计算机控制系统中雷电的防护

文章摘要： (4)控制系统设备、网络设备的抗干扰能力分析。 由于计算机控制系统及相关网络设备由大量大规模集成电路所组成，因此抗干扰能力相对较差，尽管在进行系统设计时已经采取了很多相应的抗干扰措施，但是其只是对低能量的干扰比较有效，对于电磁脉冲以及雷电侵袭而导致的过电压及过电流，其抵抗能力则薄弱，特别是雷电磁脉冲及浪涌等尤其敏感，十几伏的电压就有可能经过数据传输线路以及电源线路侵入到设备内部，损坏计算机的主板、多功能卡、相关的网络设备以及通信电流的中继等。 实际情况中，雷击对计算机控制系统的侵入和破坏往往是几种方式的混合作用，比如从一处地电位升高经过水平接地引线向另一处传递；或者雷

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    (4)控制系统设备、网络设备的抗干扰能力分析。
    由于计算机控制系统及相关网络设备由大量大规模集成电路所组成，因此抗干扰能力相对较差，尽管在进行系统设计时已经采取了很多相应的抗干扰措施，但是其只是对低能量的干扰比较有效，对于电磁脉冲以及雷电侵袭而导致的过电压及过电流，其抵抗能力则薄弱，特别是雷电磁脉冲及浪涌等尤其敏感，十几伏的电压就有可能经过数据传输线路以及电源线路侵入到设备内部，损坏计算机的主板、多功能卡、相关的网络设备以及通信电流的中继等。
    实际情况中，雷击对计算机控制系统的侵入和破坏往往是几种方式的混合作用，比如从一处地电位升高经过水平接地引线向另一处传递；或者雷击在大地时，雷电流经过地下的金属管道向建筑物内传导；架空线受到感应后再向着建筑物内传导，从而传递至敏感设备造成设备损坏等。其具体的雷击损坏计算机控制系统的途径，如图1所示。

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3 系统舫雷的分类和作用机理
    一个完善的系统防雷方案必须包括内部与外部防雷两个方面，其中外部防雷措施包括避雷针和避雷带以及接地极与引下线等，其主要作用是确保房屋本体不受直击雷的袭击，把可能击中建筑的雷电利用这些防雷措施泄放入大地中；而内部防雷的作用则是保护建筑内部人员及设备的安全，内部防雷是将一个适用的避雷器安装在受保护设备的前端，使得大地、线路以及受保护设备三者形成有条件的等电位体，从而把可能入侵的雷电流拦截在外，把受到雷击后内部设施感应的雷电流安全泄入大地。

4 雷击防护措施
    (1)防雷区的划分。系统防雷中一个重要的概念即为防雷区的划分，图2为某公司防雷区划分示意图。

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    由图2可以看出，该建筑物内由外到内按照顺序划分为：FA1为直击雷的非防护区；FB1为直击雷防护区；FA2则为第一防护区；FB2为第二防护区。直击雷非防护区FA1的划分：该区域内的各对象会承受直击雷，流过全部电流，而雷电的电磁场并没有衰减。该区其实是房屋顶部及上部没有受到避雷网所保护的部分。直击雷防护区FB1的划分：该区域的各对象不会受到直击雷的侵入，但是雷电的电磁场也未衰退，该区域为建筑物顶部及上部避雷网的保护部分，防雷措施所采用的是避雷网和接地装置。第一防护区FA2，在该区域内的各对象不会受到直击雷的侵入，并且雷电流在该区域会有所分流，如果设置相应的屏蔽，那么电磁场作用就会相应地衰退，其实现代的钢筋结构从某种意义上来说就是一个屏蔽。由图可以看出该区域其实位于房内，雷电流分散至各引下线。该区域主要的防雷措施就是等电位连接和浪涌防护器，其中等电位连接的位置就在FA1及FA2的交界，而浪涌防护器则接在FA2的入口。第二防护区FB2由图可知其实际位于楼内某防雷及防电流涌要求较高的监控室内，如果雷电的电磁脉冲需要进一步减少，那么该区域就采用次级浪涌防护器以及机房屏蔽；如果仍需再做减少，则需要再划分防雷分区。
    (2)防传导侵入。雷电通过传导经过电阻性耦合最终侵入计算机控制系统的主要途径有两种，即电源系统以及信号传输通道，因此要针对这两部分采取相应的防护措施。
    1)电源系统的防护。针对低压电源系统所采取的防雷措施通常采用三级防护方案，即将电流逐层分流、降低残留电压以及对控制系统的用电设备加以保护。一般电源浪涌防护器主要有金属氧化物避雷器、气体放电间隙避雷器以及组合避雷器等。

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