消防通信指挥系统中浪涌过电压的防护

YYF0534

[摘要]
本文对消防通信指挥系统中浪涌过电压的由来、危害及其防护措施做了比较精炼的阐述，它也许会对我国各地即将要进行消防通信指挥系统建设的单位有一定的启迪和借鉴作用。
[关键词] 浪涌；直击雷；感应雷；电磁脉冲；防护；避雷器；均压等电位；屏蔽
1前 言
在消防通信指挥系统中浪涌过电压危害造成的事故时有发生，使机房内的计算机和通信设备频频受害，造成重大损失，使人们不知所措。根据统计，机房事故出现频率最高的算是这类事故了。因此，我们必须高度重视防浪涌过电压危害的问题，在消防通信指挥系统的建设与管理中采用先进而实用的防浪涌过电压技术很有必要。
消防通信指挥系统中浪涌过电压的出现有多种型式，如，直击雷的雷电过电压波、感应雷击的雷电过电压波、雷电电磁脉冲作用产生的过电压、操作过程中产生的过电压等，它们都属于浪涌过电压这个范畴。它们当中任何一种形式的出现都将对消防通信指挥系统的计算机和通信设备造成破坏，甚至是毁灭性的破坏。因此，我们对它们的形成机理、危害性和防护措施进行探讨很有必要。
2 浪涌过电压波的形成及其危害
2.1直击雷的雷电过电压波的形成及其危害
直击雷的雷电过电压波的形成，是由于空中云层间的相互高速运动，剧烈摩擦，使高端云层带正电荷，低端云层带负电荷，进而使大地带正电荷，这样一来，高端云层与低端云层之间或低端云层与大地之间形成极大的电场，当其电场强度足够高时，在高端云层与低端云层之间或低端云层与大地之间就产生放电，这种放电现象称之为雷击（雷电），也称之为直接雷击。如果发生的是属于对地放电的雷击，其威力巨大，瞬间电流几百千安，在雷电流流经的通路上的各类物体（包括人类、计算机和通信设备等类电器设备或其它物种）会被瞬间的大电流所产生的高温烧毁、烧伤或由于热膨胀而产生炸裂，造成灾害。这种直击雷造成灾害的发生几率相对较小，但危害程度却特大。
2.2感应雷击的雷电过电压波的形成及其危害
除了直击雷外，还有感应雷，它是直击雷电流泄放过程中，电流的变化率即di/dt特别大，在雷电流通路的周围产生强烈的交变电磁场，而处于交变电磁场中的导体（如，电源线路、有线通信线路的信号线路、计算机网络信号线路、无线通信设备中的天馈线路等）上感应出极高的电压，这种高电压叫做感应雷击的雷电过电压波，它会通过导体殃及近端和远端与此相连的各类设备（包括计算机和通信设备），造成大面积范围内的灾害损失。
2.3雷电电磁脉冲作用过电压的形成及其危害
闪电时形成的空间雷电电磁脉冲，可以使闭合的金属回路产生感应电流，也可使不闭合的导体回路产生感应电动势，由于其迅变时间极短，所以感应的电压可以很高以致产生电火花。当这种电磁脉冲超过0.07高斯时就会引起计算机失效，这将带来严重经济损失和政治影响。
2.4操作过程中产生的过电压及其危害
电流在导线上流动时，会产生磁场储存能量，电流越大，导线越长，储能越多，当大负载（特别是电感性大负载）电器设备在开启或关闭之时，会产生瞬时过电压。这种过电压如果出现在电源线上，其值可在6千伏左右，而出现在数据信号线及电话线上，其值可在５千伏左右，它们的存在而产生的感应电流也可达数百安培。因此，与电源线和数据信号线以及电话线相连接的计算机或通信设备就会遭到损坏。
3 浪涌过电压的防护
为了有效地保障消防通信指挥系统安全、稳定、可靠地运行，确保其设备的安全以及保护操作使用人员的生命安全，避免或减轻浪涌过电压对他们造成灾害损失和伤害，我们必须做好消防通信指挥系统中的浪涌过电压的防护工作。对机房中的浪涌过电压的防护可设三道防线，而每道防线互相配合，各行其责，缺一不可。第一道防线称之为机房外部保护防线，第二道防线称之为机房内部保护防线，第三道防线称之为各类用电设备保护防线。下面分别予以介绍。
3.1机房外部保护防线
这道防线是对直击雷的雷电过电压波的防护，采取的最有效措施是在机房的楼顶安装避雷针、避雷带、避雷线等类防雷设备。这当中最关键的是防雷设备品牌的选择和安装。品牌的选择，一定要根据本地的雷暴情况，地质结构，雷击发生的特定特点，科学地选择防雷产品，这样才能达到防护雷电的目的。如针对地下岩石较多，土壤电阻率高，雷暴日多且强度大，属多雷、重雷地区的具体特点，必须选择防雷效果好的进口防雷设备，防雷设备的安装一定要严格执行国家有关标准；其二，是对机房进出的高压电力线作严格的防护措施。因为高压电力线是引雷入室的重要途径，为了防止雷电沿电力线路侵入机房，可对高压电力线以及变压器实施保护。其最为稳妥、可靠的办法是对高压电力线终端杆的前一杆上对地增装一套电源避雷器，在变压器的高压侧还要对地装一组（每相一支）氧化锌高压避雷器；其三，对低压线路作保护。低压线路可采用直埋式低压电力电缆埋地引入机房，在机房入口处，应将电缆金属外护层、钢带直接与地网就近连通，电缆内芯线的两端应分别对地加装避雷器。采用非金属护套电力电缆，应将其穿金属管后，埋地引入机房，若不能直接埋地，起码金属管的两端，应分别接地网，金属管的全长之内，电气上应保持连续；其四，对电信网络线路作保护。电信网络线路，应在进机房前改为埋地电缆，电缆长度应大于50米，其金属外护层应在两端分别与机房地网和电信机房地网连接，采用非金属护套电缆时，应穿金属管埋地，金属管两端应接地，金属管全长应保持电气连接。电缆的所有芯线，均应对地加装避雷器，电缆中的空线对应接地；其五，对天馈线作保护。天线的安装位置必须选择在避雷针的保护范围之内，天线与馈线之间必须加接高频同轴电缆防雷器，以防雷电浪涌过电压对通信设备的破坏。
3.2机房内部保护防线
机房内部保护是指对雷电波侵入的防护，其技术措施有屏蔽保护措施（含法拉第笼），均压等电位保护措施等二种方式。现分别叙述如下：
3.2.1屏蔽保护措施
屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加在计算机等设备上的电磁干扰或浪涌过电压能量。屏蔽方式可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆（包含管道）的屏蔽。建筑物的屏蔽可利用建筑物的钢筋、金属构架、金属门窗、地板等都相互焊（连）接在一起，形成一个法拉第笼，并与地网可靠的电气连接，形成初级屏蔽网；设备的屏蔽应对计算机设备或通信设备施以屏蔽。屏蔽的效果首先取决于初级屏蔽网的衰减程度，其次取决于屏蔽层的厚度、网孔密度（密度越大则可靠程度越高）和屏蔽材料（低频设备采用高导磁材料，高频设备采用铜材为宜）；各种线缆（包含管道）屏蔽是屏蔽的重点，可利用金属丝纺织网、金属软导管、硬导管、桥架来屏蔽入机房的金属管道、电力线缆、通信线缆。并且，屏蔽体一定要作好接地处理，各种电缆的金属护层，在其前后两端做良好接地。
3.2.2均压等电位保护措施
等电位连接也是内部防雷电浪涌过电压的一种措施，其目的是在于减少浪涌过电流所引起的电位差，从而引起火灾、生命危险和设备损坏。等电位连接的方法是，利用连接导线或浪涌过电压保护器，将机房空间内所有需要保护的各种设备连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均压等电位的目的。
3.3 机房内各类用电设备过电压保护防线
机房内各类用电设备过电压的保护，主要是对机房内的供电系统、计算机与通信设备系统实施保护。现在分别介绍如下：
3.3.1机房内的供电系统过电压防护措施
机房内的供电系统必须加装专用电源浪涌抑制器和专用去耦电感器以及相适应的专用供电防雷插座，这样就可抑制、消除电网上的各种瞬间过电压特别是雷电波浪涌过电压对设备的危害，从而确保计算机和通信设备的供电的稳定和可靠。
3.3.2机房内计算机与通信设备系统防护浪涌过电压的措施
对计算机与通信设备系统进行浪涌过电压的防护的关键是将与它们连接的外部信号线路加装专用的信号防雷保护器。如果外部信号线路是光纤，就必须将光纤的金属铠装妥善接地。经过这样处置之后，就能够对计算机与通信设备系统提供防止各种瞬间过电压特别是雷电波浪涌过电压危害的保护作用，从而确保了计算机和通信设备稳定和可靠的运行。
4 结束语
近几年来，本人参与了重庆市消防通信指挥系统的建设，在消防通信指挥系统中浪涌过电压的防护方面有一些心得体会，今把它写出来供大家共同切磋，未值褒贬，仅供参考。
参考文献:
[1]建筑物防雷设计规范
[2]GB 50313-2000,消防通信指挥系统设计规范
[3]GB50147-93《电子计算机机房设计规范》