防雷接地設計方案（定稿）(共14頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上××××××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。隨著我國現代化建設的不斷提高，通信及數據設備越來越多，規(guī)模越來越大。一方面大型電子計算機網絡，程控交換機組等系統設備耐過電流，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。據統計，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，其電壓高達數百萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培。高度200m的雷

2、電閃擊電流100KA時，雷電閃電產生的閃電電磁脈沖電磁輻射半徑在2km內，對電力、電子線路產生的感應電流約為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據；雷電脈沖電壓達到2000伏（820us）時，目前現有半導體，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、數據（模擬或數字）受到干擾或丟失，甚至使電子設備產生誤動作而暫時癱瘓或整個系統停頓。目前，世界上

3、各種建筑、設施大多數仍在使用傳統的避雷針防雷，用避雷針防止直接雷擊實踐證明是經濟和有效的。但是，隨著現代電子技術的不斷發(fā)展，大量精密電子設備的使用和聯網，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：系統防雷是一項綜合性工程，其目的主要如下：1、解決不同系統之間因電磁兼容問題產生的浪涌電壓、干擾電壓，傳輸抑制等問題，提高傳輸質量；2、實現供電系統、供電設備防感應雷擊，防雷電波入侵，消除短路

4、故障電流和開關電磁脈沖（SEMP）的危害；3、實現供配電系統、低壓配電系統、UPS電源、微機網絡及通信設備的接地安全，接地裝置的等電位聯接；4、實現消除靜電（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。內部防雷系統是為保護建

5、筑物內部的設備以及人員的安全而設置的。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、L

6、PZ OA區(qū)：直擊雷非防護區(qū)，本區(qū)內的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；本區(qū)內的電磁場沒有衰減。2、LPZ OB區(qū)：直擊雷防護區(qū)，本區(qū)內的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)內的電磁場沒有衰減。3、LPZ 1區(qū)：屏蔽防護區(qū)，本區(qū)內的各物體不可能遭到直接雷擊，流經各導體的電流比LPZ OB更?。槐緟^(qū)內的電磁場可能衰減，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)的數越高電磁環(huán)境的參數越低。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

7、究有效的防止直擊雷的方法，但直到今天我們還是無法阻止雷擊的發(fā)生。實際上現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品避雷線、避雷帶、避雷網等統稱為接閃器。歷史上對接閃器防雷原理的認識產生過誤解。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。現在認為任何良好接地的導體都可能成為有效的接閃器，而

8、與它的形狀沒有什么關系。為了降低建筑被雷擊的概率，宜優(yōu)先采用避雷網、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，避雷網的網格尺寸應不大于20m20m，避雷針應與避雷網可靠連接。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。對于框架結構的建筑物，引下線應利用建筑物內的鋼

9、筋作為防雷引下線。采用多根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，減少側擊的危險。其目的是為了讓雷電流均勻入地，便于地網散流，以均衡地電位。同時，均勻對稱布置可使引下線瀉流時產生的強電磁場在引下線所包圍的建筑物內相互抵消，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，地網的布置應優(yōu)先采用環(huán)型地網，引下線應連接在環(huán)型地網的四周，這樣有利

10、于雷電流的散流和內部電位的均衡。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。鋼架結構的建筑應采用建筑物基礎鋼筋做接地體。3-2、直擊雷電流在電源系統的分配： 根據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，由整個系統的電源、管線、地網、通信網絡線來分擔。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(10/350

11、us)的雷電流。地網和通信線路承擔剩余55%的雷電流。由此可見，電源系統對直擊雷的防護非常關鍵。由此可見，直擊雷的內部防護措施應選用10/350us沖擊雷電流的開關型SPD產品。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

12、圍產生強大的瞬變電磁場，在其附近的導體中產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，按原郵電部的統計約占了雷擊事故的80%。因此，對建筑物內的系統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部線路，雖然經過建筑物和機殼的屏蔽衰減后其能量大為減小，但站內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

13、接地連接線最短，各樓層的分匯集線應直接與樓底的總匯集線相連，這樣能保證實現單點接地方式，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，以防止側擊。（5）等電位連接各種系統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，數據通信電源系統的多級防雷，原則上均選用并聯型電源避雷器。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

14、（N-PE）間的保護；差模保護指相線-零線（L-N）、相線-相線（L-L）間的保護。對于低壓側第二、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。電源系統低壓側有一、二、三級不同的保護級別，應根據保護級別的不同，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

15、源之間連接導線超過25m以上，都應做該級相應的保護。電源低壓側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，能自動與電源系統斷開，而不影響通信電源系統的正常供電。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

16、或綁扎布放。電源避雷器的接地：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、接地網直接可靠連接。另外根據GB50057-94 關于雷擊概率計算中環(huán)境參數的選擇（見附件2），根據YD/T5098-2001條文說明中2.0.4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

17、標稱放電電流是8/20us模擬雷電電流沖擊波。第四章 防雷設計依據設計依據包括有：（1） 建筑物防雷設計規(guī)范（2000） GB50057-94（2） 建筑物電子信息系統防雷技術規(guī)范 GB50343-2004（3） 計算站場地技術文件 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、現場情況 各系統的主機都在同一機房內。監(jiān)控系統由1臺固定攝像機； 計算機

18、網絡系統包含8路終端； 電話線路一條； 投影儀一臺； 接地系統：原來未做地網。 2、防雷方案設計根據現場情況，我們要對此各系統從以下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）配電系統設多級防雷保護在機房配電柜（箱）進線端并聯安裝單相電源防雷器1P60ANTC，具有聲光報警，和遠程遙信報警，并配備雷擊次數計數器，對整棟建筑物的電壓系統進行防護，此級殘壓1500V，數量需要1套。在機房內UPS電源輸入端并聯安裝單相電源防雷器1P20AR，此級殘壓10

19、00V。數量需要1套，此處需距離機房配電柜（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，數量估計需要3套。小計：1P60ANTC 1套1P20AR 1套 1P20AS-3 6套（插座具體數量根據實際用電設備確定）另：在1P60ANTC 和1P20AR電源避雷器前端各串聯安裝1套1P D曲線的空氣開關，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)控系統在會議室內在

20、攝像機視頻線進線端安裝視頻信號防雷器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：計算機網絡系統 在計算機網絡系統中心交換機的進線端，串聯安裝1套網路信號浪涌保護器8TR4504-DH，在輸出端串聯安裝1套網路信號浪涌保護器8TR4504-DH/8，用于8路網絡輸出端口的防護。小計：8TR4504-DH 1套8TR4504-DH/8 1套（3）、機房防雷接地系統根據GB50057-2000要求，中心機房

21、接地電阻要求<1。在中心機房，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

22、護了設備的安全。（4）防雷系統接地處理根據GB50057-94規(guī)定，計算機機房宜采用聯合接地方式（單點接地方式）設置接地系統，以避免落雷時，各地網間的電位差引起高電位反擊損壞設備。聯合地網的接地電阻取系統要求的最小值，即小于1。另外，為避免接地線形成回路產生干擾、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。采用聯合接地方案，應用均壓環(huán)或匯流排實現等電位連接；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

23、避雷器作用將兩種地隔離，減少地線之間干擾。在有雷電時，隔離器啟動，使雷電流快速泄放。1、對現行國家標準規(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建筑物或構筑物接地 Rj4防靜電接地（要求串聯1M限流電阻接至安全保護地泄流排上）因此，在接地系統關聯技術處理上，應用引下線、均壓環(huán)或泄流排實現等電位聯接；地網地阻要求遵從最小原則按1設計地網。2、地網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，根據地網土壤電阻率等條件搭配使用，地網結構盡可能采用為星型網狀式。3、引

24、出線、斷接卡、泄流排根據現場情況及設備要求決定材料類型。4、信息網絡設備系統要求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）、開關電磁脈沖（SEMP）和其它故障電流，在雷擊和故障電流產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率，使接地體