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第三章雷电感应过电压防护
在第一章中已经指出,对雷电感应过电压的防护,是现代防雷技术要解决的一项重要任务。随着科学技术的发展,人们工作、生活对信息的依赖程度更加密切,信息系统遭受雷害的事故也日益频繁,因此,对雷电感应过电压的防护也就越觉迫切、重要。信息系统对雷电感应的防护,与建筑物对直击雷的防护是完全不同的,有许多新的特点和要求。雷电击中户外输电线引起的雷电波侵入和雷电击中避雷针引起的高电位反击,也会对室内电子信息系统带来危害,也需要防护。由于其防护措施与雷电感应过电压防护基本相同,故与本章结合一并讨论。本章中我们将首先讨论雷电感应防护的特点和基本措施;然后分别介绍各种类型电涌保护器的结构、性能和应用;介绍低压配电系统和计算机信息网络的防雷设计;最后对现代化建筑信息系统的电涌保护问题举例进行分析。通过本章学习,要求掌握基本电涌保护器的性能和选用方法,掌握低压配电系统和常见信息系统电涌保护器配置的要求与方法。
第一节雷电感应过电压防护的特点与基本措施
一、雷电感应过电压防护的特点
信息系统雷电感应过电压防护,较建筑物直击雷防护具有一些新的特点,主要体现在以下几方面:

由众多微电子设备组成的信息系统,对过电压的耐受能力较一般工业设备要弱得多。例如计算机通信接口常用的芯片Mcl488、MCl489,对其进行电压冲击试验后,测得平均冲击击穿电压为100V左右。因此为了安全可靠,计算机网络数据线电涌保护器的保护水平,一般都要求能将雷电感应过电压限制在50V以下。

由于微电子器件在过电压下击穿的速度较一般工业设备要快得多,常规避雷器件的响应时间是不够的,必须选用新型快速响应器件。根据实际保护要求和目前器件技术水平的可能,低压电源系统SPD的响应时间一般在10-2~100μs;信息网络线路SPD的响应时间一般在纳秒级。
、侵入途径多
与第二章已讨论过的直击雷比较,雷电感应过电压发生时波及的范围要广得多。一次直击雷的放电电磁脉冲,可以使一个区域内众多的电话线、电视线、网络数据线、检测控制线、供电电源线等同时产生雷电感应过电压。此外,当雷电击中与信息系统连接的户外架空线或地下电缆时,雷电波就会沿架空线或地下电缆直接传人室内,使设备遭受破坏,这种雷击方式称为雷电波侵入。当雷电击中避雷针引起高电位反击,也会使室内龟子设备遭受破坏。为了防避雷电感应、雷电波侵入和高电位反击,必须在线路与设备连接处安装SPD。由于传输信号特征的不同,传输介质的不同,以及各种设备接口的不同,使得SPD品种繁多,给制造、安装和维护都带来了一定的难度。
二、雷电感应过电压防护的基本措施
建筑物外部装设接闪器,不仅对防避直击雷是必要的,对防避感应雷也是需要的。因为当天空存在带有大量电荷的雷云时,如果没有避雷针将其对地泄放掉,将可能对建筑物或建筑物附近的树木等进行放电,形成直接雷击。当其雷击电磁脉冲比较强大时,室内信息系统即使安装了SPD,也难免不遭到破坏。因此对一、二、三类建筑,特别是高层建筑,一般都需要安装避雷针。有些建筑顶部不装避雷针,而是装避雷带或避雷网,其保护功能也是类同的。
值得注意的是:当接闪器通过引下线向大地泄放电流时,如果对雷电流幅度不加以限制,由此所产生的雷击电磁脉冲和高电位反击足以使引下线附近的微电子设备被击坏。为减小避雷针等接闪器雷电流带来的感应过电压和高电位反击,可以采取一些有效措施分散引下线中的雷电流。例如利用建筑物混凝土立柱中的钢筋作为引下线,就是一种较好的技术措施,而且引下线的数量越多效果越明显。
从防护功能上来分,雷电感应过电压防护除了充分利用直击雷防护的措施外,主要有以下基本措施。

在建筑物内部,对容易被雷电感应而产生过电压的电源线和信号线,安装SPD来限制电压幅度,这是一种最有效、最经济、最普遍使用的保护措施,本章后面将按保护对象分类进行详细讨论。

对于一些特别重要的计算机房、通信机房、炸药库等,一旦受到雷击电磁脉冲的侵袭,就可能带来重大的经济损失和工作障碍,为此必须在室内或室外用屏蔽网将房间屏蔽起来。对于一些不十分需要重点保护的微电子设备,也可以用屏蔽箱或法拉第笼来阻挡电磁脉冲的干扰。在设计屏蔽箱时,可根据所要屏蔽的LEMP频谱来选择其壁厚、导电率、导磁率和几阿尺寸。安装时,屏蔽体外壳必须可靠接地,进入室内的各种电源线、信号线都必须采用有效的电磁脉冲隔离和高频电磁波滤波装置过滤。
显然,采用屏蔽措施,可以将雷击电磁脉冲限制到最理想的环境,但是由此付出的代价也是昂贵的。

接地与等电位连接是信息网络系统防雷电感应和高电位