电子信息系统雷灾事故分析及对策

　　摘 要 一次强雷暴过程，造成楼宇控制系统瘫痪，大量电子设备损坏，经过现场调查分析，确定其由闪电感应及闪电电涌侵入造成的损害，通过防雷设施及部分线路进行了改进和完善，经过几年时间，多次强雷暴天气的检验，各项系统均正常运行，印证了适当的防雷措施及合理的布线对电子系统雷电防护的重要性。
　　关键词 雷电灾害；闪电感应；闪电电涌侵入；对策
　　随着通讯技术、计算机网络技术的飞速发展，各种信息设备越来越深入人们的生活和工作中，由于微电子设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性，极容易受到各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、电磁脉冲等造成干扰影响其正常工作，严重的造成损坏并导致系统瘫痪，因此，各种电子信息系统的防雷安全工作显得越来越重要。
　　1 调查现场基本情况
　　雷电灾害发生时间：2009年6月26日16时50分；发生地点：嘉兴市行政中心；天气状况：阵雨、雷暴。
　　2 雷电灾害基本情况
　　市行政中心广场西侧高杆灯顶端遭受雷击，据目击者称其＂形如火龙一般，直接打在灯杆顶部，并伴有巨大声响＂此次雷击造成市行政中心安防系统及广场电子屏多台设备损坏，楼宇自动控制系统（BAS）所有控制模块遭损坏，并导致控制系统瘫痪。经工作人员排查后发现：安防系统11台智能快速球摄机损坏，其中5台为全损毁，6台为控制线路损毁、AD矩阵32路报警接口全损毁、AD矩阵64路控制器发生接口部分损毁、广场西大屏数字式视频光端机全损毁、5对250米4米束红外探测器全损毁；楼宇自控系统1-6号楼共计51块Honeywell DDC智能自控模块损坏；广场电子显示屏2块图形卡通信接口损毁、2块控制卡损坏、9块DC5V/40A电源模块损毁，此次雷击共导致直接经济损失65.901 4万元。雷灾未造成人员伤亡。
　　3 雷击灾害原因分析
　　3.1 天气因素
　　天气因素是造成此次雷电灾害的首要原因，据浙江省闪电定位监测数据显示，2009年6月26日全省共发生地闪（云地之间的闪电）27885次，为雷电定位系统建成以来日地闪次数最多的一天。
　　其中，嘉兴地区的落雷平均密度最高，达到0.64次/km2。
　　3.2 雷击类型
　　雷电灾害主要由雷电的3种形式产生，即：直击雷、闪电感应、闪电电涌侵入。直击雷即为当闪击直接击于建（构）筑物、其他物体、大地或外部防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。闪电感应是指指闪电放电时，在附近导体上产生的雷电静电感应或雷电电磁感应，它可能使金属部件之间产生产生火花放电。闪电电涌侵入是指由于雷电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用，雷电波，即闪电电涌，可能沿管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。
　　3.2.1 直击雷
　　根据现场勘察情况，接受雷击的高杆灯地处空旷的市民广场，其高度远高于周围其他物体，且顶端设有避雷针，在接受雷击的同时，保护了周围建筑物等免受直击雷损害，经现场测试，高杆灯灯塔为全金属体，并已做良好接地，接地电阻值为0.8Ω，符合规范标准。现场图片如下：
　　市行政中心办公楼在6月23日经嘉兴市防雷设施检测所检测，其外部防雷设施符合规范要求，能够满足防御直击雷要求，且在此次雷击中受到损坏的电子显示屏、架空智能快速球摄机无直击雷产生的破裂，烧毁等状况，据此可以判断：直击雷不是造成此次行政中心雷电灾害的主要原因。
　　3.2.2 闪电感应
　　通过调查发现，遭受雷击损坏的智能快速球摄机、广场西大屏数字式视频光端机、250米4米束红外探测器、控制广场音乐喷泉的DDC智能自控模块、广场电子显示屏控制卡、DC5V/40A电源模块均为弱电系统的控制模块或低电平电源模块，在对部分损毁模块拆开后发现，其电子线路板无烧痕、灼痕或线路烧毁情况，如图4所示。
　　因此，可以判断，造成这些控制模块及电源模块损坏的非雷电直击线路产生过电流入侵所致，又由于受损设备多分布于雷击点附近的室外，而位于行政中心内部同样设备基本完好，其不同之处在于室内设备及线路受到建筑物空间屏蔽措施保护，而室外设备则直接裸露在空间电磁场环境中，据此可以判断，智能快速球摄机、广场西大屏数字式视频光端机、250米四米束红外探测器、控制广场音乐喷泉的DDC智能自控模块、广场电子显示屏控制卡、DC5V/40A电源模块是由于雷击瞬间产生的闪电感应在受损设备的信号线路及电源线路上产生的过电压导致设备损坏，由于闪电感应产生的过电压具有瞬时的特性，且为波形传导，不会出现类似于雷电直击线路导致的严重烧毁设备等事故，故对强电设备的危害程度较低，而对于弱电系统及低电平的电源设备具有更大的危害，且由于雷电电磁脉冲在空间传遍，因此，危害范围较直击雷更大。
　　3.2.3 闪电电涌侵入
　　经现场勘察发现，此次雷击除造成室外设备损毁外，通过信号线路与室外设备相连的室内AD矩阵32路报警接口全损毁、AD矩阵64路控制器发生接口及楼宇自控系统室内控制模块也发生损毁，调查中还发现，发生损毁的终端设备均采用同轴电缆、双绞线等金属导体作为传输介质，而采用光纤作为传输线的终端设备均未遭到损坏，据此可以判断AD矩阵32路报警接口、AD矩阵64路控制器发生接口损毁为闪电感应在室外线路上产生的过电压沿信号线路侵入室内所致；而对于楼宇控制系统的失效则应为：当室外音乐喷泉的DDC智能自控模块由于信号线路上闪电感应受到损毁时，过电压波会沿着控制线路总线进入整个控制系统，导致其他室内部分DDC智能自控模块信号控制损坏，又由于市行政中心的Honeywell楼宇自控个系统采用共享总线型拓扑结构，本身存在通信介质或中间某一接口点出现故障，整个网络随即瘫痪的缺点，因此，闪电感应产生的闪电电涌侵入导致整个系统瘫痪。据此可以判断，闪电电涌侵入是导致此次行政中心雷电灾害的另一主要原因。   4 结论
　　经现场勘察、测试、对受损设备进行分析并结合嘉兴市防雷设施检测所所出具的检测报告，得出结论：此次嘉兴市行政中心雷电灾害所造成的设备及系统损坏是由雷电闪击市民广场高杆灯而产生的闪电感应及在线路上感应出的过电压波侵入所引起的，并无直击雷方面产生的破坏。
　　5 防雷措施改进建议
　　5.1 直击雷防护
　　对行政中心的建筑物及市民广场国旗、高杆灯塔等直击雷防护措施进行定期检测，对检测存在问题的进行认真整改，并在市民广场高杆灯塔、国旗杆等高大金属物附近设立＂雷雨天请勿靠近＂等警示字样，防止因直击雷造成人员伤亡事故。
　　5.2 闪电感应防护
　　1）采取屏蔽措施，对于室外控制模块等弱电设备，应尽量将其设置在金属屏蔽箱中，并对屏蔽箱进行接地，对于室外敷设的信号线路和电源线路应全程穿金属套管埋地敷设，在设备端线路进出屏蔽箱处应将金属管与屏蔽箱相连，在进入建筑物处将金属管与防闪电感应接地端子相连。对于全程穿金属套管有困难的应至少在室外设备接线端及线路进入建筑物端各穿金属套管敷设15m。
　　2）综合布线，在线路敷设过程中应避免出现大的感应回路，降低雷电电磁感应在线路回路上产生的感应过电压。
　　5.3 闪电电涌侵入防护
　　由于市行政中心建造年份为2000年，设计之初在闪电电涌侵入的防护方面未作强制性的要求，因此导致此方面防护力度不足。
　　1）安装浪涌保护器，安装浪涌保护器的目的在于用分流（限流）技术将雷电过电压（脉冲）能量分流疏导至大地，从而达到保护的目的。电源部分的浪涌保护器防护，电源线路是雷电侵入的主要通道之一，对于高压部分，供电部门有专用的高压避雷装置，而线对线的过压则无法控制。因此，对380V低压线路应进行过电压保护，按国家规范要求应分为3部分：建议总配电房加装浪涌保护器，作为一级保护；在楼层配电箱间加装浪涌保护器，作为二级保护；在所有重要的、精密的设备前端对地加装浪涌保护器，作为三级保护；信号部分的防护，信号线是雷电波入侵的另一个主要途径，因此，要求对进出信息中心控制机房的不同信号线（控制信号、语音信号、视频信号等）应加装相应的信号浪涌保护器，在安装过程中要充分了解信号的传输方式、物理接口、阻抗特性、信号电平等各项数据参数，选择安装适配的浪涌保护器。在实际工程中浪涌保护器的质量、性能的好坏及安装工艺的优劣将直接影响防护的效果，因此，在安装的过程中应选择有相应施工资质的公司来负责。
　　2）采用光缆，由于光缆的传输介质为非导体，不会成为雷电波入侵的通道，因此在信号传输中采用光缆作为传输介质能够极大降低雷电波入侵造成室内设备损坏的概率，但需要注意的是，光缆的金属护套和金属加强芯能够成为闪电电涌侵入的通道，因此在进入设备之前，应把金属加强芯和护套做接地处理，并在光端机处安装适配的信号浪涌保护器，以达到更好的防雷目的。
　　6 防护效果
　　嘉兴市行政中心在遭受此次雷击损坏后，在电源、信号等线路上合理增设了浪涌保护器，并对原引入室内的普通信号线路全部换成光缆，同时进行了埋地穿管屏蔽处理。截至目前已安全运行了多年，在此期间嘉兴地区多次出现强雷暴天气，造成电子信息系统及电子设备损坏时有发生，由于嘉兴市行政中心已经采取了有效的防雷保护措施，各项电子系统均安然无恙。
　　7 结论
　　本次针对嘉兴市行政中心雷击事故的原因分析及采取的相应整改措施经实践检验是正确、有效的，发挥了较好的作用，同时也证明了在信息化建筑物中除做好外部防雷外，内部防雷工作也非常重要，屏蔽、合理布线及等电位连接等措施在电子信息系统防雷保护中起着举足轻重的作用，我们必须加以重视，防患于未然，以减少雷电灾害带来的巨大损失。
　　参考文献
　　[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010.
　　[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012.
　　[3]《雷电灾害调查技术规范》QX/T103-2009中国气象局，2009.
　　[3]梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计.气象出版社，2004.
　　[4]张小青.建筑物内电子设备的防雷保护.电子工业出版社2002.