{信息技术}浅谈电子信息系统的雷电防护工程技术

（信息技术）浅谈电子信息系统的雷电防护工程技术

浅谈电子信息系统的雷电防护工程技术

伴随着科学技术的脚步，知识经济和信息时代已经到来。信息技术已渗透到了人类社会生产和生活的各个领域，各种信息设备应用的范围之广、品种之多、数量之大是前所未有的。然而，以微电子技术为基础原电子信息设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快，其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲[LEMP （LightningElectroMagneticPulse）]的能力差，极易遭受雷电的危害，特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。因此，国际电工委员会（IEC）将雷电灾害称为“信息时代的公害”。为了消除这壹公害，人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探索，研发了品种繁多的电子信息系统的雷电防护产品，且从理论和实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。

电子信息系统的雷电防护（以下简称信息防雷）是壹件关系到我国国民经济的发展、科学技术的进步和国防现代化建设的壹件大事。应予高度重视、认真对待。壹、加强雷电防护工作的必要性和重要性

（壹）雷电灾害剧增，损失严重

雷电灾害是十种最严重的自然灾害之壹。全球每天约发生800万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生。从卫星、通信、导航、计算机网络系统、通信指挥系统和有室外天馈设备的系统更是雷电的重灾区。从某种意义上说，科技越发达，雷击对人类的危害就越大。

1．国外情况据美国国家雷电安全研究所关于雷电所造成的经济影响的壹份调查方案表明，美国每年因雷击造成的损失约50～60亿美元。每年因雷击造成的火灾3万多起，50%野外火灾和雷电有关；30%的电力事故和雷电有关；有4／5石油产品储存和储藏罐事故是由雷击引起的；由于雷电和操作过电压造成物理

装置的损失约占80%。据德国壹保险公司1997年对8722件案例损坏原因的分析，雷电及操作过电压占31.66%。

2．我国情况我国也是雷暴活动十分频繁的国家。全国有21个省会城市雷暴日均于50天之上，最多可达134天。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000～4000人，财产损失50～100亿元人民币。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市建设高层建筑物日益增多，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。于19985和1999年的俩年中，全国造成直接经济损失于百万元之上的雷电灾害就有38起。据广东省统计，于1996～1999年的四年间，全省发生雷击事故6143起，伤亡699人，直接经济损失达15亿元；1989年8月12日，青岛黄岛油库因雷击引起特大火灾和爆炸，库区几乎被夷为平地，死亡19人，伤78人，直接经济损失2700多万元。

据气象部门的不完全统计，2001年，全国发生雷电灾害1747起，造成人员伤亡853起（伤483人，死亡417人），直接经济损失于上千万元之上和百万之上的实例分别为2例和10例。损失是“触目惊心”的。2001年雷电灾情主要仍然发生于电力、电信、广电、金融、建筑、石化等部门，雷电造成伤亡主要发生于野外田间劳作的人们。

3．电子信息系统受损比重急剧增加电气和电子技术是现代物质文明的基础，其迅猛发展促进了生产力的发展，加速了社会繁荣和进步的进程，但也带来了麻烦问题，那就是各类电磁干扰越来越严重。壹方面电气和电子设备的广泛应用造成了严重的环境电磁噪声干扰，而这些电磁噪声干扰当今是没有得胜价值的。另壹方面，电子技术正向高频率、高速度、微型化、网络化和智能化方向发展。电磁

干扰，特别是雷电电磁脉冲干扰对这些设备和系统的影响越来越突出，对这些设备力系统造成的失效和损坏事故的发生率逐年增高。第三，随着城市建筑物的增高，收发雷电的几率也增大。壹个雷电的电磁可影响几km范围的电子设备，这也使电子设备受损的几率增大。电子信息系统受损后，除直接损失外，间接损失往往很难估量。因此，信息时代的到来，已使雷电电磁脉冲的防护成为当务之急。这是90年代以来雷电灾害最显著的特征，也是电磁兼容和防护科学技术需要解决的最重要的课题之壹。

二、电子信息系统综合防雷技术

二十世纪五十年代以后，各种电子信息设备大量涌现、广泛使用，特别是微电子技术的飞速发展，微电子器件的集成化、小型化、高速化的水平不断提高，而“三化”的必然结果是导致各种电子信息设备的耐过压、耐过流和抗雷电电磁脉冲的能力大大降低。例如：对于过电压，Vax系列电子计算机的串行通信接口芯片MC1488的耐压水平约为103V、MC1489仅达10V左右；而CMOS芯片仅达3－5V。对于磁场，当LEMP的磁场脉冲超过0.07高斯时，就会引起微机失效，当磁场脉冲超过2.4高斯时，集成电路就会发生永久性损坏。

壹方面，由于电子信息设备十分“娇嫩”，对雷电电磁脉冲“十分”敏感。因此，其遭受感应雷击的几率比遭受直击雷袭击的几率高的多。所以，于同样的雷电电磁环境下，其受损的也比建筑设施和壹般的机电设备高得多。

另壹方面，由于电子信息设备的种类多、数量庞大、工作环境复杂、雷电侵入的通道多。因此，信息防雷遇到了比传统防雷复杂的多的问题。

信息防雷包括对直击雷的防护和对雷电电磁脉冲（感应雷）的防护。对雷电电磁脉冲的防护应综合考虑雷电成灾的多种物理因素，针对雷电的各种耦合途径、耦

合通道及其危害机理，采用相应的综合防雷技术和措施。对于电子信息设备而言，雷电电磁脉冲能量的耦合主要通过以下三个通道侵入：壹是雷电电磁脉冲能量通过各种多发管线通道（多发管道、多发构件、各种线缆等）的传导耦合；二是通过地线通道的传导耦合（地电位反击）；三是雷电电磁脉冲能量通过空间通道的辐射耦合。由于雷电的侵袭是无孔不入的，因此信息防雷是综合性的系统工程，所采取的技术措施也是多方面的。任何单壹的防护措施，其效果均是有限的。这些防护措施和技术可概括为：俩个部分（外部防护、内部防护）和五项技术（拦截、屏蔽、均压、分流和接地）。不同部分和各项技术均有其重要作用，相互之间紧密联系，不能将它们割裂开来，也不存于替代性。分述如下：

（壹）现代综合防雷的俩个部分

1．外部防护（直击雷防护）

⑴作用：拦截、泻放雷电流

⑵系统组成：由接闪器（避雷针、避雷带）、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。

2．内部防护（雷电电磁脉冲防护）

⑴作用：均衡系统电位，限制过电压幅值。

⑵组成：由均压等电位连接、各种过电压保护器（避雷器）等组成。

⑶技术措施：截流、屏蔽、均压，分流、接地。

（二）防雷保护区

根据国际电工委员会的《防雷击电磁脉冲（LEMP）》（IEC61312），信息防雷应根据雷电电磁脉冲的严重程度，将需要保护的空间划分为不同等级的雷电