浅谈雷击电磁脉冲对微电子设备的危害

浅谈雷击电磁脉冲对微电子设备的危害据不完全统计，由雷电引起的雷击灾害事故损坏最多的是计算机网络、通信系统、监测监控等信息系统设备和家用电器（如电视机、电话）等，占灾害总数的80%以上。经现场调查分析，发现造成设备损坏的主要原因是不具备防雷击电磁脉冲的措施。主要表现在以下几个方面：1、对防雷存在误区是造成雷击灾害的原因之一经调查发现，雷击造成设备损坏的单位，大多数具备防雷击雷的措施，但不具备防雷击电磁脉冲的措施，这反映了不少人的观念上还停留在传统防雷阶段，认为有了避雷针（带、网）就可避免雷击灾害发生，没想到遇雷击设备依然被损坏。雷电防护是一项系统工程，它包括外部防雷和内部防雷，即防直击雷、防雷电感应、防雷电波侵入和防雷击电磁脉冲（LEMP）。外部防雷主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故，而内部防雷主要是防止雷击电磁脉冲（LEMP）侵入造成设备损坏。2、架空线是发生雷电危害的主要原因经调查发现，雷击造成设备损坏的事例，有相当数量是雷电从架空线侵入。架空电源线在郊区、农村较多，发生雷击灾害也多。在农村，雷电从架空电源线、电话线及有线电视线侵入室内，造成家用电器受损；若电线绝缘性差被击穿起火，则易引燃木结构屋顶，将房屋烧毁。在城区，架空线大部分是网络、监控、电话、有线电视等线路，如某医院从主楼计算机房有三组网络线架空输出到邻近楼里，雷击院内的大树，在架空线上产生的感应电压将3座邻近楼的分交换机和主楼的交换机都击坏；某燃气调配厂，车间与机房间的监控线架空敷设，院内铁塔上避雷针接闪时，将容器内的传感器和机房的主机板击坏。还有一些单位监视系统的摄像头安装在室外，线缆架空敷设，雷击时不但摄像头被击坏，主机也被击坏。不少单位的电话交换机被损坏，也是由于架空电话线造成的。应采取的防护措施：为减少雷击事故，应尽量采用埋地电缆，没有条件的，架空线应采用屏蔽电缆，金属屏蔽层两端要接地（与设备同地），当两座建筑物较近时，接地体要进行连接。距离较长的架空电话线入室前应穿钢管埋地15米再引入室内，设备接口处应加装电涌保护器（SPD）。3、独立避雷针与被保护物间安全距离不足是造成雷击灾害的又一原因安装在楼顶上的天线多数用避雷针保护，当两者不共地、安全距离又不足时，易发生反击造成雷击事故。如某单位计算机网络系统，在楼顶有两组微波天线，其中一组距避雷针不到1米，另一组5米。避雷针接闪时，临近的天线所连接的网桥、路由器，交换机等均被损坏，造成网络通信瘫痪，另一组却安然无恙。应采取的防护措施：天线金属外壳（杆）要与防雷系统等电位连接，并加装天馈线电涌保护器。4、雷击使建筑物内局部电位抬高、发生反击而损坏设备建筑物在遭受直击雷时，雷电流沿防雷系统的引下线、接地体汇入大地。雷电流在防雷系统中产生暂态高电位，当附近的设备、线路等与防雷系统没有进行等电位连接时，易发生反击造成雷击灾害。如某单位通信机房采用光缆输入，但发生雷击楼顶避雷带时，光缆后端的路由器、光端机电源板等被损坏。究其原因，不属于雷电波侵入，光缆不可能感应雷电和传输电波。经调查，发现路由器、光端机在同一机柜内，机柜靠近大楼柱，相距0.5米，机壳没与机房等电位母线接在一起，靠电源PE线接地，PE线在负一层接到公共接地系统上，长约30多米。判定是属于高电位反击造成的。5、内部雷电感应过电压造成设备损坏雷击建筑物，雷电流通过引下线等金属导体泄放时，在其周围会产生很强的电磁场。现代建筑物中，布设着各种导体线路，如电源线、通信线、电视电缆和供水供暖金属管道。它们在建筑物内部形成许多回路，由于磁场的影响，在回路上会产生感应过电压，回路面积越大，穿过的磁力线越多，感应过电压就越高。这些线路连接的设备接口没有采取过电压保护措施时，其耐过电压（电流）冲击水平又很低，尤其是信息系统设备接口更低，只有几十伏，极易被击穿损坏。此类事故出现的也不少。如某医院在一次雷击过程中，距分交换机较长的PC机接口被击坏，距离短的（20米内）没被损坏。应采取的防护措施：布线要合理，尽量减少大的闭合环，室内长的网线改为光缆或采用屏蔽线，作好接口的过电压保护。6、防护措施不当造成设备损坏在雷击事故调查中，也发现有的单位虽然安装了SPD，在雷击时也出现设备损坏的事件。如某证券所，网络交换机安装了SPD，但一次雷击中，接口被击坏，经调查，其SPD的残压达800伏，而交换机接口器件耐冲击水平只有30伏。类似由于绝缘配合不当，造成保护失效的例子较多。应采取的防护措施：在防雷设计时，要搞清楚线路的敷设情况，进行分区防护。还要掌握被保护设备的耐过电压（电流）水平，所用保护器件的保护水平或残压，以及线路感应电压、反射波电压总和应低于设备的耐冲击水平，这样，才能达到有效的保护。总之，有效的防雷击电磁脉冲应采取现代综合防雷措施。它包含接闪、分流、屏蔽、等电位连接、采用共用接地系统、过电流（过电压）保护、合理布线等。在国家防雷标准《建筑物防雷设计规范》[GB50057-94（2000年版）]中都有明确的规定，只要按其要求进行防雷保护设计和施工，就可以避免或减少雷击电磁脉冲对设备的危害。