防雷接地設計方案定稿

1、××××××機房防雷設計方案第一章 概 述雷擊是年復一年的嚴重自然災害之一。隨著我國現(xiàn)代化建設的不斷提高，通信及數(shù)據(jù)設備越來越多，規(guī)模越來越大。一方面大型電子計算機網(wǎng)絡，程控交換機組等系統(tǒng)設備耐過電流，耐雷電壓的水平越來越低，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波的侵入，致使雷電災害頻頻發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，雷電對電子設備的損壞占設備損壞因素的比例高達33%，防雷電及過電壓已成為具有時代特點的一項迫切要求。眾所周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達數(shù)百萬伏，瞬間電流可高達數(shù)十萬安培。高度200m的雷電閃擊電流100KA時，雷

2、電閃電產(chǎn)生的閃電電磁脈沖電磁輻射半徑在2km內(nèi)，對電力、電子線路產(chǎn)生的感應電流約為800A/米，電磁波變化磁場強度為0.03-0.3高斯，僅0.03高斯能量就會損壞微機及自動控制的芯片、傳感器探頭和磁盤存儲數(shù)據(jù)；雷電脈沖電壓達到2000伏（820us）時，目前現(xiàn)有半導體，集成電路的晶片是無法抗御的，因此非常有必要安裝相應的防雷保護設備。雷擊所造成的破壞性后果體現(xiàn)于下列四種層次：1）建筑物毀壞及引起火災；2）設備損壞，人員傷亡；3）設備或元器件壽命降低；4）傳輸或儲存的信號、數(shù)據(jù)（模擬或數(shù)字）受到干擾或丟失，甚至使電子設備產(chǎn)生誤動作而暫時癱瘓或整個系統(tǒng)停頓。目前，世界上各種建筑、設施大多數(shù)仍在使

3、用傳統(tǒng)的避雷針防雷，用避雷針防止直接雷擊實踐證明是經(jīng)濟和有效的。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大量精密電子設備的使用和聯(lián)網(wǎng)，避雷針對這些電子設備的保護卻顯得無能為力。避雷針不能阻止感應雷擊過電壓、操作過電壓以及雷電波入侵過電壓，而這類過電壓卻是破壞大量電子設備的罪魁禍首。對于雷雨多發(fā)地區(qū)，計算機房必須設計、安裝防雷系統(tǒng)裝置進行保護。第二章 方案設計說明2-1、雷電的全面防護：系統(tǒng)防雷是一項綜合性工程，其目的主要如下：1、解決不同系統(tǒng)之間因電磁兼容問題產(chǎn)生的浪涌電壓、干擾電壓，傳輸抑制等問題，提高傳輸質(zhì)量；2、實現(xiàn)供電系統(tǒng)、供電設備防感應雷擊，防雷電波入侵，消除短路故障電流和開關(guān)電磁脈沖（S

4、EMP）的危害；3、實現(xiàn)供配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、UPS電源、微機網(wǎng)絡及通信設備的接地安全，接地裝置的等電位聯(lián)接；4、實現(xiàn)消除靜電（ESD）危害；5、通過加裝避雷針等防止直擊雷危害，通過加裝避雷器消除通信線路、微機設備、監(jiān)控設備、閉路電視等設備感應雷電的危害；6、防止雷擊或過電壓造成人員傷亡。具體實施主要包括外部防雷（直擊雷）和內(nèi)部防雷（感應雷）兩個方面: 外部防雷包括：避雷針、避雷帶、引下線、接地裝置（接地電阻<4歐姆）等等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等，泄放入大地。內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護建筑物內(nèi)部的設備以及人員的安

5、全而設置的。主要以空間屏蔽、等電位連接、減少接近耦合、安全距離、過電壓保護等措施，通過在需要保護設備的前端安裝合適的避雷器進行過電壓保護，使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。將可能進入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內(nèi)部設施所感應到的雷電流得以安全泄放入地。雷電的全面防護圖見下圖所示：2-2、雷電防護區(qū)的劃分 按照IEC1312-1及GB50057-94要求，應將要保護的空間劃分為不同的防雷區(qū)，以規(guī)定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和指明各區(qū)交界處的等電位連接點的位置。各區(qū)以在其交界處的電磁環(huán)境有明顯改變作為劃分不同防雷區(qū)的特征。防雷區(qū)宜按以下分區(qū)：1、LPZ OA區(qū)：直擊雷非防護

6、區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。2、LPZ OB區(qū)：直擊雷防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。3、LPZ 1區(qū)：屏蔽防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導體的電流比LPZ OB更??；本區(qū)內(nèi)的電磁場可能衰減，這取決于屏蔽措施。4、LPZ 2區(qū)等：后續(xù)防雷區(qū)，當需要進一步減小導入的電流和電磁場時，應引入后續(xù)雷區(qū)，并按照需要保護的系統(tǒng)所要求的環(huán)境選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。通常，防雷區(qū)的數(shù)越高電磁環(huán)境的參數(shù)越低。第三章 方案設計思想3-1、直擊雷的外部防護措施雖然有不少專家學者在努力的研究有效的防止直擊雷的方法，

7、但直到今天我們還是無法阻止雷擊的發(fā)生。實際上現(xiàn)在公認的防直擊雷的方法仍然是200多年前富蘭克林先生發(fā)明的避雷針。A、接閃器避雷針及其變形產(chǎn)品避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等統(tǒng)稱為接閃器。歷史上對接閃器防雷原理的認識產(chǎn)生過誤解。當時認為：避雷針防雷是因為其尖端放電綜合了雷云電荷從而避免了雷擊發(fā)生，所以當時要求避雷針頂部一定要是尖端，以加強放電能力。后來的研究表明：一定高度的金屬導體會使大氣電場畸變，這樣雷云就容易向該導體放電，并且能量越大的雷就越易被金屬導體吸引。這樣接閃器的防雷是因為將雷電引向自身而防止了被保護物被雷電擊中?，F(xiàn)在認為任何良好接地的導體都可能成為有效的接閃器，而與它的形狀沒有什么關(guān)系。為

8、了降低建筑被雷擊的概率，宜優(yōu)先采用避雷網(wǎng)、作為建筑物的接閃器，如果屋面有天線等通信設施可在局部加裝避雷針保護，這樣接閃器的高度不會太高，不會增大建筑的雷擊概率。按三類防雷建筑物標準，避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸應不大于20m20m，避雷針應與避雷網(wǎng)可靠連接。如果采用優(yōu)化型避雷針更好的保護建筑物。B、引下線引下線的作用是將接閃器接閃的雷電流安全的導引入地，引下線不得少于兩根，并應沿建筑物四周對稱均勻的布置，三類防雷建筑物引下線的間距不大于25米，引下線接長必須采用焊接，引下線應與各層均壓環(huán)焊接，引下線采用10毫米的圓鋼或相同面積的扁鋼。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，引下線應利用建筑物內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線。采用多根

9、引下線不但提高了防雷裝置的可靠性，更重要的是多根引下線的分流作用可大大降低每根引下線的沿線壓降，減少側(cè)擊的危險。其目的是為了讓雷電流均勻入地，便于地網(wǎng)散流，以均衡地電位。同時，均勻?qū)ΨQ布置可使引下線瀉流時產(chǎn)生的強電磁場在引下線所包圍的建筑物內(nèi)相互抵消，減小雷擊感應的危險。C、接地體接地體是指埋在土壤中起散流作用的導體，接地體應采用鍍鋅鋼材： 鋼管 直徑大于50毫米，壁厚大于3.5毫米； 角鋼 不小于40×40×4毫米 扁鋼 不小于40×4毫米。 應將多根接地體連接成地網(wǎng)，地網(wǎng)的布置應優(yōu)先采用環(huán)型地網(wǎng)，引下線應連接在環(huán)型地網(wǎng)的四周，這樣有利于雷電流的散流和內(nèi)部電位的

10、均衡。垂直接地體一般長為1.5-2.5米，埋深0.8米，地極間隔5米，水平接地體應埋深1米，其向建筑物外引出的長度一般不大于50米。鋼架結(jié)構(gòu)的建筑應采用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做接地體。3-2、直擊雷電流在電源系統(tǒng)的分配： 根據(jù)GB50057-94的標準對直擊雷電流分類：第一類 200KA 10/350us第二類 150KA 10/350us第三類 100KA 10/350us如上圖所示：一個能量為100KA的直擊雷，由整個系統(tǒng)的電源、管線、地網(wǎng)、通信網(wǎng)絡線來分擔。以一棟建筑的防雷來講，電源部分承擔其中近45%（100KA），以三相四線為例，每線承擔大約有25KA(10/350us)的雷電流。地網(wǎng)和通信

11、線路承擔剩余55%的雷電流。由此可見，電源系統(tǒng)對直擊雷的防護非常關(guān)鍵。由此可見，直擊雷的內(nèi)部防護措施應選用10/350us沖擊雷電流的開關(guān)型SPD產(chǎn)品。另外，對于個別架空線引入的傳導雷，也應采用上述一級防護措施。3-3、感應雷的防護前面已提到感應雷是因為直擊雷放電而感應到附近的金屬導體中的，其實感應雷可通過兩種不同的感應方式侵入導體，一是靜電感應：在雷云中的電荷積聚時，附近的導體也會感應上相反的電荷，當雷擊放電時，雷云中的電荷迅速釋放，而導體中原來被雷云電場束縛住的靜電也會沿導體流動尋找釋放通道，就在電路中形成電脈沖。二是電磁感應：在雷云放電時，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強大的瞬變電磁場，在

12、其附近的導體中產(chǎn)生很高的感生電動勢。研究表明：靜電感應方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應引起的浪涌。感應雷可以通過電力電纜、視頻線、網(wǎng)絡線和天饋線等侵入，由于電力電纜的距離長且對雷電波的傳輸損耗小，所以由電源侵入的感應雷造成的危害十分突出，按原郵電部的統(tǒng)計約占了雷擊事故的80%。因此，對建筑物內(nèi)的系統(tǒng)設備進行感應雷防護時，電源是重點。感應雷還可以通過空間感應侵入通信站的內(nèi)部線路，雖然經(jīng)過建筑物和機殼的屏蔽衰減后其能量大為減小，但站內(nèi)許多電信設備的抗過壓能力也很弱，如果處理不當也可能造成設備故障。（4）接地匯集線的布置接地匯集線（匯流排）應布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地連接線最短，各樓層的分

13、匯集線應直接與樓底的總匯集線相連，這樣能保證實現(xiàn)單點接地方式，當樓層高于30米時，高于30米部分的分匯集線應與建筑物均壓環(huán)相連，以防止側(cè)擊。（5）等電位連接各種系統(tǒng)的防雷要求種類很多，但其防雷思想是一致的，就是努力實現(xiàn)等電位。絕對的等電位只是一個理想，實際中只能盡量逼近，目前是綜合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法來近似實現(xiàn)等電位。（見下圖）（6）電源避雷器的選擇和應用原則考慮到電源負荷電流容量較大，為了安全起見及使用和維護方便，數(shù)據(jù)通信電源系統(tǒng)的多級防雷，原則上均選用并聯(lián)型電源避雷器。電源避雷器的保護模式有共模和差模兩方式。共模保護指相線-地線（L-PE）、零線-地線（N-PE）間的保護；差模

14、保護指相線-零線（L-N）、相線-相線（L-L）間的保護。對于低壓側(cè)第二、三、四級保護，除選擇共模的保護方式外，還應盡量選擇包括差模在內(nèi)的保護。殘壓特性是電源避雷器的最重要特性，殘壓越低，保護效果就越好。但考慮到我國電網(wǎng)電壓普遍不穩(wěn)定、波動范圍大的實際情況，在盡量選擇殘壓較低的電源避雷器的同時。還必須考慮避雷器有足夠高的最大連續(xù)工作電壓。如果最大連續(xù)工作電壓偏低，則易造成避雷器自毀。電源系統(tǒng)低壓側(cè)有一、二、三級不同的保護級別，應根據(jù)保護級別的不同，選作合適標稱放電電流（額定通流容量）和電壓保護水平的電源避雷器，并保證避雷器有足夠的耐雷電沖擊能力。原則上，每一級的交流電源之間連接導線超過25m以

15、上，都應做該級相應的保護。電源低壓側(cè)保護用的電源避雷器，應該選擇有失效警告指示、并能提供遙測端口功能的電源避雷器，以方便監(jiān)控、管理和日后維護。電源避雷器必須具有阻燃功能，在失效、或自毀時不能起火。電源避雷器必須具有失效分離裝置，在失效時，能自動與電源系統(tǒng)斷開，而不影響通信電源系統(tǒng)的正常供電。電源避雷器的連接端子，必須至少能適應25mm²的導線連接。安避避雷器時的引線應采用截面積不小于25mm²的多股銅導線，建議使用 25mm²的多股銅導線，并盡可能短（引線長度不宜超過0.5m）。當引線長度超過1.0m時，應加大引線的截面積;引線應緊湊并排或綁扎布放。電源避雷器的接

16、地：接地線應使用不小于2535mm²的多股銅導線，并盡可能就近與交流保護地匯流排、或總匯流排、接地網(wǎng)直接可靠連接。另外根據(jù)GB50057-94 關(guān)于雷擊概率計算中環(huán)境參數(shù)的選擇（見附件2），根據(jù)YD/T5098-2001條文說明中款10/350 和 8/20 us波能量換算的公式：Q(10/350us)20Q(8/20us)由于10/350us模擬雷電電流沖擊波的能量遠大于8/20us模擬雷電電流沖擊波的能量，因此一般需要使用電壓開關(guān)型SPD(如放電間隙、放電管)才能承受10/350us模擬雷電電流沖擊波，而由MOV和SAD組成的SPD一般所承受的標稱放電電流是8/20us模擬雷電電

17、流沖擊波。第四章 防雷設計依據(jù)設計依據(jù)包括有：（1） 建筑物防雷設計規(guī)范（2000） GB50057-94（2） 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范 GB50343-2004（3） 計算站場地技術(shù)文件 GB2887-89（4） 計算站場地安全要求 GB9361-88（5） 民用建筑電氣設計規(guī)范 JGJ/T16-92 （6） 計算機信息系統(tǒng)防雷保安器 GA173-1998 （7） 雷電電磁脈沖的防護 IEC 6I312（8） 電子計算機機房設計規(guī)范 GB50174-93第五章 總體方案設計1、現(xiàn)場情況 各系統(tǒng)的主機都在同一機房內(nèi)。監(jiān)控系統(tǒng)由1臺固定攝像機； 計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)包含8路終端； 電話線路一條

18、； 投影儀一臺； 接地系統(tǒng)：原來未做地網(wǎng)。 2、防雷方案設計根據(jù)現(xiàn)場情況，我們要對此各系統(tǒng)從以下2個方面做出防護方案：A、 對機房設備做出防護；B、 對前端設備做出防護。第一、中心機房的防護措施機房的防護主要有包括電源的三級防護和各系統(tǒng)主機的各種信號線路的防護。主要的具體措施如下：（1）配電系統(tǒng)設多級防雷保護在機房配電柜（箱）進線端并聯(lián)安裝單相電源防雷器1P60ANTC，具有聲光報警，和遠程遙信報警，并配備雷擊次數(shù)計數(shù)器，對整棟建筑物的電壓系統(tǒng)進行防護，此級殘壓1500V，數(shù)量需要1套。在機房內(nèi)UPS電源輸入端并聯(lián)安裝單相電源防雷器1P20AR，此級殘壓1000V。數(shù)量需要1套，此處需距離機房

19、配電柜（箱）線長5M以上。在中心機房的貴重用電設備，如中心交換機、服務器、視頻分配器、控制切換柜等，電源末級（精細級）防雷插座1P20AS-3，此級殘壓800V，數(shù)量估計需要3套。小計：1P60ANTC 1套1P20AR 1套 1P20AS-3 6套（插座具體數(shù)量根據(jù)實際用電設備確定）另：在1P60ANTC 和1P20AR電源避雷器前端各串聯(lián)安裝1套1P D曲線的空氣開關(guān)，型號分別為D32A和D16A。電源三級防護的效果示意圖如下：電源防雷產(chǎn)品的簡圖（單相同理）：L3L1L2NPE機房空開電源浪涌保護器（2）、信號線路的保護2-1：機房處監(jiān)控系統(tǒng)在會議室內(nèi)在攝像機視頻線進線端安裝視頻信號防雷器

20、12TBO75-DH，保護視頻信號端口。小計：12TBO75-DH 1套2-2：電話線路保護在電話信號線路機房進線端，串聯(lián)安裝1套信號浪涌保護器170TR1102-DT，用于防護1路電話信號線路。小計：170TR1102-DT 1套2-3：計算機網(wǎng)絡系統(tǒng) 在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中心交換機的進線端，串聯(lián)安裝1套網(wǎng)路信號浪涌保護器8TR4504-DH，在輸出端串聯(lián)安裝1套網(wǎng)路信號浪涌保護器8TR4504-DH/8，用于8路網(wǎng)絡輸出端口的防護。小計：8TR4504-DH 1套8TR4504-DH/8 1套（3）、機房防雷接地系統(tǒng)根據(jù)GB50057-2000要求，中心機房接地電阻要求<1。在中心機房，

21、利用就近的大樓柱子鋼筋，引出接地匯流排，接地排使用100×300×10mm銅排，銅排配備標準接地端子，接地排用40×4mm鍍鋅扁鋼焊接引出，施工完立柱面按原樣修復。把機房內(nèi)的金屬機殼、機柜、浪涌保護器等的地線接到匯流排上，形成一個地電位連接，有效的避免了因為機房內(nèi)設備感應到不同過電壓時形成的電壓差，從而達到有效的保護了設備的安全。接地處理如下圖：匯流排鋼筋防雷器金屬機殼機柜等金屬物機房內(nèi)有靜電地或均壓環(huán)，可以直接匯流排與其有效的地線連接形成一個地電位連接，有效的避免了因為機房內(nèi)設備感應到不同過電壓時形成的電壓差，從而達到有效的保護了設備的安全。（4）防雷系統(tǒng)接地處

22、理根據(jù)GB50057-94規(guī)定，計算機機房宜采用聯(lián)合接地方式（單點接地方式）設置接地系統(tǒng)，以避免落雷時，各地網(wǎng)間的電位差引起高電位反擊損壞設備。聯(lián)合地網(wǎng)的接地電阻取系統(tǒng)要求的最小值，即小于1。另外，為避免接地線形成回路產(chǎn)生干擾、雜波，同時為更有利于雷擊時或電源發(fā)生故障時的大電流盡快入地，不同用途的接地用線應單獨設計為提高供電設備、衛(wèi)信通信設備、網(wǎng)管設備、微機終端設備和保安監(jiān)控設備硬件環(huán)境運行的可靠性和安全性，提高抗干擾能力，解決電磁兼容性問題。采用聯(lián)合接地方案，應用均壓環(huán)或匯流排實現(xiàn)等電位連接；在兩種地不允許共地時，可采用隔離型等電位連接器。在無雷暴時，隔離避雷器作用將兩種地隔離，減少地線之間

23、干擾。在有雷電時，隔離器啟動，使雷電流快速泄放。1、對現(xiàn)行國家標準規(guī)定的地阻值功率地（保護接零） Rn4安全保護地（熱地） Rpe4直流（邏輯）工作地（冷地） Rdc1屏蔽接地 Rp4超短波通訊抗干擾接地 Rg1防雷接地 Rf4建筑物或構(gòu)筑物接地 Rj4防靜電接地（要求串聯(lián)1M限流電阻接至安全保護地泄流排上）因此，在接地系統(tǒng)關(guān)聯(lián)技術(shù)處理上，應用引下線、均壓環(huán)或泄流排實現(xiàn)等電位聯(lián)接；地網(wǎng)地阻要求遵從最小原則按1設計地網(wǎng)。2、地網(wǎng)工程材料選用非金屬接地模塊，鍍鋅鋼管、鍍鋅扁鋼和高分子降阻劑，根據(jù)地網(wǎng)土壤電阻率等條件搭配使用，地網(wǎng)結(jié)構(gòu)盡可能采用為星型網(wǎng)狀式。3、引出線、斷接卡、泄流排根據(jù)現(xiàn)場情況及設

24、備要求決定材料類型。4、信息網(wǎng)絡設備系統(tǒng)要求N-PE之間的電壓漂移1V。（5）機房要求接地電阻小于1歐姆，中心機房若建筑物接地不能滿足接地電阻小于1歐姆的要求，需進行如下改造：1、 成都地區(qū)土壤電阻較低，濕度較大，采用傳統(tǒng)的金屬材料接地方式很容易將地阻做到1以下。但是由于傳統(tǒng)金屬接地極容易受氣候、土壤濕度、土壤酸堿度和時間等因素的影響，造成接地極短時間內(nèi)生銹、腐蝕而造成接地電阻上升而不能快速、有效的泄放雷電脈沖（LPS）、高頻閃電電磁脈沖（LEMP）、開關(guān)電磁脈沖（SEMP）和其它故障電流，在雷擊和故障電流產(chǎn)生時極有可能造成機房貴重設備損壞和人員傷亡。2、 所以改造選時用金屬接地極非金屬接地模塊配合高分子降阻劑，能夠較為有效解決上述問題。采用金屬接地極可以快速有效的降低接地電阻至合格 指標，而非金屬接地模塊需要在地下深埋一段時間（2周）后，才能逐步體現(xiàn)它的優(yōu)勢，非金屬接地模塊特點在于有良好防腐作用和長期穩(wěn)定性，它能長時保持土壤濕度、電離濃度使地網(wǎng)電阻不隨時間等因素變化而變化，而化學降阻劑能降低接地模塊周圍土壤電阻