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雷电电磁脉冲对电子信息系统的影响研究

时间:2014-01-07 16:22来源:电子制作 作者:王 琳 王 玫 点击:
当今今电子信息系统及电子设备在人们生活中随之而来且日益普及,电子信息系统遭受雷电的破坏也愈发严重。究其原因,多半是对雷电电磁脉冲认识不清,电磁脉冲主要源自核爆炸及非核电磁脉冲弹的爆炸,是磁场和电场的组合,造成的致命的伤害。能量分布范围特别广
1 雷电灾害对电子信息系统的影响
1.1 雷电灾害
雷电既是一种天气现象,也是一种电磁现象,较为普遍,全球年均发生次数大约为30 亿次,每年至少有上万人死于雷电灾害,因此而遭受重大损失的各种设备不胜枚举。雷电灾害可分做两类:一类是直接雷击灾害,电子信息系统通常会出现外部过电压现象,多是雷云对地放电所致,虽然持续时间不会太长,但高压带来的破坏性极强。直接雷击过电压指的是雷电产生时直接击中电子信息系统中的某些设备导致的过电压现象。尚在运行的接地导体一旦被雷电击中,便会发生电位骤增的情况,又反过来对带电导体进行放电。而且,直接雷过电压温度极高,电压可高达上百万伏,直接影响着电子系统的安全稳定性,甚至能在瞬间毁掉系统,威胁人身安全。
第二类灾害是雷电电磁脉冲(LEMP) 灾害,带电云层对大地放电,会伴随着强烈的电磁辐射和电磁感应,以至于地面区域内的线路管道等金属质物体能够感受到这些脉冲辐射,或强大的电磁场,直接在电子设备中产生感应,导致一些设备失去作用,另外,在电子设备金属件内产生感应,形成高的电压,随着电压的升高,便会向内部蔓延,对系统构成破坏。
1.2 对电子信息系统的影响
信息化是当前社会发展的主方向,人们对信息的需求量不断增加,同时也提出了更高的要求,电子信息系统的安全性成了必须考虑的重点。信息系统安全主要包括信息安全、软硬件安全、管理安全以及环境安全等方面。
受雷电电磁脉冲(LEMP)影响,系统的安全性面临着很大威胁,如操作系统直接影响着通信的储存、安全以及处理;应用系统则为电子信息系统的各项活动提供良好的前提保障,一旦遭到电磁脉冲的破坏,极有可能引发系统中断,使得系统不能正常工作。电子信息系统通常都会设置相应的数据库,负责信息的存储和保密,若遭到破坏,很容易导致信息泄露,或被任意篡改删除,影响信息的安全。此外, 雷电电磁脉冲还会造成诸多设备被损,影响正常的供电,使单位的整个信息系统瘫痪,剩至对人身安全构成威胁。
2 如何做好电子信息系统的雷电电磁脉冲(LEMP)防护工作
2.1 配电系统的防护工作
雷电对电子系统的危害主要是因为电源线路感应到了电磁脉冲,因而脉冲辐射有凭借往内部扩展,所以要防雷电电磁脉冲,必须从电源线路开始。线路多为架空设置,暴露于自然界,在雷电电气下, 遭受雷击的可能性非常大。在被雷击击中后,线路回路会出现极强的浪涌电压现象,浪涌电流可高达100KA 。为降低浪涌强度,在设置供电线路时,不再架空设置, 而是通过铠装电缆埋地的方式引入,很大程度上减少了浪涌形成的威胁。
为提高供电系统的安全性和稳定性, 通常会选择多级保护,电子信息系统在防电磁脉冲时,同样可以安装多级浪涌保护器。如三级保护器的安装,第一级适合安装于配电系统的总配电柜处(即总断路器的后端),通流量In 通常不小于60KA ;第二级则尽量位于出线柜之内,或层再配电柜中,通流量In 一般不低于40KA ;第三级则尽量选择微电子设备的前端,通流量In 多在20KA 以上,使雷电流的衰减,产生的过电压,能在电子设备的电压保护水平之内。
有些设备采用的是直流供电的方式, 此时应结合实际所需电压和线路长度,选择适宜的浪涌保护器,保证其标称放电电流至少为10KA,连接导线以及安装工艺皆要符合现行规范要求。
在电源上也应实行多级保护,安装相应的浪涌保护器,包括变压器的高压端、低压端以及交、直流配电屏。直流浪涌保护器是刚刚提出的,与交流浪涌保护器相比,直流的残压更低,有利于提高敏感设备对电磁脉冲的防御能力。保护器的安装方式和防雷能力有关,主要是引线电感会产生额外残压,因此必须缩短电力线和保护器连线的长度。为减小额外残压,通常会多级布置保护器,当遭受雷击时,由前级将大部分电流引开,进而减小额外残压。
2.2 信息系统的防护
①等电位连接
如果系统设备遭受雷击,雷电流经过之处会有较高的脉冲电压产生,电位瞬间升高,和其他不同的设备间形成电位差, 一旦差值超过了设备承受的允许范围,极有可能击穿放电,产生电磁脉冲,对电子设备造成严重的破坏。因此,须实现等电位连接,在各项设备和其他管道的连接中,应尽量消除其间的电位差,以降低损失。
②电子信息系统屏蔽
根据大量的资料以及规范要求,当雷击电磁脉冲即当磁场强度在室内高于800A/m 或当计算机CPU 高于0.07Gs 计算机就会失控,当大于2.4Gs 计算机就会永久失效。那怎么办呢?要解决这一问题,目前国内许多专家通常采用屏蔽的方法。1、将信息机房设在顶层及以下。2、若受办公条件影响不能做到,通常在室内设格栅屏蔽网,通常做到1m×1m 以下。具体可视计算而得,近几年有些专家在一些单位屏蔽网做到0.5m×0.5m,通过几年的运行,实践证明效果还是很好的。
③接地
在电子信息系统保护工作中,通常会采取共用接地的方式,借助等电位连接母线将保护接地、防雷接地等进行连接。实际生活中的接地系统往往具有独立性,各自的电阻值也存在着差异,由于和防雷接地并没有进行等电位连接,虽能减少一定的干扰,但当遭受雷击,雷电流泄放入地的同时,泄流通道上的电流电压值会非常高,产生电位差,以至于损坏设备。所以应实现共用接地,且使工频接地电阻在4 欧及以下即可!若将单独的接地系统组成一个大的接地网,则可以设备遭受损坏的概率大大减小。
④布线
加强布线的合理性和科学性,能在一定程度上改变电磁环境,进而加强系统的防雷保护。在实际的传输线布设中,为避免互相干扰,应将线路分开,禁止混杂布设,否则一旦某线路遭受脉冲辐射,便会影响到其他线路。这就要求按照线缆强弱等级,将线路分开进行布设。对于室外的线路,尽量埋设,而不是架空而设,远离金属物区,形成一个安全范围,从而降低雷电电磁脉冲(LEMP)对埋地线路的破坏。
3 结束语
雷电电磁脉冲(LEMP)的危害性极大,鉴于电子信息系统的重要性,必须系统地对其防护工作进行设计,减少电磁脉冲产生过电压、过电流对电子设备的危害,进而提升电子信息系统的安全性及可靠性。
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(责任编辑:铅笔画圆)

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