)地(di),二(er)者(zhe)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)極(ji)高(gao)電(dian)壓(ya),並(bing)且(qie)會(hui)產(chan)生(sheng)放(fang)電(dian)擊(ji)穿(chuan)事(shi)故(gu),雷(lei)電(dian)波(bo)侵(qin)入(ru)會(hui)間(jian)接(jie)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)的(de)損(sun)壞(huai),甚(shen)至(zhi)危(wei)及(ji)到(dao)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)。
[page]
(4)控製係統設備、網絡設備的抗幹擾能力分析。
由(you)於(yu)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)及(ji)相(xiang)關(guan)網(wang)絡(luo)設(she)備(bei)由(you)大(da)量(liang)大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)所(suo)組(zu)成(cheng),因(yin)此(ci)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)相(xiang)對(dui)較(jiao)差(cha),盡(jin)管(guan)在(zai)進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)時(shi)已(yi)經(jing)采(cai)取(qu)了(le)很(hen)多(duo)相(xiang)應(ying)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi),但(dan)是(shi)其(qi)隻(zhi)是(shi)對(dui)低(di)能(neng)量(liang)的(de)幹(gan)擾(rao)比(bi)較(jiao)有(you)效(xiao),對(dui)於(yu)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong)以(yi)及(ji)雷(lei)電(dian)侵(qin)襲(xi)而(er)導(dao)致(zhi)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)及(ji)過(guo)電(dian)流(liu),其(qi)抵(di)抗(kang)能(neng)力(li)則(ze)薄(bo)弱(ruo),特(te)別(bie)是(shi)雷(lei)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong)及(ji)浪(lang)湧(yong)等(deng)尤(you)其(qi)敏(min)感(gan),十(shi)幾(ji)伏(fu)的(de)電(dian)壓(ya)就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)經(jing)過(guo)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)線(xian)路(lu)以(yi)及(ji)電(dian)源(yuan)線(xian)路(lu)侵(qin)入(ru)到(dao)設(she)備(bei)內(nei)部(bu),損(sun)壞(huai)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)主(zhu)板(ban)、多功能卡、相關的網絡設備以及通信電流的中繼等。
實際情況中,雷擊對計算機控製係統的侵入和破壞往往是幾種方式的混合作用,比如從一處地電位升高經過水平接地引線向另一處傳遞;或者雷擊在大地時,雷電流經過地下的金屬管道向建築物內傳導;架空線受到感應後再向著建築物內傳導,從而傳遞至敏感設備造成設備損壞等。其具體的雷擊損壞計算機控製係統的途徑,如圖1所示。
yigewanshandexitongfangleifanganbixubaokuoneibuyuwaibufangleilianggefangmian,qizhongwaibufangleicuoshibaokuobileizhenhebileidaiyijijiedijiyuyinxiaxiandeng,qizhuyaozuoyongshiquebaofangwubentibushouzhijileidexiji,bakenengjizhongjianzhudeleidianliyongzhexiefangleicuoshixiefangrudadizhong;而內部防雷的作用則是保護建築內部人員及設備的安全,內部防雷是將一個適用的避雷器安裝在受保護設備的前端,使得大地、線xian路lu以yi及ji受shou保bao護hu設she備bei三san者zhe形xing成cheng有you條tiao件jian的de等deng電dian位wei體ti,從cong而er把ba可ke能neng入ru侵qin的de雷lei電dian流liu攔lan截jie在zai外wai,把ba受shou到dao雷lei擊ji後hou內nei部bu設she施shi感gan應ying的de雷lei電dian流liu安an全quan泄xie入ru大da地di。
4 雷擊防護措施
(1)防雷區的劃分。係統防雷中一個重要的概念即為防雷區的劃分,圖2為某公司防雷區劃分示意圖。
(2)防傳導侵入。leidiantongguochuandaojingguodianzuxingouhezuizhongqinrujisuanjikongzhixitongdezhuyaotujingyouliangzhong,jidianyuanxitongyijixinhaochuanshutongdao,yinciyaozhenduizheliangbufencaiquxiangyingdefanghucuoshi。
1)電源係統的防護。針對低壓電源係統所采取的防雷措施通常采用三級防護方案,即將電流逐層分流、降低殘留電壓以及對控製係統的用電設備加以保護。一般電源浪湧防護器主要有金屬氧化物避雷器、氣體放電間隙避雷器以及組合避雷器等。
2)信號係統的防護。引入或者引出機房的信號電纜需xu要yao穿chuan過guo金jin屬shu鋼gang管guan,並bing保bao證zheng金jin屬shu鋼gang管guan接jie地di良liang好hao,對dui信xin號hao係xi統tong的de線xian路lu可ke起qi到dao屏ping蔽bi的de作zuo用yong,以yi減jian少shao或huo者zhe防fang止zhi直zhi接jie雷lei擊ji以yi及ji感gan應ying雷lei擊ji電dian磁ci脈mai衝chong。還hai可ke把ba線xian路lu進jin行xing埋mai地di敷fu設she,同tong樣yang可ke進jin行xing防fang雷lei擊ji保bao護hu。此ci外wai,在zai各ge種zhong信xin號hao線xian及ji網wang絡luo數shu據ju線xian進jin出chu機ji房fang時shi,可ke以yi在zai設she備bei端duan安an裝zhuangSPD,按照實際的麵線長度,在信號線及數據線的一頭或兩頭安裝SPD。總之針對控製係統輸入及輸出信號采取相應的防護措施是必要的。
(3)電源及信號避雷器的安裝。在電源及信號係統中可以采取以下避雷措施:在UPS電(dian)源(yuan)的(de)前(qian)端(duan)設(she)置(zhi)單(dan)相(xiang)串(chuan)聯(lian)電(dian)源(yuan)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi),在(zai)中(zhong)繼(ji)器(qi)通(tong)信(xin)線(xian)路(lu)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)主(zhu)機(ji)間(jian),設(she)置(zhi)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)電(dian)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi),在(zai)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)端(duan)安(an)裝(zhuang)信(xin)號(hao)電(dian)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi)。把(ba)中(zhong)繼(ji)器(qi)和(he)主(zhu)機(ji)的(de)通(tong)信(xin)線(xian)路(lu)換(huan)為(wei)光(guang)纖(xian),並(bing)將(jiang)其(qi)固(gu)定(ding)鋼(gang)索(suo)進(jin)行(xing)可(ke)靠(kao)接(jie)地(di)。而(er)監(jian)控(kong)室(shi)與(yu)其(qi)他(ta)受(shou)控(kong)單(dan)位(wei)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)線(xian),盡(jin)量(liang)敷(fu)設(she)金(jin)屬(shu)電(dian)纜(lan)。
(4)等電位保護。電子設備的機櫃機架、金屬外殼、金屬管槽、屏蔽線纜外層、信息設備的防靜電接地端、安全保護接地端、浪湧保護接地端等,在同等電位連接網絡的接地端子相連接時,均需采用最短的距離。控製係統的等電位連接,通常分為“S型星型結構”以及“M型網狀結構兩種”,其中在控製係統中設備較少或者進行局部控製時通常采用S型星型結構,而在相對較大的控製係統中則采用M型的網狀結構。等電位連接的基本方式如圖3所示。
計算機控製係統的防雷措施有多種,在實際應用中要注意:室shi外wai的de網wang絡luo布bu線xian盡jin可ke能neng采cai用yong光guang纖xian通tong信xin介jie質zhi,假jia如ru采cai用yong電dian纜lan則ze要yao避bi免mian架jia空kong走zou線xian,應ying采cai取qu地di埋mai式shi敷fu設she電dian纜lan。而er信xin息xi中zhong心xin是shi整zheng個ge控kong製zhi係xi統tong的de關guan鍵jian部bu分fen,其qi選xuan位wei要yao充chong分fen考kao慮lv防fang雷lei安an全quan,通tong常chang可ke以yi選xuan擇ze建jian築zhu物wu的de邊bian角jiao或huo者zhe頂ding部bu位wei置zhi。此ci外wai,防fang雷lei係xi統tong的de施shi工gong設she計ji具ju有you專zhuan業ye性xing,所suo以yi在zai實shi際ji設she計ji施shi工gong過guo程cheng中zhong,需xu要yao建jian立li相xiang應ying的de審shen核he機ji製zhi。
- 雷電對控製係統產生危害的原因
- 雷電波入侵控製係統的途徑分析
- 係統舫雷的分類和作用機理
- 雷擊防護措施
- 劃分防雷區
- 防傳導侵入
- 電源及信號避雷器的安裝
- 等電位保護
雷lei電dian災zai害hai是shi自zi然ran界jie存cun在zai的de災zai害hai之zhi一yi,其qi在zai瞬shun間jian釋shi放fang的de強qiang大da脈mai衝chong電dian流liu會hui產chan生sheng巨ju大da的de能neng量liang,並bing會hui誘you發fa脈mai衝chong過guo電dian壓ya或huo過guo電dian流liu,從cong而er導dao致zhi嚴yan重zhong後hou果guo。因yin此ci電dian力li電dian子zi係xi統tong需xu要yao加jia強qiang對dui雷lei電dian的de防fang護hu措cuo施shi。文wen中zhong討tao論lun了le雷lei電dian電dian擊ji對dui計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong產chan生sheng危wei害hai的de原yuan因yin,分fen析xi了le雷lei電dian波bo侵qin入ru控kong製zhi係xi統tong的de主zhu要yao途tu徑jing,並bing提ti出chu相xiang關guan的de計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong防fang雷lei措cuo施shi。
1 雷電對控製係統產生危害的原因
雷擊對計算機控製係統造成危害的主要原因有:
(1)dianyuanjiedicunzaiyidingdequexian,jifangdedixianheqisuokongzhidefanweiweichuyutongyidi,erzhejianxingchengdianweicha,ruguoshoudaoleijigaiquexianbiaoxiangengweimingxian,congerweihaidaojisuanjixitong。
(2)電(dian)源(yuan)線(xian)及(ji)網(wang)絡(luo)線(xian)的(de)布(bu)設(she)不(bu)合(he)理(li),原(yuan)本(ben)需(xu)要(yao)設(she)置(zhi)屏(ping)蔽(bi)接(jie)地(di)卻(que)未(wei)設(she)置(zhi),如(ru)果(guo)發(fa)生(sheng)雷(lei)擊(ji),則(ze)網(wang)線(xian)及(ji)電(dian)源(yuan)線(xian)都(dou)很(hen)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)感(gan)應(ying)雷(lei)電(dian)的(de)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong),使(shi)其(qi)沿(yan)著(zhe)網(wang)絡(luo)線(xian)路(lu)及(ji)電(dian)源(yuan)線(xian)傳(chuan)導(dao)至(zhi)係(xi)統(tong)的(de)設(she)備(bei)中(zhong),損(sun)壞(huai)設(she)備(bei)。
(3)計(ji)算(suan)機(ji)本(ben)身(shen)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)相(xiang)對(dui)較(jiao)差(cha),由(you)於(yu)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)本(ben)身(shen)屬(shu)於(yu)弱(ruo)電(dian)設(she)備(bei),如(ru)果(guo)雷(lei)電(dian)擊(ji)中(zhong)建(jian)築(zhu)物(wu)頂(ding)部(bu),其(qi)避(bi)雷(lei)帶(dai)雷(lei)電(dian)流(liu)在(zai)流(liu)經(jing)房(fang)屋(wu)結(jie)構(gou)柱(zhu)的(de)柱(zhu)筋(jin)並(bing)泄(xie)放(fang)入(ru)地(di)時(shi),引(yin)下(xia)線(xian)附(fu)近(jin)會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)對(dui)較(jiao)強(qiang)的(de)交(jiao)變(bian)磁(ci)場(chang),受(shou)其(qi)影(ying)響(xiang),控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)會(hui)受(shou)到(dao)感(gan)應(ying),所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)就(jiu)會(hui)擊(ji)穿(chuan)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)及(ji)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)。此(ci)外(wai),在(zai)雷(lei)雨(yu)天(tian)氣(qi)環(huan)境(jing)中(zhong),雷(lei)電(dian)波(bo)還(hai)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)沿(yan)著(zhe)潮(chao)濕(shi)的(de)線(xian)路(lu)傳(chuan)導(dao)至(zhi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),對(dui)其(qi)造(zao)成(cheng)破(po)壞(huai)。
2 雷電波入侵控製係統的途徑分析
(1)直擊雷。所(suo)謂(wei)直(zhi)擊(ji)雷(lei)建(jian)築(zhu)物(wu)中(zhong)的(de)露(lu)天(tian)設(she)備(bei)直(zhi)接(jie)遭(zao)受(shou)雷(lei)電(dian)的(de)電(dian)擊(ji),造(zao)成(cheng)損(sun)壞(huai)或(huo)者(zhe)雷(lei)電(dian)直(zhi)接(jie)擊(ji)中(zhong)了(le)架(jia)空(kong)線(xian)纜(lan),使(shi)得(de)線(xian)纜(lan)熔(rong)斷(duan)最(zui)終(zhong)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)損(sun)壞(huai),這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)被(bei)稱(cheng)為(wei)直(zhi)擊(ji)雷(lei);落雷點在電源的高壓側,雷電會沿著供電線路直接侵入到計算機控製係統的供電電路中,從而產生過電流和過電壓,損壞供電係統的UPS電(dian)源(yuan),造(zao)成(cheng)斷(duan)電(dian),使(shi)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)處(chu)於(yu)癱(tan)瘓(huan)狀(zhuang)態(tai)。雷(lei)擊(ji)電(dian)流(liu)在(zai)流(liu)經(jing)通(tong)信(xin)有(you)線(xian)線(xian)路(lu)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),會(hui)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)的(de)機(ji)械(xie)能(neng),以(yi)及(ji)強(qiang)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)波(bo)和(he)高(gao)溫(wen),損(sun)壞(huai)通(tong)信(xin)線(xian)路(lu);而過電流及過電壓又經過通信電流的有線線路侵入至控製係統的內部,損壞設備的中斷器、電流轉換器等。
(2)雷電感應。jingdianganyingjidianciganyingchengweiganyinglei,yebeichengweiercilei,jinguanqipohuaixingxiangduizhijileilaishuobijiaoxiao,danshiqifashengdejilvyaoyuanyuanchaoguozhijilei。tongchangganyingguodianyakeyifenweiyixialiangzhongqingkuang。
1)回hui路lu感gan應ying過guo電dian壓ya。因yin為wei計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong所suo在zai的de房fang屋wu內nei有you大da量liang的de各ge種zhong類lei型xing的de線xian路lu,這zhe些xie線xian路lu及ji網wang絡luo結jie構gou的de布bu局ju較jiao複fu雜za,建jian築zhu物wu內nei不bu同tong的de空kong間jian位wei置zhi都dou會hui構gou成cheng許xu多duo回hui路lu。如ru果guo建jian築zhu物wu受shou到dao雷lei擊ji,或huo者zhe鄰lin近jin的de地di區qu出chu現xian雷lei電dian放fang電dian,就jiu會hui在zai建jian築zhu物wu的de內nei部bu空kong間jian形xing成cheng一yi個ge脈mai衝chong暫zan態tai磁ci場chang,該gai磁ci場chang進jin行xing陝shan速su變bian化hua,其qi與yu這zhe些xie回hui路lu交jiao鏈lian後hou就jiu會hui在zai回hui路lu中zhong感gan應ying暫zan態tai過guo電dian壓ya,與yu這zhe些xie回hui路lu連lian接jie的de相xiang關guan控kong製zhi設she備bei就jiu會hui受shou到dao損sun壞huai。在zai網wang絡luo通tong信xin線xian路lu係xi統tong中zhong,感gan應ying過guo電dian壓ya又you分fen為wei靜jing電dian感gan應ying和he電dian磁ci感gan應ying兩liang種zhong,其qi中zhong靜jing電dian感gan應ying指zhi的de是shi架jia空kong線xian路lu與yu雷lei擊ji點dian相xiang近jin,雷lei雲yun團tuan先xian導dao通tong道dao內nei充chong滿man了le電dian荷he,架jia空kong線xian會hui受shou其qi所suo產chan生sheng靜jing電dian感gan應ying的de作zuo用yong,積ji累lei大da量liang反fan向xiang電dian荷he,一yi旦dan雷lei雲yun團tuan開kai始shi放fang電dian,雷lei雲yun團tuan中zhong的de電dian荷he會hui與yu架jia空kong線xian的de電dian荷he快kuai速su中zhong和he,使shi得de架jia空kong線xian中zhong被bei束shu縛fu的de電dian荷he迅xun速su釋shi放fang,從cong而er形xing成cheng暫zan態tai過guo電dian壓ya波bo。這zhe種zhong暫zan態tai過guo電dian壓ya波bo以yi接jie近jin光guang速su的de速su度du傳chuan導dao至zhi架jia空kong線xian的de兩liang側ce,架jia空kong線xian路lu兩liang端duan所suo連lian接jie的de設she備bei受shou到dao入ru侵qin後hou被bei損sun壞huai。
如ru果guo雷lei電dian直zhi擊ji在zai避bi雷lei針zhen或huo避bi雷lei帶dai時shi,雷lei電dian流liu的de幅fu值zhi相xiang對dui較jiao大da,具ju有you較jiao高gao的de波bo頭tou陡dou度du,因yin此ci在zai雷lei電dian流liu通tong道dao附fu近jin就jiu會hui產chan生sheng一yi個ge較jiao強qiang的de瞬shun變bian磁ci場chang,該gai磁ci場chang的de作zuo用yong較jiao強qiang大da,其qi直zhi接jie作zuo用yong在zai網wang絡luo通tong信xin線xian路lu或huo者zhe電dian源yuan線xian中zhong可ke以yi感gan應ying出chu過guo電dian壓ya,侵qin入ru計ji算suan機ji控kong製zhi係xi統tong中zhong,設she備bei就jiu會hui受shou到dao損sun壞huai。如ru果guo雷lei電dian放fang電dian的de電dian流liu強qiang度du達da到dao一yi定ding程cheng度du,例li如ru30 kA的雷電流,那麼其可以影響到雷擊點1 km半徑範圍內的網絡係統,嚴重時可能導致係統設備損壞。
2)耦合及轉移過電壓。雷擊所引起的暫態高壓或者過電壓通常經過網絡線路的耦合或者轉移到計算機控製網絡設備中,損壞設備。
(3)雷南地電位抬高。雷電波侵入,如果計算機控製係統的電源線、進(jin)入(ru)控(kong)製(zhi)室(shi)的(de)金(jin)屬(shu)管(guan)線(xian)以(yi)及(ji)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)受(shou)到(dao)雷(lei)電(dian)感(gan)應(ying)或(huo)者(zhe)遭(zao)雷(lei)擊(ji)時(shi),雷(lei)電(dian)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)雷(lei)電(dian)波(bo)就(jiu)會(hui)經(jing)過(guo)這(zhe)些(xie)金(jin)屬(shu)導(dao)體(ti)直(zhi)接(jie)侵(qin)入(ru)設(she)備(bei),產(chan)生(sheng)電(dian)位(wei)差(cha)而(er)損(sun)壞(huai)設(she)備(bei),這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)就(jiu)稱(cheng)其(qi)為(wei)雷(lei)電(dian)波(bo)侵(qin)入(ru)。如(ru)果(guo)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)設(she)備(bei)的(de)絕(jue)緣(yuan)距(ju)離(li)不(bu)夠(gou),並(bing)且(qie)設(she)備(bei)和(he)避(bi)雷(lei)係(xi)統(tong)不(bu)共(gong)地(di),二(er)者(zhe)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)極(ji)高(gao)電(dian)壓(ya),並(bing)且(qie)會(hui)產(chan)生(sheng)放(fang)電(dian)擊(ji)穿(chuan)事(shi)故(gu),雷(lei)電(dian)波(bo)侵(qin)入(ru)會(hui)間(jian)接(jie)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)的(de)損(sun)壞(huai),甚(shen)至(zhi)危(wei)及(ji)到(dao)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)。
[page]
(4)控製係統設備、網絡設備的抗幹擾能力分析。
由(you)於(yu)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)及(ji)相(xiang)關(guan)網(wang)絡(luo)設(she)備(bei)由(you)大(da)量(liang)大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)所(suo)組(zu)成(cheng),因(yin)此(ci)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)相(xiang)對(dui)較(jiao)差(cha),盡(jin)管(guan)在(zai)進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)時(shi)已(yi)經(jing)采(cai)取(qu)了(le)很(hen)多(duo)相(xiang)應(ying)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi),但(dan)是(shi)其(qi)隻(zhi)是(shi)對(dui)低(di)能(neng)量(liang)的(de)幹(gan)擾(rao)比(bi)較(jiao)有(you)效(xiao),對(dui)於(yu)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong)以(yi)及(ji)雷(lei)電(dian)侵(qin)襲(xi)而(er)導(dao)致(zhi)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)及(ji)過(guo)電(dian)流(liu),其(qi)抵(di)抗(kang)能(neng)力(li)則(ze)薄(bo)弱(ruo),特(te)別(bie)是(shi)雷(lei)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong)及(ji)浪(lang)湧(yong)等(deng)尤(you)其(qi)敏(min)感(gan),十(shi)幾(ji)伏(fu)的(de)電(dian)壓(ya)就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)經(jing)過(guo)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)線(xian)路(lu)以(yi)及(ji)電(dian)源(yuan)線(xian)路(lu)侵(qin)入(ru)到(dao)設(she)備(bei)內(nei)部(bu),損(sun)壞(huai)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)主(zhu)板(ban)、多功能卡、相關的網絡設備以及通信電流的中繼等。
實際情況中,雷擊對計算機控製係統的侵入和破壞往往是幾種方式的混合作用,比如從一處地電位升高經過水平接地引線向另一處傳遞;或者雷擊在大地時,雷電流經過地下的金屬管道向建築物內傳導;架空線受到感應後再向著建築物內傳導,從而傳遞至敏感設備造成設備損壞等。其具體的雷擊損壞計算機控製係統的途徑,如圖1所示。

圖1 雷擊損壞計算機控製係統的途徑示意圖
yigewanshandexitongfangleifanganbixubaokuoneibuyuwaibufangleilianggefangmian,qizhongwaibufangleicuoshibaokuobileizhenhebileidaiyijijiedijiyuyinxiaxiandeng,qizhuyaozuoyongshiquebaofangwubentibushouzhijileidexiji,bakenengjizhongjianzhudeleidianliyongzhexiefangleicuoshixiefangrudadizhong;而內部防雷的作用則是保護建築內部人員及設備的安全,內部防雷是將一個適用的避雷器安裝在受保護設備的前端,使得大地、線xian路lu以yi及ji受shou保bao護hu設she備bei三san者zhe形xing成cheng有you條tiao件jian的de等deng電dian位wei體ti,從cong而er把ba可ke能neng入ru侵qin的de雷lei電dian流liu攔lan截jie在zai外wai,把ba受shou到dao雷lei擊ji後hou內nei部bu設she施shi感gan應ying的de雷lei電dian流liu安an全quan泄xie入ru大da地di。
4 雷擊防護措施
(1)防雷區的劃分。係統防雷中一個重要的概念即為防雷區的劃分,圖2為某公司防雷區劃分示意圖。

圖2 雷電防護區劃分簡圖
(2)防傳導侵入。leidiantongguochuandaojingguodianzuxingouhezuizhongqinrujisuanjikongzhixitongdezhuyaotujingyouliangzhong,jidianyuanxitongyijixinhaochuanshutongdao,yinciyaozhenduizheliangbufencaiquxiangyingdefanghucuoshi。
1)電源係統的防護。針對低壓電源係統所采取的防雷措施通常采用三級防護方案,即將電流逐層分流、降低殘留電壓以及對控製係統的用電設備加以保護。一般電源浪湧防護器主要有金屬氧化物避雷器、氣體放電間隙避雷器以及組合避雷器等。
2)信號係統的防護。引入或者引出機房的信號電纜需xu要yao穿chuan過guo金jin屬shu鋼gang管guan,並bing保bao證zheng金jin屬shu鋼gang管guan接jie地di良liang好hao,對dui信xin號hao係xi統tong的de線xian路lu可ke起qi到dao屏ping蔽bi的de作zuo用yong,以yi減jian少shao或huo者zhe防fang止zhi直zhi接jie雷lei擊ji以yi及ji感gan應ying雷lei擊ji電dian磁ci脈mai衝chong。還hai可ke把ba線xian路lu進jin行xing埋mai地di敷fu設she,同tong樣yang可ke進jin行xing防fang雷lei擊ji保bao護hu。此ci外wai,在zai各ge種zhong信xin號hao線xian及ji網wang絡luo數shu據ju線xian進jin出chu機ji房fang時shi,可ke以yi在zai設she備bei端duan安an裝zhuangSPD,按照實際的麵線長度,在信號線及數據線的一頭或兩頭安裝SPD。總之針對控製係統輸入及輸出信號采取相應的防護措施是必要的。
(3)電源及信號避雷器的安裝。在電源及信號係統中可以采取以下避雷措施:在UPS電(dian)源(yuan)的(de)前(qian)端(duan)設(she)置(zhi)單(dan)相(xiang)串(chuan)聯(lian)電(dian)源(yuan)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi),在(zai)中(zhong)繼(ji)器(qi)通(tong)信(xin)線(xian)路(lu)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)主(zhu)機(ji)間(jian),設(she)置(zhi)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)電(dian)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi),在(zai)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)端(duan)安(an)裝(zhuang)信(xin)號(hao)電(dian)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi)。把(ba)中(zhong)繼(ji)器(qi)和(he)主(zhu)機(ji)的(de)通(tong)信(xin)線(xian)路(lu)換(huan)為(wei)光(guang)纖(xian),並(bing)將(jiang)其(qi)固(gu)定(ding)鋼(gang)索(suo)進(jin)行(xing)可(ke)靠(kao)接(jie)地(di)。而(er)監(jian)控(kong)室(shi)與(yu)其(qi)他(ta)受(shou)控(kong)單(dan)位(wei)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)線(xian),盡(jin)量(liang)敷(fu)設(she)金(jin)屬(shu)電(dian)纜(lan)。
(4)等電位保護。電子設備的機櫃機架、金屬外殼、金屬管槽、屏蔽線纜外層、信息設備的防靜電接地端、安全保護接地端、浪湧保護接地端等,在同等電位連接網絡的接地端子相連接時,均需采用最短的距離。控製係統的等電位連接,通常分為“S型星型結構”以及“M型網狀結構兩種”,其中在控製係統中設備較少或者進行局部控製時通常采用S型星型結構,而在相對較大的控製係統中則采用M型的網狀結構。等電位連接的基本方式如圖3所示。

圖3 計算機控製係統等電位連接的基本方式
計算機控製係統的防雷措施有多種,在實際應用中要注意:室shi外wai的de網wang絡luo布bu線xian盡jin可ke能neng采cai用yong光guang纖xian通tong信xin介jie質zhi,假jia如ru采cai用yong電dian纜lan則ze要yao避bi免mian架jia空kong走zou線xian,應ying采cai取qu地di埋mai式shi敷fu設she電dian纜lan。而er信xin息xi中zhong心xin是shi整zheng個ge控kong製zhi係xi統tong的de關guan鍵jian部bu分fen,其qi選xuan位wei要yao充chong分fen考kao慮lv防fang雷lei安an全quan,通tong常chang可ke以yi選xuan擇ze建jian築zhu物wu的de邊bian角jiao或huo者zhe頂ding部bu位wei置zhi。此ci外wai,防fang雷lei係xi統tong的de施shi工gong設she計ji具ju有you專zhuan業ye性xing,所suo以yi在zai實shi際ji設she計ji施shi工gong過guo程cheng中zhong,需xu要yao建jian立li相xiang應ying的de審shen核he機ji製zhi。
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 大聯大世平集團首度亮相北京國際汽車展 攜手全球芯片夥伴打造智能車整合應用新典範
- 2026北京車展即將啟幕,高通攜手汽車生態“朋友圈”推動智能化體驗再升級
- 邊緣重構智慧城市:FPGA SoM 如何破解視頻係統 “重而慢”
- 如何使用工業級串行數字輸入來設計具有並行接口的數字輸入模塊
- 意法半導體將舉辦投資者會議探討低地球軌道(LEO)發展機遇
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
接口IC
介質電容
介質諧振器
金屬膜電阻
晶體濾波器
晶體諧振器
晶體振蕩器
晶閘管
精密電阻
精密工具
景佑能源
聚合物電容
君耀電子
開發工具
開關
開關電源
開關電源電路
開關二極管
開關三極管
科通
可變電容
可調電感
可控矽
空心線圈
控製變壓器
控製模塊
藍牙
藍牙4.0
藍牙模塊
浪湧保護器




