雷电防护的基本原理

12.2.3　雷电防护的基本原理

防雷击是一个系统工程。包括建筑物防雷和电器设备安全防护两大部分，即外部防雷和内部防雷。防雷工程设计强调全方位防护，综合治理，层层设防。为了提高机房设备及网络系统的运行可靠度，为机房工作人员提供安全的工作环境，一方面需要架设良好的避雷针，避雷带，采用完善的直击雷防护措施。另一方面，还应对建筑物的电源系统（所有供电设备、用电设备、备用发电设备）、天馈系统、信号采集传输系统、程控交换系统、计算机网络系统等设备进行可靠有效的防护，在拦截、分流、均衡、屏蔽、接地、布线等6大方面作完整的、多层次的防护。

雷电防护原理的核心是泄放和均衡。

泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入弱电系统之前泄放入地；层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。

均衡就是保证系统各部分不产生足以致损的电位差。采用可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接器（防雷器）组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内所有导电部件之间建立起一个等电位，保护区域内的所有导电部件之间不存在显著的电位差。

一个有效的防雷系统，包括以下三部分：

1）直击雷防护

避雷针（或避雷带、避雷网）、引下线和接地装置构成建筑物的直击雷防护，同时要抑制引雷过程中的二次效应。直击雷的防护一般都是由建筑的防雷系统设计解决。

2）一点接地网络

除独立避雷针外，交流地、保护地、信号地、防雷地等不同的接地均形成一点接地网络系统，使其电位差不随雷击电流的变化而变化，形成“水涨船高”的接地电位网络。

智能楼宇的等电位连接是必需的。为了达到防雷电电磁干扰的目的，应有目的地将接闪装置与建筑物的梁、板、柱和基础钢筋进行可靠的电气连接，使整个建筑物成为良好的立体等电位体。这是抑制雷电电磁脉冲对建筑物内电子设备干扰的有效措施。

3）暂态浪涌电压抑制

由于大量微电子设备的使用，系统中的暂态浪涌电压会造成系统故障，成为很大的隐患。电子设备的雷电主要是通过引线引入的，因此，一方面应注意引线的屏蔽接地处理，另一方面应在其雷电通道的入口处系统地装设浪涌保护器（SPD）。电子设备群体的防雷保护，主要是抑制雷电通道入口的脉冲过电压，应视引线的性质加装不同类型的SPD，同时处理好子系统引线的屏蔽及均压接地。

随着科技的发展，人们对雷电现象不断地进行研究，经过对雷电成千上万次的检测分析，找出它对电子设备最具干扰、最有破坏作用的频段加以防护，是当前防雷工程的主要研究方向。大家知道，雷电脉冲产生的强大交变电磁场是一种瞬时现象，其所占频谱是可以掌握的。根据脉冲宽度的统计分析得出频宽，再由频宽设计出专门的滤波网络，采用这种网络滤波技术可减小雷击对微电子设备的破坏。目前，各厂家推出的许多雷电脉冲抑制器、避雷器、滤波器，都是基于这种原理而开发出来的。