建筑物電子信息系統(tǒng)防雷浪涌保護doc

1、建筑物電子信息系統(tǒng)防雷作者 羅凱斌(廣州港集團有限公司新港港務(wù)分公司)【摘要】隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，建筑物的規(guī)模不斷擴大，其內(nèi)各種電氣設(shè)備的使用日趨增多，尤其是計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及，建筑物越來越多采用各種信息化的電氣設(shè)備。每年因雷擊破壞建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的事件時有發(fā)生，所造成的損失非常巨大。因此建筑物電子信息系統(tǒng)防雷就顯得尤為重要?！娟P(guān)鍵詞】防雷裝置 等電位連接 共用接地系統(tǒng) 電磁屏蔽 浪涌保護器隨著當(dāng)前世界，電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子計算機早已步入社會的各行各業(yè)。建筑物內(nèi)幾乎無不設(shè)有復(fù)雜程度不同的微電子設(shè)備和計算機系統(tǒng)。民用建筑也不例外。雷電電磁脈沖干擾日益成為頻發(fā)事故。因此如何做好對建筑物電

2、子信息系統(tǒng)防雷直接影響到人們的切身利益?，F(xiàn)從防雷裝置、等電位連接及共用接地系統(tǒng)、電磁屏蔽、電源保護器方面分析如何做好電子信息系統(tǒng)的防雷。一、外部防雷裝置與內(nèi)部防雷裝置1.外部防雷裝置(即傳統(tǒng)的常規(guī)避雷裝置)由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。接閃器(也叫接閃裝置)有三種形式：避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)，它位于建筑物的頂部，其作用是引雷或叫截獲閃電，即把雷電流引下。引下線，上與接閃器連接，下與接地裝置連接，它的作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。接地裝置位于地下一定深度之處，它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。2.內(nèi)部防雷裝置的作用是減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)以及防止反擊、接觸電

3、壓、跨步電壓等二次雷害。除外部防雷裝置外，所有為達到此目的所采用的設(shè)施、手段和措施均為內(nèi)部防雷裝置，它包括等電位連接設(shè)施(物)、屏蔽設(shè)施、加裝的避雷器以及合理布線和良好接地等措施。3.電子信息系統(tǒng)應(yīng)采用外部防雷和內(nèi)部防雷等措施進行綜合防護。二、雷電防護分區(qū)及等級1.雷電防護分區(qū)：根據(jù)國家標準建筑物防雷設(shè)計規(guī)范(GB50057-94)(2000版)第六章防雷擊電磁脈沖按電磁兼容的原理把信息系統(tǒng)所在建筑物或構(gòu)筑物按需要保護的空間由外到內(nèi)分為不同的雷電防護區(qū)(LPZ)，以確定各LPZ空間的雷擊電磁脈沖的強度及應(yīng)采取的防護措施。建筑物的防雷區(qū)劃分為：直接雷非防護區(qū)(LPZ 0A)，直接雷防護區(qū)(LPZ

4、 0B)，第一防護區(qū)(LPZ1)，后續(xù)防護區(qū)(LPZ2)等區(qū)。將需要保護的空間劃分為不同的防雷分區(qū)，是為了規(guī)定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和等電位聯(lián)結(jié)點的位置。從而決定位于該區(qū)域的電子設(shè)備采用何種電涌保護器在何處以何種方式實現(xiàn)與共同接地體等電位聯(lián)結(jié)。2.雷電防護等級：建筑物電子信息系統(tǒng)的雷電防護等級應(yīng)按防雷裝置的攔截效率劃分為A、B、C、D四級。3.雷電防護等級劃分方法：(1)按建筑物電子信息系統(tǒng)所處環(huán)境進行雷擊風(fēng)險評估，確定雷電防護等級：(2)按建筑物電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性確定雷電防護等級。(3)按雷擊風(fēng)險評估確定雷電防護等級。三、等電位連接與共用接地系統(tǒng)1.標準和規(guī)定建筑物

5、防雷設(shè)計規(guī)范(GB50057-94)(2000版)第六章、防雷擊電磁脈沖；第三節(jié)、屏蔽、接地和等電位連接第6.3.4條要求：所有進入建筑物的外來導(dǎo)電物均應(yīng)在LPZ0A區(qū)或LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接；信息系統(tǒng)的各種箱體、殼體、機架等金屬組件應(yīng)建立一等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并與建筑物的共用接地系統(tǒng)連接。內(nèi)部金屬裝置與等電位連接帶之間的連接導(dǎo)體采用銅材時，最小截面積為6mm2，采用鋁材時，最小截面積為10mm2，采用鐵時，最小截面積為16mm2；銅或鍍鋅鋼等電位帶的截面積不應(yīng)小于50mm2。2.等電位連接，指使建筑物內(nèi)的各個部位都形成一個相等的電位，即等電位。電子信息系統(tǒng)的機房應(yīng)設(shè)等電位連

6、接網(wǎng)絡(luò)，目的在于減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差，防止雷電反擊。將機房內(nèi)的主機金屬外殼，UPS及電池箱金屬外殼、金屬地板框架、金屬門框架、設(shè)施管路、電纜橋架、鋁合金窗的等電位連接，并以最短的線路連到最近的等電位連接帶或其它已做了等電位連接的金屬物上，且各導(dǎo)電物之間盡量附加多次相互連接。3.共用接地：也叫統(tǒng)一接地。它是把需要接地的各個系統(tǒng)統(tǒng)一接到一個接地裝置上?；蛘甙迅飨到y(tǒng)原來的接地裝置通過地下或者地上用金屬導(dǎo)體連接起來，使它們之間成為暢通的電氣接地統(tǒng)一地網(wǎng)，這樣的接地方式為共用接地。共用接地是目前應(yīng)用最廣泛的接地方式。4.等電位連接與共用接地系統(tǒng)在建筑物防雷區(qū)電子信息系統(tǒng)中的

7、應(yīng)用(1)在直接雷非防護區(qū)(LPZ0A)或直接雷防護區(qū)(LPZ0B)與第一防護區(qū)(LPZ1)交界處應(yīng)設(shè)置總等電位接地端子板。(2)共用接地裝置應(yīng)與總等電位接地端子板連接，通過接地干線引至樓層等電位接地端子板。(3)不同樓層的綜合布線系統(tǒng)設(shè)備間或不同雷電防護區(qū)的配線交接間應(yīng)設(shè)置局部等電位接地端子板。(4)防雷接地與交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地共用一組接地裝置時，接地裝置大接地電阻值必須按接入設(shè)備中要求大最小值確定。(5)接地裝置應(yīng)優(yōu)先利用建筑物的自然接地體，當(dāng)自然接地體的接地電阻達不到要求時應(yīng)增加人工接地體。(6)當(dāng)設(shè)置人工接地體時，人工接地體宜在建筑物四周散水坡外大于1m處埋設(shè)成環(huán)

8、形接地體。并可作為總等電位連接帶使用。四、電子信息系統(tǒng)設(shè)備機房的屏蔽及布線1電子信息系統(tǒng)設(shè)備主機房的屏蔽(1)宜選擇在建筑物低層中心部位，其設(shè)備應(yīng)遠離外墻結(jié)構(gòu)柱，設(shè)置在雷電防護區(qū)的高級別區(qū)域內(nèi)。圖1 電子信息系統(tǒng)機房S型等電位連接示意圖圖2電子信息系統(tǒng)機房M型等電位連接示意圖(2)金屬導(dǎo)體，電纜屏蔽層及金屬線槽等進入機房時，做等電位連接。(3)當(dāng)電子信息系統(tǒng)設(shè)備為非金屬外殼，且機房屏蔽未達到設(shè)備電磁環(huán)境要求時，設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)或金屬屏蔽室。金屬屏蔽室應(yīng)與等電位連接、等電位端子板連接。2.線纜屏蔽(1)需要保護的信號線纜，宜采用屏蔽電纜，應(yīng)在屏蔽層兩端及雷電防護區(qū)交界處做等電位連接并接地。(2)當(dāng)采

9、用非屏蔽電纜時，應(yīng)敷設(shè)在金屬管道內(nèi)并埋地引入。金屬管應(yīng)電氣導(dǎo)通，并應(yīng)在雷電防護區(qū)交界處做等電位連接并接地。其埋地長度應(yīng)符合下列表達式要求，但不應(yīng)小于15m。(3)當(dāng)建筑物之間采用屏蔽電纜互聯(lián)，且電纜屏蔽層能承載可預(yù)見的雷電流時，電纜可不敷設(shè)在金屬管道內(nèi)。(4)光纜的所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強芯等，應(yīng)入戶直接接地。3.線纜敷設(shè)(1)電子信息系統(tǒng)線纜主干線金屬線槽敷設(shè)在電氣豎井內(nèi)。(2)電子信息系統(tǒng)線纜與其他管線的間距規(guī)定(見表1)。表1(3)布置電子信息系統(tǒng)信號線纜的路由走向時，應(yīng)盡量減小由線纜自身形成的感應(yīng)環(huán)路面積。(4)電子信息系統(tǒng)線纜與電力電纜的間距規(guī)定(見表2)。表2(5)電子信

10、息系統(tǒng)線纜與配電箱、變電室、電梯機房、空調(diào)機房之間最小的凈距的規(guī)定(見表3)。表3五、浪涌保護器1.電源線路浪涌保護器的安裝(1)電源線路的各級浪涌保護器(SPD)應(yīng)分別安裝在被保護設(shè)備電源線路的前端，浪涌保護器各接線端分別與配電箱內(nèi)線路的同名端相線連接。浪涌保護器的接地端與配電箱的保護接地線(PE)接地端子板連接，配電箱接地端子板應(yīng)與所處防雷區(qū)的等電位接地端子板連接。各級浪涌保護器(SPD)連接導(dǎo)線應(yīng)平直，起長度不宜超過0.5m。(2)帶有接線子的電源線路浪涌保護器應(yīng)采用壓接；帶有接線柱的浪涌保護器宜采用線鼻子與接線柱連接。(3)浪涌保護器(SPD)的連接導(dǎo)線最小截面積宜符合下表4。表42.

11、天饋線路浪涌保護器的安裝(1)天饋線路浪涌保護器SPD應(yīng)串接于天饋線與被保護設(shè)備之間，宜安裝在機房內(nèi)設(shè)備附近或機架上，也可以直接連接在設(shè)備饋線接口上。(2)天饋線路浪涌保護器SPD的接地端應(yīng)采用截面積不小于6mm2的銅芯導(dǎo)線就近連接到直擊雷非防護區(qū)(LPZ0A)或直擊雷防護區(qū)(LPZ0B)與第一防護區(qū)(LPZ1)交界處的等電位接地端子板上，接地線應(yīng)平直。3.信號線路浪涌保護器的安裝(1)信號線路浪涌SPD應(yīng)連接在被保護設(shè)備的信號端口上。浪涌保護器SPD輸出端與被保護設(shè)備的端口相連。浪涌保護器SPD也可以安裝在機柜內(nèi)。固定在設(shè)備機架上或附近支撐物上。(2)信號線路浪涌SPD接地端宜采用截面積不小

12、于1.5mm的銅芯導(dǎo)線，與設(shè)備機房內(nèi)的局部等電位接地端子板連接，接地線應(yīng)平直。結(jié)束語隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展。建筑物內(nèi)雷電防護已提高了要求，信息系統(tǒng)的雷電保護成為考慮的重點。因此針對建筑物電子信息防雷的特點，做好外部及內(nèi)部的防雷裝置、等電位連接及共地系統(tǒng)、線路屏蔽等工作，根據(jù)系統(tǒng)特點選擇適合和有效接地方式，安裝適合此系統(tǒng)線路參數(shù)使用的電涌保護器(SPD)，這樣才能有效地保護信息系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行。參考文獻1王時煦等建筑物防雷設(shè)計中國建筑工業(yè)出版社1980年9月第一版，1985年11月第二版2建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB50057-94(2000年版3金磊、王時煦等主編最新現(xiàn)代建筑防雷與電氣安全設(shè)計資

13、料選集電雜志社出版，1996年信息來源：建筑安全（責(zé)任編輯：凌云）浪涌保護器（也稱防雷器）的分級防護由于雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。第一級防雷器可以對于直接雷擊電流進行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時傳導(dǎo)的巨大能量進行泄放，對于有可能發(fā)生直接雷擊的地方，必須進行CLASSI的防雷。第二級防雷器是針對前級防雷器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護設(shè)備，對于前級發(fā)生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設(shè)備或第三級防雷器而言是相當(dāng)巨大的能量會傳導(dǎo)過來，需要第二級防雷器進一步吸收。同時，經(jīng)過第一級防雷器的傳輸線路也會感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當(dāng)線路足夠長

14、感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級防雷器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級防雷器是對LEMP和通過第二級防雷器的殘余雷擊能量進行保護。1、第一級保護目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區(qū)傳導(dǎo)進入LPZ1區(qū)，將數(shù)萬至數(shù)十萬伏的浪涌電壓限制到25003000V。 入戶電力變壓器低壓側(cè)安裝的電源防雷器作為第一級保護時應(yīng)為三相電壓開關(guān)型電源防雷器，其雷電通流量不應(yīng)低于60KA。該級電源防雷器應(yīng)是連接在用戶供電系統(tǒng)入口進線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相100KA以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓小于1500V，稱之為CLASS I級電源防雷器。這些電磁防雷器是專為承受雷電和

15、感應(yīng)雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設(shè)計的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過電源防雷器時，線路上出現(xiàn)的最大電壓稱為限制電壓）為中等級別的保護，因為CLASS I級保護器主要是對大浪涌電流進行吸收，僅靠它們是不能完全保護供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備的。 第一級電源防雷器可防范10/350s、100KA的雷電波，達到IEC規(guī)定的最高防護標準。其技術(shù)參考為：雷電通流量大于或等于100KA（10/350s）；殘壓值不大于2.5KV；響應(yīng)時間小于或等于100ns。2、第二級防護目的是進一步將通過第一級防雷器的殘余浪涌電壓的值限制到15002000V，對LPZ1LPZ2實施等電

16、位連接。 分配電柜線路輸出的電源防雷器作為第二級保護時應(yīng)為限壓型電源防雷器，其雷電流容量不應(yīng)低于20KA，應(yīng)安裝在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電處。這些電源防雷器對于通過了用戶供電入口處浪涌放電器的剩余浪涌能量進行更完善的吸收，對于瞬態(tài)過電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防雷器要求的最大沖擊容量為每相45kA以上，要求的限制電壓應(yīng)小于1200V，稱之為CLASS II級電源防雷器。一般用戶供電系統(tǒng)做到第二級保護就可以達到用電設(shè)備運行的要求了 第二級電源防雷器采用C類保護器進行相中、相地以及中地的全模式保護，主要技術(shù)參數(shù)為：雷電通流容量大于或等于40KA(8/20s)；殘壓峰值不大于10

17、00V；響應(yīng)時間不大于25ns。3、第三級保護目的是最終保護設(shè)備的手段，將殘余浪涌電壓的值降低到1000V以內(nèi)，使浪涌的能量有致?lián)p壞設(shè)備。 在電子信息設(shè)備交流電源進線端安裝的電源防雷器作為第三級保護時應(yīng)為串聯(lián)式限壓型電源防雷器，其雷電通流容量不應(yīng)低于10KA。 最后的防線可在用電設(shè)備內(nèi)部電源部分采用一個內(nèi)置式的電源防雷器，以達到完全消除微小的瞬態(tài)過電壓的目的。該處使用的電源防雷器要求的最大沖擊容量為每相20KA或更低一些，要求的限制電壓應(yīng)小于1000V。對于一些特別重要或特別敏感的電子設(shè)備具備第三級保護是必要的，同時也可以保護用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓影響。 對于微波通信設(shè)備、移動機

18、站通信設(shè)備及雷達設(shè)備等使用的整流電源，宜視其工作電壓的保護需要分別選用工作電壓適配的直流電源防雷器作為末級保護。4、第四級及四級以上保護根據(jù)被保護設(shè)備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平，就只需要做兩級保護，假如設(shè)備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護。第四級保護其雷電通流容量不應(yīng)低于5KA。二、浪涌保護器（也稱防雷器）的分級防護由于雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。第一級防雷器可以對于直接雷擊電流進行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時傳導(dǎo)的巨大能量進行泄放，對于有可能發(fā)生直接雷擊的地方，必須進行CLASSI的防雷。第

19、二級防雷器是針對前級防雷器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護設(shè)備，對于前級發(fā)生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設(shè)備或第三級防雷器而言是相當(dāng)巨大的能量會傳導(dǎo)過來，需要第二級防雷器進一步吸收。同時，經(jīng)過第一級防雷器的傳輸線路也會感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當(dāng)線路足夠長感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級防雷器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級防雷器是對LEMP和通過第二級防雷器的殘余雷擊能量進行保護。1、第一級保護目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區(qū)傳導(dǎo)進入LPZ1區(qū)，將數(shù)萬至數(shù)十萬伏的浪涌電壓限制到25003000V。入戶電力變壓器低壓側(cè)安裝的電源防雷器作為第一級保護時應(yīng)為三相電壓開關(guān)型電源防雷器，

20、其雷電通流量不應(yīng)低于60KA。該級電源防雷器應(yīng)是連接在用戶供電系統(tǒng)入口進線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相100KA以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓小于1500V，稱之為CLASS I級電源防雷器。這些電磁防雷器是專為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設(shè)計的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過電源防雷器時，線路上出現(xiàn)的最大電壓稱為限制電壓）為中等級別的保護，因為CLASS I級保護器主要是對大浪涌電流進行吸收，僅靠它們是不能完全保護供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備的。第一級電源防雷器可防范10/350s、100KA的雷電波，達到IEC規(guī)定的最高防護標準。其技術(shù)參考為：雷電通流量大于或等于100KA（10/350s）；殘壓值不大于2.5KV；響應(yīng)時間小于或等于100ns。2、第二級防護目的是進一步將通過第一級防雷器的殘余浪涌電壓的值限制到15002000V，對LPZ1LPZ2實施等電位連接。分配電柜線路輸出的電源防雷器作為第二級保護時應(yīng)為限壓型電源防雷器，其雷電流容量不應(yīng)低于20KA，應(yīng)安裝在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電處。這些電源防雷器對于通過了用戶供電入口處浪涌放電器的剩余浪涌能