一日課程之一防雷

1、第四部分第四部分信號綜合防雷系統(tǒng)信號綜合防雷系統(tǒng)4.1 綜合防雷系統(tǒng)定義 對需要進行雷電防護的建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)，從外部和內(nèi)部對該建筑物采用直擊雷防護技術、等電位連接技術、屏蔽技術、完善合理的綜合布線技術、共用接地技術和安裝各類SPD技術進行雷電防護的措施。用綜合防雷技術建設的防雷系統(tǒng)即綜合防雷系統(tǒng)。 鐵路通信、信號、智能變電站、計算機機房應當建設綜合防雷系統(tǒng)。4.2 雷害源 國際電工委員會IEC標準認定的雷害源為： S1：雷擊建筑物-直擊雷 S2：雷擊建筑物的鄰近區(qū)域-雷電電磁脈沖 S3：雷擊進入建筑物的公共設施-直擊雷和雷電電磁脈沖 S4：雷擊進入建筑物公共設施的鄰近區(qū)域-雷電電磁脈沖建

2、筑物內(nèi)電氣電子設備的雷害源示意S1：雷擊提供業(yè)務的建筑物S2：雷擊建筑物的鄰近區(qū)域S3：雷擊進入建筑物的公共(服務)設施S4：雷擊入戶公共(服務)設施的鄰近區(qū)域機房內(nèi)信號設備外線引雷空間感應引雷S1S4S2信號機房電纜外線引雷S34.2.1 直擊雷 “直接擊在建筑物或其它物體、大地或防雷裝置上，通過它們?nèi)氲夭a(chǎn)生電效應和機械力的閃電”。 直擊雷特點：1）放電電壓高500kV以上；2）放電電流大，可達200kA ；3）放電過程時間短，一次閃電放電時間約40s；4）閃電電流波形波頭陡度大，在不到1s的時間可達100 kA以上。 直擊雷破壞性很強。雷電直接擊在受害物上，產(chǎn)生電效應、熱效應和機械力，從

3、而對設施或設備造成破壞和人畜造成傷害。4.2.2 雷電電磁脈沖 雷電電磁脈沖是因云內(nèi)、雷云間或雷云大地間放電時產(chǎn)生的感應過電壓過電流影響。由閃電電流誘導產(chǎn)生，而產(chǎn)生源不限于直擊雷（云地閃）一種。它可以有靜電產(chǎn)生靜電感應脈沖和電磁感應產(chǎn)生的電磁感應浪涌。 雷電電磁脈沖有以下特點： 1)雷電感應電壓幅值與雷云放電時的電流有關； 2)與雷擊點與或與云間、云內(nèi)閃電與地面電線路間相對位置有關； 3)與直擊雷雷擊點周圍環(huán)境如土壤電阻率有關 ；4.2.2.1靜電感應形成的雷電電磁脈沖 4.2.2.2電磁感應形成的雷電電磁脈沖 茨城通信研究所在2km的CCP-AP電纜上獲得了圖上的感應電壓波形，分析了感應電磁

4、場的產(chǎn)生原因 EH 水平電磁場 EV 垂直電磁場E閃電感應的電磁場 閃電道雷閃引起的電產(chǎn)場4.3 線路上的雷電 4.3.1縱向過電壓和橫向過電壓的概念縱向過電壓和橫向過電壓的概念 共模信號是大小相等，方向相同的信號。 差模信號是大小相等，方向相反的信號。 共模信號，在電路中沒有回流，以分布電容共 同作用于大地，信號相位相同。 差模信號，在電路中有回流。 如果說兩根線上存在差模信號，那么信號是以X軸對稱的，通俗的說，兩根導線 上的差模信號矢量和為零，共模的矢量和增加。 I2I1I3IRRG （1）縱向過電壓：平衡線路某點出現(xiàn)的對地過電壓，也叫共模過電壓。 （ 2）橫向過電壓：平衡線路線與線之間或

5、不平衡線路的線對地之間出現(xiàn)的過電壓（連接電子設備的同軸電纜，橫向過電壓就是縱向過電壓），也叫差模過電壓。4.3.2 多芯電纜上被感應的雷過電流分配 平衡電纜上感應的雷電流以“一束”電纜為電位I0，電纜欄中每一條線的感應電流為I0 /n，n為中芯線條數(shù)而不是“對數(shù)” + + + + + + + + + + +平衡電纜線間沒有感應電流 對于感應源，平衡電纜中的一對線的線間距離和電纜對干擾源的距離相比，可以忽略不計。l1l2L l1 =l2L與l1 、l2比較，可以忽略雷電電纜中的一對芯線 電磁感應在對稱電纜上每條線條上感應的雷電流是相等的，沒有橫向電流，也就沒有橫向電壓。只是對地間感應有縱向電流，

6、 因此有縱向電壓。這是為什么防雷器安裝在線與地間。避雷器被保護設備接地體4.4 雷電防護的原則和基本方法4.4.1 雷電防護的基本原則1）雷電防護的思想指導原則基本原則思想原則：科學、經(jīng)濟和可靠?？茖W：遵循雷電的科學規(guī)律，深入研究雷電的機理，認識關于雷電防護的偏差及識別偽科學。經(jīng)濟和可靠：能在雷害頻繁的地方消除大部分雷害，或統(tǒng)計上證明可靠。4.4.2 雷電防護的基本方法基本技術原則：泄流（傳導雷電流安全接地、釋放能量到大地傳導雷電流安全接地、釋放能量到大地）和等電位防護 （消除接地回路及電位差消除接地回路及電位差） 防護要點：直擊雷防護、側(cè)擊雷防護、雷電磁脈沖防護 防護方法：系統(tǒng)防雷由接閃、均

7、壓、屏蔽、接地、分流（保護）構成。4.4.2.1 完善的防雷系統(tǒng) 1）接閃 設置截獲雷電流的裝置，讓在一定程度范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電放電不能任意地選擇放電通道，而只能按照人們事先設計的防雷系統(tǒng)的規(guī)定通道，將雷電能量泄放到大地中去。 截獲雷電流的裝置實際就是我們常說的避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶或避雷線。2 ） 均壓l最小化電位差、消弱雷擊磁場強度） 宏觀等電位和微觀等電位： 對于等電位體結(jié)構中任意兩點，由于導體的沖擊電壓降是的這兩點之間的沖擊電位差，這個電位差也許只有幾V或數(shù)十V，對人畜的生命的威脅并不會很大，對電氣設備的威脅也不會很大，所以說從宏觀看，這兩點是等電位的。但是，若這兩點間與電子設備相關聯(lián)，

8、這個微小的電位差可以損壞電子設備端口，從等電位防護的觀點看，“微觀”上就不等電位了。 3 ）屏蔽 防雷電磁屏蔽是指導體的外殼對它的內(nèi)部起到“保護”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場、磁場的影響。實際上是對兩個空間區(qū)域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應和輻射。 用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止它的干擾電磁場向外擴散同時用屏蔽體將接收電路、設備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響 4） 接地 接地是利用大地作為接地電流回路，采用電氣、電子設備與大地之間的低阻抗電氣連接，讓已經(jīng)侵入線路的直擊雷雷電流和雷電電磁脈沖電流順利地流

9、入大地迅速泄放，并使地電位不至于有較大升高。另外一個作用是 它將設備接地處的電位固定為所允許的值，使該點便于成為地電位防護的參考零電位。5 ）分流（保護） 在一切從室外來的導體（包括電力電源線、數(shù)據(jù)線、電話線或天饋線等信號線）與防雷接地裝置或接地線之間并聯(lián)一種適當?shù)姆览妆０惭b置SPD，當直擊雷或雷電電磁脈沖在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿這些導線進入室內(nèi)或設備時，防雷保安裝置開始工作，其電阻突然降到近于零的低值，使大部分雷電電流由此處分流入地。其余的少部雷電電流份沿導線行進，在進入設備前再次加設防雷保安裝置，一直到雷電流產(chǎn)生的電壓對設備部造成為為威脅為止 。4.4.2.2 鐵路電子設備防護重點 根據(jù)直

10、擊雷定義，除非遭受球雷，直擊雷無法直擊室內(nèi)設備和地下電纜的。 軌邊設備暴露在野外，有可能遭受直擊雷，因此室外設備必須裝置在能屏蔽雷電的鐵殼中（一是直擊雷通過鐵殼地線入地，而是可以屏蔽雷電電磁脈沖） 室內(nèi)通信信號和電子設備主要的雷害源是S2、S3、S4 。 建筑物內(nèi)電氣電子設備重點不是防直擊雷 只要直擊雷發(fā)生，在閃電道周圍一定會感應出電場和磁場，該電磁場內(nèi)的金屬物體，一定會被感應出感應電流和感應電壓。遠方雷擊產(chǎn)生的雷電電磁場都會對電氣電子設備造成潛在的威脅，因此室內(nèi)的電氣電子設備防護的重點是雷電電磁脈沖瞬態(tài)過電壓而不是直擊雷。4.4.3感應雷電電磁脈沖的形成感應雷電電磁脈沖的形成 4.4.3.1

11、 雷電電磁脈沖形成的“浪涌”圖圖53：由正向電流引：由正向電流引起的磁場起的磁場圖圖54：由反向電流引：由反向電流引起的磁場起的磁場導線流過電流后在導線周圍產(chǎn)生磁場，磁場方向與電流方向符合安倍定律。圖中不同方向電流的磁場方向不同所有雷電浪涌（沖擊波），都由直擊雷引起，直擊雷的強大閃電電流（入地電流）可以誘導電磁沖擊波。將閃電通道看作是大電流通路，則在閃電道周圍產(chǎn)生磁場。 4.4.3.2 雷電電磁脈沖頻譜 室內(nèi)實驗模擬波1.5/40s、8/20s、10/700s的90%鋒值電流積累值頻率分布分別為86kHz、24kHz、和11 kHz附近。 其能量積累值頻率分布分別為18kHz、10 kHz、和

12、3 kHz。1、雷電波越陡即由零變到鋒值的時間越短，它的諧波越豐富。 2、 雷電能量其實大部分分布在低頻段，雷電波在線路上傳播時一定按行波方式前進，因此必然產(chǎn)生延時和衰耗，真正傳到設備時，頻率會更低。不同線路上波形不同。3、雷電直擊時的波形比雷電感應時的波形頻帶寬，主頻頻率也高高。 4.4.3.3場和路的概念場：電磁場輻射，雷電電磁沖可以在建筑建 物內(nèi)的電氣電 子設備上感應出浪涌。 雷電電磁脈沖也可以在進入建筑物的各 種線路上感應出浪涌，經(jīng)線路傳導到設 備。因此，遠方落雷的雷電電磁脈沖也 可進入設備造成設備損壞、路：稱遠方落雷經(jīng)由線路傳導到設備的雷浪 涌為傳導雷。由線路端口進入。 簡而言之，途

13、徑無外乎“場”和“路”?！皥觥敝傅氖请姎怆娮釉O備系統(tǒng)處于雷電電磁場內(nèi)，使系統(tǒng)出現(xiàn)感應過電壓?！奥贰?指的是和電氣電子系統(tǒng)設備連接的線路傳導外界的雷浪涌。 雷電電磁脈沖雷電磁場感應雷電電磁脈沖雷電磁感應t通過電纜線路傳導4.4.3.4 4.4.3.4 雷電電磁脈沖侵入電子設備機房的途徑雷電電磁脈沖侵入電子設備機房的途徑1、輻射（場）：主要是直接感應到印刷電路板， 經(jīng)屏蔽后的電路模塊，發(fā)生較少；2、傳導（路）：量大，S2、S3、S4都可以形成由 路入侵；3、地電位反擊（路）：量大，有S1、S2后，土壤 被擊穿，形成等電位半球，地電位升高，端口 電位低，形成反擊。直擊雷電流產(chǎn)生的電磁感應 建筑物避雷

14、針引下線在有雷電時是能量最大的雷害源 雷電擊中或避雷帶、避雷網(wǎng)雷 電流 產(chǎn)生 的磁場建筑物內(nèi)的電子設備數(shù)據(jù)線電源線接地體 避雷針或避雷帶、避雷網(wǎng)引起的電感耦合 雷云直擊雷形成的地電位反擊 建 筑 物 避 雷 針 電 子 設 備 外 來 電 源 線 或 通 信 線 設 備 工 作 （ 保 護 ） 地 遠 方 電 位 為 零 導 電 半 球 箭 頭 方 向 地 電 位 逐 漸 降 低 直到遠方為零電位每一線表示一 等 電 位 面 由 接 地 體 形 狀 決 定 的 喇 叭 形 地面 電 位 分 布 直擊線路后的傳導（路）感應雷電圖直擊雷或鄰近雷擊直擊雷或鄰近雷擊:擊在外部防雷系統(tǒng)，如機房避雷網(wǎng)、架

15、空電纜上等。擊在外部防雷系統(tǒng)，如機房避雷網(wǎng)、架空電纜上等。浪涌電流在接地電阻浪涌電流在接地電阻Rst上引起電壓降。上引起電壓降。閉合環(huán)路感應產(chǎn)生過電壓閉合環(huán)路感應產(chǎn)生過電壓信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)L1L2L3PEN20 kVRst2c1a1b12a2b11a1b遠處雷擊遠處雷擊:擊在遠處架空輸送線擊在遠處架空輸送線纜纜雷云之間的放電通過雷云之間的放電通過架空線纜引起感應雷架空線纜引起感應雷電波及過電壓。電波及過電壓。在野外在野外,雷電擊中通信雷電擊中通信線纜或電纜地面，在線纜或電纜地面，在地下電纜中感應出電地下電纜中感應出電壓壓2a2b2c云間放電的感應（場和路）場路4.4.4侵入電氣

16、電子系統(tǒng)設備的雷電電磁脈侵入電氣電子系統(tǒng)設備的雷電電磁脈沖強度沖強度 4.4.4.1 輸電線上的雷電浪涌 （大線路） 日本： 日本國家電力公司實測經(jīng)輸電線傳到變電站的電壓大部分小于100kV，最高400 kV，波形較緩，波前寬度20s30s，波尾寬度50s500s。 美國 美國標準IEEEC62.41：2002的附錄A 介紹，在美國，幅值為100 kA的直接雷擊占全部直擊雷的5%，建筑物遭100 kA直擊雷的 概率是400年一次，而輸電線路每一鐵塔受幅值為100 kA的直接雷擊的概率是8000年一次，雷電流在三相線的每一相線上分配的電流即使不計線路衰耗，最大也不過30 kA。 4.4.4.2

17、配電線上的雷電浪涌 日本國家電力公司使用感應雷電自動測試裝置實測，在用戶配電線路附近200m左右發(fā)生數(shù)十kA的直接雷擊時，配電線上可以感應出60kV100kV的電壓。 美國IEEE C62.41標準闡明，建筑物內(nèi)的供電系統(tǒng)，其雷電流般不大于10kA。4.4.4.3 通信線上的雷電浪涌 日本NTT在宇都宮地區(qū)測量了通信線路的感應雷電壓，對用戶終端和局終端發(fā)生超過感應雷電壓“V”的次數(shù)進行整理后得出下列公式： 每雷電日，用戶終端超過V的感應雷電壓次數(shù) Ns=0.6105V-1.8 每雷電日，局終端超過V的感應雷電壓次數(shù) No=0.36104V-1.8 由通信線或數(shù)據(jù)線傳導進入計算機設備的雷過電壓平

18、均為5000伏，有的高達數(shù)萬伏。4.4.4.4 電子設備遭受雷電電磁脈沖概率 電子設備耐雷電能力極低，很小的雷電電磁脈沖都可造成電子設備損壞，因此，電子設備端口器件受損較多，這也是電子設備雷還多的原因。4.4.5 電氣電子設備雷害原理電氣電子設備雷害原理 4.4.5.1 雷電電磁脈沖對電氣電子系統(tǒng)設備的危雷電電磁脈沖對電氣電子系統(tǒng)設備的危險影響險影響 計算機的失效概率計算機的失效概率M ：計算機系統(tǒng)失效是指：計算機系統(tǒng)失效是指計算機暫時失去正常工作功能，導致運算差錯計算機暫時失去正常工作功能，導致運算差錯的狀態(tài)。一般情況下幾秒鐘內(nèi)就可以恢復。的狀態(tài)。一般情況下幾秒鐘內(nèi)就可以恢復。 計算機元件的

19、損壞概率計算機元件的損壞概率D ： 計算機元件的損計算機元件的損壞是指元件遭受永久性破壞而使計算機系統(tǒng)失壞是指元件遭受永久性破壞而使計算機系統(tǒng)失效的狀態(tài)。效的狀態(tài)。 它們和計算機系統(tǒng)所處的磁場有關。它們和計算機系統(tǒng)所處的磁場有關。 磁場干擾使計算機失效和損壞磁場干擾使計算機失效和損壞 根據(jù)美國通用電氣公司根據(jù)美國通用電氣公司R.D.HILL在七十年代得出的在七十年代得出的試驗結(jié)果：當試驗結(jié)果：當M0.07 高高斯時會引起計算機失效，斯時會引起計算機失效，D2.4 高斯時致使計算機的高斯時致使計算機的元部件永久性損壞元部件永久性損壞4.4.5.2計算機接口電路的耐雷能力 計算機設備采用大規(guī)模集成

20、電路和小型器件使設備小型化。計算機設備芯片供電電壓由幾十伏已經(jīng)降至幾伏，它傳送的信息電流由毫安級降到微安級，設備抗脈沖干擾和耐過電壓過電流的能力大大降低，和過去的模擬通信設備比較，降了好幾個數(shù)量級。 當輸入集成電路任一端口能量達到10-6焦耳至10-9焦耳時，便會遭到永久性破壞。美國IEEE工業(yè)應用學會公布的半導體故障閾值半導體器件類型 擊穿能量（焦耳） 破壞能量（焦耳）數(shù)字積分電路10-910-8模擬積分電路10-810-7低噪音轉(zhuǎn)換器和二極管10-710-6高速轉(zhuǎn)換器和IC10-610-5低功率變換器和信號10-510-4中功率變換器10-410-3齊訥二極管和變換器10-310-2高功率

21、變換器10-210-1電源二極管10-11鐵科院通號所防雷室實測集成電路塊耐雷值 施加幅值1kV ，波形為10/700s的沖擊波4-5 次時，有的印刷板閃絡，有的暴裂變形。而對調(diào)制解調(diào)器的模擬試驗證明，MC1488、MC1489之類的通信口集成片耐10/700s 沖擊波的能力只有50V 到100V，在測試計算機聯(lián)鎖端口時，發(fā)現(xiàn)耐壓在8/20s 時僅10多V。 計算機設備端口的耐雷能力和侵入設備的過電壓過電流差距甚大。4.4.5.3 電源設備的耐雷能力 根據(jù)通用規(guī)則“大多數(shù)固態(tài)設備應能承受兩倍以上的額定工作電壓值”。 美國標IEEE ll001992，“綠皮書”的規(guī)定，單相220伏供電系統(tǒng)的最大

22、電壓值為2201.1 (10為供電電壓允許的偏差)，也就是說,所使用的220V交流電源的最大值為342V, 而相應的設備靈敏度為700V左右。 當然，這僅僅是一個簡略的規(guī)定，并沒有具體規(guī)定設備的敏感度值。電源設備一般耐雷電的能力比較強。比如UPS，雷電進入UPS后要通過電源穩(wěn)壓壓、交直變換、電池充電，逆變等環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)都對雷電有衰耗作用。尤其電池具有較大電容，雷電通過電池時會有很大的延時，使雷浪涌的波頭變緩，減小了雷電對電源以后的設備的壓力。UPS雷害是UPS電子穩(wěn)壓電路或控制電路損壞，使UPS處于旁路狀態(tài) 許多計算機信息系統(tǒng)的用戶并沒有使用UPS供電，而是直接用市電給PC機供電。 由電源線

23、傳導的雷電可以直接進入PC機的開關電源，使開關電源的電壓變換電路或整流、穩(wěn)壓電路被擊壞，進而毀壞用電設備。 開關電源的耐雷能力和電子設備在同一量級上。 PN結(jié)的單向?qū)щ?。這時，如果加以反向電壓 ，PN結(jié)有反向漏電流。反向電壓增加，反向漏流也增大，電壓達到極限值Vb時，電流突然急劇上升，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。 電子設備雷害實質(zhì)是端口有了過電壓4.4.5.4電氣電子系統(tǒng)設備雷害的實質(zhì)電氣電子系統(tǒng)設備雷害的實質(zhì) P-N結(jié)擊穿反向電壓超負荷擊穿大規(guī)模集成電路也是如此 高壓整流器件的PN結(jié)的擊穿電壓可大于（直流）3000V，而一般的平面晶體管發(fā)射結(jié)的擊穿電壓約直流10V左右 正偏 I B Vb

24、A C 反偏 擊穿 O V 4.5 鐵路通信信號機房的綜合防雷 計算機設備采用連續(xù)封閉式屏蔽 地網(wǎng)系統(tǒng)應利用建筑物地基4.5.1 4.5.1 雷電防護區(qū)雷電防護區(qū) 為不同位置采用不同的有效防護措施，提出了雷電防護區(qū)的概念。 所謂雷電防護區(qū)（LPZLightning protection zone）是規(guī)定雷電電磁場環(huán)境的區(qū)域。 IEC（國際電工委員會）提出根據(jù)雷電威脅定義雷電防護區(qū)LPZ。防雷區(qū)圖示雷電防護區(qū)的劃分雷電防護區(qū)的劃分 1）直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A）：該區(qū)為計算機信息系統(tǒng)設備本身所處建筑物界面以外，建筑物防直擊雷裝置不能保護的地區(qū)，該區(qū)內(nèi)各物體都可能遭到直接雷擊，區(qū)內(nèi)電磁場強度沒有

25、衰減。 2）直擊雷防護區(qū)（LPZ0B ）：該區(qū)為計算機信息系統(tǒng)設備本身所處建筑物界面以外，建筑物防直擊雷裝置可以保護的地區(qū)，區(qū)內(nèi)各物體不可能遭到直接雷擊，但區(qū)內(nèi)電磁場強度沒有衰減。 3 3）第一防護區(qū)（）第一防護區(qū)（LPZ1 LPZ1 ）：該區(qū)為計算機）：該區(qū)為計算機信息系統(tǒng)設備本身所處建筑物內(nèi)，靠近建信息系統(tǒng)設備本身所處建筑物內(nèi)，靠近建筑物界面，該區(qū)內(nèi)各物體不可能遭到直接筑物界面，該區(qū)內(nèi)各物體不可能遭到直接雷擊，該區(qū)內(nèi)的感應電磁場強度根據(jù)機房雷擊，該區(qū)內(nèi)的感應電磁場強度根據(jù)機房屏蔽程度有不同的衰減。屏蔽程度有不同的衰減。 4 4）后續(xù)防護區(qū)）后續(xù)防護區(qū) ：必須進一步減小感應雷：必須進一步減小

26、感應雷過電流或電磁場強度時，可設置后續(xù)防護過電流或電磁場強度時，可設置后續(xù)防護區(qū)，并根據(jù)被保護的系統(tǒng)所要求的環(huán)境選區(qū)，并根據(jù)被保護的系統(tǒng)所要求的環(huán)境選擇后續(xù)防護區(qū)的要求條件。后續(xù)防護區(qū)可擇后續(xù)防護區(qū)的要求條件。后續(xù)防護區(qū)可以設為第二防護區(qū)（以設為第二防護區(qū)（LPZ2 LPZ2 ）、第三防護區(qū)）、第三防護區(qū)（LPZ3 LPZ3 ）等等。）等等。4.5.2 電氣電子系統(tǒng)設備場地電氣電子系統(tǒng)設備場地電磁電磁環(huán)境的優(yōu)化環(huán)境的優(yōu)化 按照系統(tǒng)防護的概念，首先要優(yōu)化電氣電子設備所處場所的電磁環(huán)境。 要優(yōu)化電磁環(huán)境第一步就是做好計算機信息系統(tǒng)設備場地的建筑物防護。 我們分新建建筑和既有建筑兩種情況討論計算機信

27、息系統(tǒng)設備場地的建筑物的防護。4.5.2.1 對新建建筑物的防護要求 在規(guī)劃設計計算機機房時便同時考慮防雷 直擊雷防護 實現(xiàn)機房屏蔽、 均壓、 規(guī)范接地等諸多防護環(huán)節(jié)。 這是改善計算機信息系統(tǒng)設備場地電磁環(huán)境的最科學最有效的方法。1.含計算機信息系統(tǒng)的建筑物外部防護 （1）混凝土結(jié)構建筑物 在設計時，應當做好避雷網(wǎng)和避雷帶 ，若該建筑物含有衛(wèi)星天線或其它無線天線設備，則可設置僅為保護天線設備的避雷針，將天線設備置于避雷針的保護范圍之內(nèi)，防止雷電直擊無線天線設備時將天線饋線擊穿。 （2）大型鋼結(jié)構建筑物 無需設置避雷網(wǎng)和避雷帶 。（3）設置地網(wǎng) 在設計時應做好接地系統(tǒng)，一般在建筑物基礎作若干垂直

28、接地體，這些接地體用電焊熔接為一體，構成基礎接地體。此外，有的建筑物還要在建筑物周圍設置環(huán)行接地體，并與基礎接地體搭接。 必要時做圍繞建筑物的環(huán)形接地體，環(huán)形接地有垂直接地體和水平接地體構成。 （4） 建筑物鋼筋混凝土中的鋼筋作成屏蔽網(wǎng)，建筑物主鋼筋和避雷帶或避雷網(wǎng)接為一體，建筑物鋼筋、基礎接地體成為一法拉第籠。 搭接網(wǎng)絡與接地終端系統(tǒng)互連構成三維接地系統(tǒng)的示例2. 機房的內(nèi)部防護 是減少被保護空間被雷電流的電磁感應影響的措施。 目的是在建筑物內(nèi)形成均壓等電位的結(jié)構，以減少由雷電流引起的電位差。 為防雷設備、等電位連接、機柜接地等預留各種接地用端子。1 電力設備 2 鋼梁 3 建筑物正面的金屬

29、板 4 搭接接頭 5 電氣或電子設備 6 搭接母線 7 混凝土中的鋼筋（有迭加的網(wǎng)格形導體） 8 基礎接地體 9 各種公共設施的公共入口鋼筋結(jié)構建筑物的等電位連接1 接閃器導體 2 屋頂護墻的金屬層 3 鋼筋 4 迭加在鋼筋上的網(wǎng)格形導 5 網(wǎng)狀導體的接頭 6 為內(nèi)部搭接母線準備的接頭 7 焊接或卡接 8 任意連接 9 混凝土中的鋼筋 10 環(huán)形接地電極（有可能有，也有可能無）（有迭加的網(wǎng)格形導體 a 迭加的網(wǎng)狀格形導體典型的寬度為5mb鋼筋網(wǎng)格的典型寬度為1m 11 基礎接地體利用建筑物鋼筋進行等電位搭接圖11 基礎接地體注： 具有網(wǎng)格形鋼筋的建筑物； 塔基接地； 孤立的設備接地； 電纜架網(wǎng)

30、格形接地2.5.2.2.對已有建筑物的防護要求 1）外部防護 磚木結(jié)構的房屋在屋脊和周邊設避雷帶，避雷帶為接閃器，引下線至少應做4條，長方形建筑最好做6條引下線，即房屋四角和長邊的中央各做一條引下線，使雷擊房屋時，雷電流被分流，以減少引下線上雷電流產(chǎn)生的電磁場，同時減少雷電流入地時產(chǎn)生的地電位上升。2）內(nèi)部防護 （1）屏蔽 屏蔽應當采用鐵材，最好用鍍鋅 鋼板在機房5面做屏蔽籠，地面加防靜電地板，地板支柱連接接地。 補做屏蔽困難的機房， 只好增加計算機信息系統(tǒng)設備防雷裝置的耐雷電流能力。（2）等電位連接均壓均壓也稱電位均衡連接（簡稱等電位連接）。就是把所有導體相互作良好的導電性連接，并與接地系統(tǒng)

31、連通。其中非帶電導體直接用導線連接，帶電導體通過防雷保安器連接。其本質(zhì)是由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導線、等電位連接器（即防雷保安器）和所有導體組成一個電位補償系統(tǒng)。電子設備的安置和接地系統(tǒng)3）設置防雷保安器低壓（1000V以下）SPD的概念 SPD是英文Surge Protective Device的縮寫。 定義為“用作限制瞬態(tài)過電壓和泄放浪涌（沖擊）電流的裝置，它至少應包含一個非線性元件”。 ITU將SPD定義為“用來減少具有有限持續(xù)時間的浪涌過電壓和過電流的一種裝置。它可能只含有一個器件或者有較復雜的設計，集合幾種功能。它至少應包含一個非線性器件?！?.5.2.3對低壓（1000

32、V以下）SPD的基本要求 1）無雷電干擾時浪涌保護器必須滿足以下要求： （1）對雷電箝位必須準確，不得箝位工作信號電平、電源電壓； （2）插損必須小，不得降低信號傳輸速率； （3）不得增加線路的串音； （4）不得使傳輸信號發(fā)生畸變； （5）不得降低計算機設備的絕緣； （6）必須和被防護設備的特性阻抗匹配。 2）雷電侵入時，要求SPD 必須： （ 1）動作迅速，雷電入侵時立即動作； （2）浪涌保護器的功率應足夠大，可經(jīng)住在大部分雷擊而自己不被損壞。同時由于一次雷擊放電是由多個脈沖組成，浪涌保護器不應在第一個脈沖時即造成損壞，并應在多次雷擊后不劣化； （3） 雷電作用過程完結(jié)后，浪涌保護器必須立即

33、恢復常態(tài)，影響系統(tǒng)工作的時間必須小到以微秒計3) 低壓（1000V以下）SPD的選型與配置方法 對浪涌保護器的主要要求只有兩點，一是要有合適而足夠大的沖擊通流容量，二是要有和被防護設備耐過電壓水平相配的殘壓。UpUw Up 防雷器保護電壓水平，Uw被保護設備耐雷電能力4）電源SPD安裝位置 （1）在LPZ0-LPZ1的邊界，及建筑物的入口處安裝第一級電源防護，一般安裝在主配電盤(MB:main distribution board)上。 （2）在LPZ2或更高防雷區(qū)的邊界，即配電盤（SB secondary distribution board）上。 （3）在LPZ2或更高防雷區(qū)的邊界，靠近被

34、保護設備-電源插孔（SA: socket outlet）上。 以上構成所謂三級防護，即采用三個能量上協(xié)調(diào)配合的SPD，滿足前級SPD的保護電壓Up大于后級SPD的耐受電壓Uw的條件。 SPD的安裝位置主要受下列因素影響（1）防護應當對特定的損害源有效果：雷電擊中建筑物（S1）、雷電擊中線路（S3）、雷電擊中建筑物附近大地（S2）、雷電擊中線路附近（S4）； （2）防護應盡可能的靠近外線進入建筑物的入口，才有機會將浪涌過電流引導入地。SPD越靠近進入建筑物的外線入口，該SPD所能保護的設備數(shù)目越多（經(jīng)濟得益）。SPD越靠近被保護設備，則保護效果越好（技術得益）。26號文件規(guī)定的電源防雷器安裝要求

35、5）電源）電源SPD的選擇的選擇1）選擇經(jīng)過CRCC認證的產(chǎn)品； 2）選擇最大工作電壓Uc大于實際工作電壓U0加上電源波動正差值的SPD； 3）選擇的各級SPD的通流容量大于該處期望的雷電流值的SPD； 4）電源采用多級防護，各級之間能量必須協(xié)調(diào)配合。 法國標準建議的電源防雷器的選擇暴露程度最大沖擊放電電流所需保安器安裝位置 輕微 一般 高度 極高 5KA 10KA 20KA 40KA 次級防護初級防護機房配電板或插座大樓主配電板 澳大利亞標準的安裝要求 安裝位置 A 遠離配電柜的用戶電源插座， 用戶計算機 （應加濾波器防護） 安裝位置 B 靠近配電柜的電源子系統(tǒng) （應加濾波器防護 安裝位置

36、C 市內(nèi)計算機機房配電柜非暴露環(huán)境 （可加濾波器防護） 安裝位置 D 郊區(qū)， 建筑物稀少地區(qū)暴露環(huán)境 安裝位置 E 荒郊， 孤立建筑物極度暴露環(huán)境 防雷保安器的要求 6KV、500A 1 00KHz 振蕩波 6KV、500A 1 00KHz 振蕩波和6KV、3KA 20KV、20KA 1.2/50s 電壓波 8/20s 電流波 20KA70KA 1.2/50s 電壓波 8/20s 電流波 60 KA 10/350s 電流波 電源防雷的多級保護接線長度對防護的影響：由于連接線的壓降將會使防護效果變壞SPD安裝接線的附加電壓 電源設備 電源 SPD L PE N 1/2 VL 1/2 VL VP+ VL VP L N PE 5）通信線與終端設備SPD安裝位置 （1）在LPZ0/LPZ1處，即電信和信號網(wǎng)絡線路進入建筑物處安裝第一級SPD。 （2）在設備入口處即LPZ1內(nèi)，安裝SPD。通信線/數(shù)據(jù)線二合一防雷器電源（帶濾波器）通信線防雷器(二合一)用戶計算機電源 串口 第二級電源線防護 第一級電源線防護 L NN L PE第二級通信線防護 計算機主機第一級通信線防護 圖 計算機設備防護系統(tǒng)圖 3）設備擺放位置和電纜屏蔽與布線方法 微電子設備應當放置在室內(nèi)期望雷電電磁感應最小的地方：盡量在屋中央