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雷电对电子设备的危害分析与防护
点击次数:5056 发布时间:2016-06-13

 随着现代电子技术急速发展,电子设备在生活各方面有着广泛运用,人们对其依赖性越来越高,电子设备的安全防护变得必不可少了,本文将讨论电子设备对雷电的防护措施。

    一般设备中对雷电的防护未加以重视,然而雷电可以对电子设备造成毁灭性破坏,此过程中甚至会对人身构成威胁。一旦雷电侵入到电子系统中,由于雷电电流峰值非常大,电流经线路都立即上升到很高的电位(相对于大地零电位而言),因此,对于周围大地零电的电子电气设备和人可能产生旁侧闪烁,极容导致起设备损坏和人身事故。

1  电子设备的雷电危害主要原因分析

1.1  雷电入侵的主要途径

    雷电入侵主要有三种途径:①直击雷直接击中金属导线。高压电以波的形式向导线两边传播而进入室内,瞬间的高电生的高电压会对电子设备和人体造成极大地破坏;②来自感应雷的高电压脉冲。由于雷云之间迅速放电或雷云对大地放电形成的电磁感应和静电感应,可能在各种电线中感生数千伏甚至数十千伏的高压电,它们以波的形式沿着导线传播进入室内;③直击雷通过接地网入地入侵。直击雷通过接地网入地时在地网上可能会产生数十至数百千伏的高电压,通过电力系统的零线、保安接地线和电子设备的地线以波的形式传入室内,从而对室内的电子设备造成严重危害。

1.2  雷电对电子设备影响

    雷电会对电子设备产生不同程度的影响,比较轻微的影响如雷电产生的电磁波对通信信号的影响造成信号的信噪比降低,使通信质量的变差,这种影响是短暂的,不会对电子设备造成破坏。还有一种是对电子毁灭性的破坏。由于现代电子产品中大量运用半导体器件,IC芯片也得到广泛运用,它们对电压都有比较严格的要求,如IC芯片工作电压一般在2~10V,超过一定电压就会被击穿或者烧毁,造成不可恢复性破坏。由于雷电一旦入侵到电子设备中,就极可能产生上千伏的电压,远远高于一般器件的额定电压,会对电子器件造成毁灭性破坏。

2  电子设备防雷措施 

2.1  外部防护

    雷电的外部防护通常为对电子设备周围建筑以及传入线路进行雷电防护,从而减少雷电入侵到室内的可能性。建筑的防雷措施一般有避雷针、屏蔽网、分流、均衡电位、接地等方法。

    利用屏蔽网来防雷,主要是屏蔽雷电电磁波的干扰,减小雷电对室内电器的影响。通常是将网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络之间的电气连接,使其形成较理想的“法拉第笼”式避雷器。防雷网与建筑物钢筋混凝土相结合,已成为国内外公认的经济可靠的防雷方式,因此在设计、施工时都应预留从各层楼板、梁、柱内钢筋焊出接头,以便与室内外接地线相连。

    均衡电位在此是指让各防雷设施导线电位尽量均衡,避免出现大的电位梯度,保证网格的电位均匀性,从而避免同一电子设备的不同位置由于雷电导致大的电位差,保证设备不受雷电的干扰。相关内容可参照国家强制性标准GB50054。

    接地是防雷中zui常用的一种方法,它通过一组低电阻导线将雷电迅速传递到地表,使雷电在建筑物分布电压减小。接地一般分为分散接地和联合接地。分散接地就是将建筑的防雷接地、电源系统接地、电子设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统。现在地线系统不断增多,地线间潜在的耦合也越来越难估算,影响往往也难以避免,分散接地容易引起的干扰也越来越严重。联合接地是指将电器保护接地、工作接地、防雷接地统一与电子设备所在建筑物地基下铺设的接地网连接。此方式可以避免耦合影响或电位差,现在普遍采用此方式。

2.2  内部防护

    内部防雷主要由屏蔽网、等电位连接、各种电涌保护器、合理布线、接地装置等组成。其目的是防止雷电感应及雷电磁辐射。此处屏蔽网是为了防止感应雷电波侵入和雷电电磁感应,由于这种入侵可以不通过外电路,由空间中电磁场使电子设备受到影响,屏蔽网相当于一道防护网,减小这种影响,将其引到外部防护网进行接地。

    等电位连接就是对所有正常情况下不带电的导体进行电气连接并将其接地。其目的是在需要保护的系统所处的区域内部,减少导电部件间的电位差,其原理与外部防护中均衡电位类似。

    电涌保护器的目的是对雷电通道进行雷击电磁脉冲的防护,主要有信号传输通道的防护和电源通道的防护。信号传输通道的防护根据不同的雷电防护分区、不同的雷电防护等级、不同的系统类型、系统结构、设备配置、工作频率、工作电压、传输速率及阻抗,按照有关技术规范,选择与之相适应的电涌保护器。电源通道的防护应根据不同的雷电防护分区、不同的雷电防护等级、按照有关技术规范作出合理的防护方案进行层层防护,并遵照以下原则:多级防护原则;绝缘配合原则;能量配合原则;区别不同的接地制式原则。

    合理布线可以防止弱、强电线缆的相互干扰,还可以防止形成大的感应回路,并且合理的布局布线可以减小各点到接地点的电阻,有利于对雷电的防护,布线应从整体上进行把握,按GB/T50311规范进行合理布线。

    接地是释放直击雷、雷电电磁干扰能量的zui有效的途径之一,为了人身和电子电器设备的安全,各电子设备必须接地,使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放雷电能量,从而使人身、设备得到保护。接地分为机器逻辑地、屏蔽接地、信号回路接地、防爆系统中还有本安接地等。它们不但是设备正常工作的需要,也起到防雷作用。

3  结语

    雷电是一种自然现象,对电子设备会产生影响,严重的影响会使电子设备*破坏。本文介绍了雷电对电子设备危害的主要原因和相关防止措施,但各种防护措施都是设法降低雷电的危害,不能够完全消除其危害。在发生雷电天气还是应该减少或避免使用电子设备,特别是与外界连接的电器,如电脑、电视、等,以减少不必要的危险。

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