計(jì)算機(jī)場(chǎng)地防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、計(jì)算機(jī)場(chǎng)地防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案計(jì)算機(jī)場(chǎng)地防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案隨著供電企業(yè)生產(chǎn)、管理等自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量日益增加，在供電企業(yè)中的功能地位越來越突出。自然界中的雷電是非常普遍的，而雷災(zāi)是計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的致命殺手，信息系統(tǒng)落雷后，不只是硬件的損壞，一些軟件和數(shù)據(jù)資料的損壞所造成的損失是不可估計(jì)的。針對(duì)電子設(shè)備日益廣泛的應(yīng)用，防雷技術(shù)也在不斷更新發(fā)展，若仍采用舊的防雷觀念或技術(shù)必將導(dǎo)致更大的災(zāi)禍和損失。所以計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)采取全面的防雷措施，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行綜合防御。本方案的目的是提出一套完整而易于操作的防雷設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案，在計(jì)算機(jī)機(jī)房的建設(shè)與改造中予以參考。本方案的設(shè)計(jì)依據(jù)：I

2、EC1312雷電電磁脈沖的防護(hù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范VDE0675過電壓保護(hù)器GA173-1998計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器GB-50174-93計(jì)算機(jī)房防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB2887-89計(jì)算機(jī)場(chǎng)地技術(shù)條件1 雷擊的危害通常所謂的雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛的放電。云層對(duì)大地的放電，則對(duì)建筑物、電子電氣設(shè)備和人、畜危害甚大，這是電氣防雷設(shè)計(jì)的主要對(duì)象。雷擊的危害主要有四個(gè)方面：（1）直擊雷帶電的云層對(duì)大地上的某一點(diǎn)發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象，稱為直擊雷。它的破壞力十分巨大，若不能迅速將其瀉放入大地，將導(dǎo)致放電通道內(nèi)的物體、建筑物、設(shè)施、人

3、畜遭受嚴(yán)重的破壞或損害火災(zāi)、建筑物損壞、電子電氣系統(tǒng)摧毀，甚至危及人畜的生命安全。（2）雷電波侵入雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是對(duì)布放在建筑物外部的線纜放電。線纜上的雷電波或過電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴(kuò)散，侵入并危及室內(nèi)電子設(shè)備和自動(dòng)化控制等各個(gè)系統(tǒng)。因此，往往在聽到雷聲之前，我們的電子設(shè)備、控制系統(tǒng)等可能已經(jīng)損壞。（3）感應(yīng)過電壓雷擊在設(shè)備設(shè)施或線路的附近發(fā)生，或閃電不直接對(duì)地放電，只在云層與云層之間發(fā)生放電現(xiàn)象。閃電釋放電荷，并在電源和數(shù)據(jù)傳輸線路及金屬管道金屬支架上感應(yīng)生成過電壓。雷擊放電于具有避雷設(shè)施的建筑物時(shí)，雷電波沿著建筑物頂部接閃器（避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或避雷針）、引下

4、線泄放到大地的過程中，會(huì)在引下線周圍形成強(qiáng)大的瞬變磁場(chǎng)，輕則造成電子設(shè)備受到干擾，數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；嚴(yán)重時(shí)可引起元器件擊穿及電路板燒毀，使整個(gè)系統(tǒng)陷于癱瘓。（4）地電位反擊如果雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或設(shè)施，接地網(wǎng)的地電位會(huì)在數(shù)微秒之內(nèi)被抬高數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)伏。高度破壞性的雷電流將從各種裝置的接地部分，流向供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，或者擊穿大地絕緣而流向另一設(shè)施的供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，從而反擊破壞或損害電子設(shè)備。同時(shí)，在未實(shí)行等電位連接的導(dǎo)線回路中，可能誘發(fā)高電位而產(chǎn)生火花放電的危險(xiǎn)。由于計(jì)算機(jī)設(shè)備的信號(hào)電壓只有510伏，電磁兼容能力較差，很容易感受脈沖過電壓的襲擊，

5、它受雷擊的概率又比較高，受雷電損壞的可能性就大。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)節(jié)多、接口多、線路長(zhǎng)等原因，給雷電的耦合提供了條件。系統(tǒng)的電源進(jìn)線接口，信號(hào)輸入輸出接口，接口的線路較長(zhǎng)等是感應(yīng)脈沖過電壓容易侵人的原因，也是過電壓波侵入的主要通道。2 綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 綜合防雷設(shè)計(jì)的六大要素防雷設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜的問題，不可能依靠一、二種先進(jìn)的防雷設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應(yīng)過電壓的影響，必須針對(duì)雷害入侵途徑，對(duì)各類可能產(chǎn)生雷擊危害的因素進(jìn)行綜合防護(hù)，才能將雷害減少到最低限度。這種綜合防護(hù)主要包括接閃、分流（保護(hù)）、均壓、屏蔽、接地、合理布線，統(tǒng)稱為綜合防雷六大要素。（1）接閃接閃就是讓在一定程度

6、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(shè)計(jì)的防雷系統(tǒng)的規(guī)定通道，將雷電能量泄放到大地中去。（2）分流（保護(hù)）這是現(xiàn)代防雷技術(shù)迅猛發(fā)展的重點(diǎn)，是保護(hù)各種電子設(shè)備或電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵措施。所謂分流就是在一切從室外來的導(dǎo)體（包括電力電源線、數(shù)據(jù)線、電話線或天饋線等信號(hào)線）與防雷接地裝置或接地線之間并聯(lián)一種適當(dāng)?shù)谋芾灼鱏PD，當(dāng)直擊雷或雷擊效應(yīng)在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿這些導(dǎo)線進(jìn)入室內(nèi)或設(shè)備時(shí)，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態(tài)，雷電電流就由此處分流入地了。雷電流在分流之后，仍會(huì)有少部份沿導(dǎo)線進(jìn)入設(shè)備，這對(duì)于一些不耐高壓的微電子設(shè)備來說是很危險(xiǎn)的，所以對(duì)于這類設(shè)備在導(dǎo)線進(jìn)入機(jī)殼前

7、，應(yīng)進(jìn)行多級(jí)分流（即不少于三級(jí)防雷保護(hù)）。（3）均壓指使建筑物內(nèi)的各個(gè)部位都形成一個(gè)相等的電位，即等電位。若建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋與各種金屬設(shè)置及金屬管線都能連接成統(tǒng)一的導(dǎo)電體，建筑物內(nèi)當(dāng)然就不會(huì)產(chǎn)生不同的電位，這樣就可保證建筑物內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生反擊和危及人身安全的接觸電壓或跨步電壓，對(duì)防止雷電電磁脈沖干擾微電子設(shè)備也有很大的好處。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物最具備實(shí)現(xiàn)等電位的條件，因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋的大部分都是自然而然地焊接或綁扎在一起的。為滿足防雷裝置的要求，應(yīng)有目的地把接閃裝置與梁、板、柱和基礎(chǔ)可靠地焊接、綁扎或搭接在一起，同時(shí)再把各種金屬設(shè)備和金屬管線與之焊接或卡接在一起，這就使整個(gè)建筑物成為良好的等

8、電位體。（4）屏蔽屏蔽的主要目的是使建筑物內(nèi)的通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)、精密儀器以及自動(dòng)控制系統(tǒng)免遭雷電電磁脈沖的危害。建筑物內(nèi)的這些設(shè)施，不僅在防雷裝置接閃時(shí)會(huì)受到電磁干擾，而且由于它們本身靈敏性高且耐壓水平低，有時(shí)附近打雷或接閃時(shí)，也會(huì)受到雷電波的電磁輻射的影響，甚至在其他建筑物接閃時(shí)，還會(huì)受到從該處傳來的電磁波的影響。因此，我們應(yīng)盡量利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋，使其構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)籠，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽。（5）接地接地就是讓已經(jīng)流入防雷系統(tǒng)的閃電電流順利地流入大地，而不能讓雷電能量集中在防雷系統(tǒng)的某處對(duì)被保護(hù)物體產(chǎn)生破壞作用，良好的接地才能有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。過去的一些

9、舊規(guī)范要求電子設(shè)備單獨(dú)接地，目的是防止電網(wǎng)中雜散電流干擾設(shè)備的正常工作。但現(xiàn)在，防雷工程設(shè)計(jì)已不提倡單獨(dú)接地，而是更多的與防雷接地系統(tǒng)共用接地裝置，但接地電阻要由原來的小于4減少到1。我國(guó)的現(xiàn)用的規(guī)范規(guī)定，如果電子設(shè)備接地裝置采用專用的接地系統(tǒng)，則其與防雷接地系統(tǒng)的地中距離要大于20m。防雷接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，也是防雷安裝驗(yàn)收規(guī)范中最基本的安全要求。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來。（6）合理布線指如何布線才能獲得最好的綜合效果。在防雷設(shè)計(jì)中，必須考慮防雷系統(tǒng)與照明、電話、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管線的關(guān)系。為了保證在防雷裝置接閃時(shí)這些管線不受影響，首先，應(yīng)該將這些電線穿于金屬管內(nèi)，

10、以實(shí)現(xiàn)可靠的屏蔽；其次，應(yīng)該把這些線路的主干線的垂直部分設(shè)置在建筑物的中心部位，且避免靠近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應(yīng)的范圍。除考慮布線的部位和屏蔽外，還應(yīng)在需要的線路上加裝避雷器、壓敏電阻等浪涌保護(hù)器。2.2 綜合防雷設(shè)計(jì)分類根據(jù)以上綜合防雷六要素可以把現(xiàn)代防雷保護(hù)分為外部防雷保護(hù)(建筑物或設(shè)施的直擊雷防護(hù))和內(nèi)部防雷保護(hù)(雷電電磁脈沖的防護(hù))兩部份，外部防雷系統(tǒng)主要是為了保護(hù)建筑物免受直接雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故，而內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電波侵入、雷擊感應(yīng)過電壓以及地電位反擊電壓侵入設(shè)備造成的毀壞，這是外部防雷系統(tǒng)無(wú)法保證的。2.2.1 外部防雷系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)如上面所述外部防雷主

11、要是指防止建筑物或設(shè)施（含室外獨(dú)立電子設(shè)備）免遭直擊雷的危害，其技術(shù)措施有接閃器、引下線、接地體等幾種。下面分別闡述它們的類別和具體設(shè)計(jì)。2.2.1.1接閃器接閃器是避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)以及用作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等的總稱。功能是把接引來的雷電流，通過引下線和接地裝置向大地中泄放，以保護(hù)建筑物免受雷害。現(xiàn)在常用的接閃器有避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)等幾種。（1）避雷針避雷針是靠把雷雨云所帶的異種電荷引導(dǎo)到自身上來，通過良好的接地裝置，把雷電流泄入大地，保護(hù)建筑物不受雷擊的一種金屬裝置。（2）避雷帶(線)房屋建筑屋頂周圍，用扁平的金屬帶做接閃的方法稱之為避雷帶，它是由避雷線改進(jìn)而來。

12、特別是大面積的建筑，它的保護(hù)范圍大而有效，這是避雷針?biāo)鶡o(wú)法比的。避雷帶一般采用扁鋼制作，如果同時(shí)還有避雷針，則避雷針應(yīng)與避雷帶相互連接。（3）避雷網(wǎng)避雷網(wǎng)是指利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)作為雷電保護(hù)的方法，也叫做暗裝避雷網(wǎng)。暗裝避雷網(wǎng)是把最上層屋頂作為接閃設(shè)備。建筑物頂上往往有許多金屬突出物，都必須與避雷網(wǎng)焊成一體做接閃裝置。2.2.1.2引下線連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體稱為引下線?，F(xiàn)代建筑多利用建筑物的柱筋作避雷引下線，它還比專門引下線有更多的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橹摻钆c梁、樓板的鋼筋都是連接在一起的，和接地網(wǎng)絡(luò)形成了一個(gè)整體的"法拉第"籠，它們處于等電位狀態(tài)，雷電流會(huì)很快被分

13、散掉，可以避免反擊和旁側(cè)閃擊的現(xiàn)象發(fā)生。為便于檢查避雷設(shè)施連接導(dǎo)體的導(dǎo)電情況和接地體的散流電阻，要在建筑物四周的引下線上做斷接卡子，斷接卡子距地面最高為1.8M。當(dāng)利用混凝土柱鋼筋做引下線時(shí)，因?yàn)槭菑纳隙逻B接一體，因此不能設(shè)置斷接卡子測(cè)試接地電阻。需在柱內(nèi)做為引下線的鋼筋上，距室外地面0.5m處的柱子外側(cè)，另焊一根圓鋼(10)引至柱外側(cè)的墻體上，做為防雷測(cè)試點(diǎn)。每根引下線處的沖擊接地電阻不能大于5。2.2.1.3接地體接地裝置應(yīng)優(yōu)先利用建筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋。有鋼筋混凝土地梁時(shí)，應(yīng)將地梁內(nèi)鋼筋連成環(huán)形接地裝置；沒有鋼筋混凝土地梁時(shí)，也可在建筑物周邊無(wú)鋼筋的閉合條形混凝土基礎(chǔ)內(nèi)，用40x

14、4mm鍍鋅扁鋼直接敷設(shè)在槽坑外沿，形成環(huán)形接地。 當(dāng)將變壓器和柴油發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)工作接地、電氣保護(hù)接地和弱電系統(tǒng)工作接地等共用接地裝置時(shí)，接地電阻值應(yīng)不大于1。 采用共用接地裝置時(shí)，弱電系統(tǒng)應(yīng)將各自設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)與建筑物絕緣的接地端子，用25mm2以上的銅芯電纜或?qū)Ь€穿焊接鋼管做單獨(dú)的引下線，在建筑物基礎(chǔ)處與接地板相連。弱電系統(tǒng)一般要求接地電阻不大于4，如若設(shè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)，其與防雷接地系統(tǒng)的距離要大于20m。2.2.2 內(nèi)部防雷系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)構(gòu)筑和作用于建筑物內(nèi)部的防雷工程稱為內(nèi)部防雷工程，其系統(tǒng)就是內(nèi)部防雷系統(tǒng)。建筑物內(nèi)部防雷工程涉及面較寬，面對(duì)的是包括感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷和因線路上浪涌高電壓所造成電

15、網(wǎng)波動(dòng)在內(nèi)的眾多損害，歸納起來危害最大的主要方面是高電壓的引入。高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導(dǎo)到室內(nèi)或其他地方造成破壞的雷害現(xiàn)象。高電壓引入的電源有三種：其一是直擊雷直接擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)，即雷電波侵入；第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即感應(yīng)過電壓；第三是地電位反擊，這種反擊會(huì)沿著電力系統(tǒng)的零線，保護(hù)接地線和各種形式的接地線，以波的形式傳入室內(nèi)或傳播到更大的室內(nèi)范圍，造成大面積的危害。針對(duì)以上三種雷害內(nèi)部防雷系統(tǒng)主要有屏蔽、安裝防雷器SPD和等電位連接等三種措施。屏蔽措施已經(jīng)在防雷設(shè)計(jì)六大要素中有所闡述，下面主要闡述防雷器SPD設(shè)計(jì)安裝和等電位

16、連接。2.2.2.1 防雷器SPD設(shè)計(jì)安裝SPD中文簡(jiǎn)稱電涌保護(hù)器，又稱浪涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器主要是指抑制傳導(dǎo)來的線路過電壓和過電流的裝置。它的組成器件主要包括放電間隙、壓敏電阻、二極管、濾波器等。根據(jù)構(gòu)成組件和使用部位的不同，電涌保護(hù)器可分為電壓開關(guān)型SPD、限壓型SPD和組合型SPD。而根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合分類，電涌保護(hù)器又可分成電力系統(tǒng)SPD和信息系統(tǒng)SPD。依照建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50057-94 2000）和建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范GB50343-2004，應(yīng)采取分級(jí)保護(hù)、逐級(jí)泄流的原則。其具體設(shè)計(jì)做法：一是在大樓電源的總進(jìn)線處安裝放電電流較大的一級(jí)電源避雷器，這里一般要用三相電壓

17、開關(guān)型SPD；二是在重要樓層或重要設(shè)備電源的進(jìn)線處加裝二或三級(jí)電源避雷器，一般用限壓型SPD；三是在末端配電處安裝四級(jí)或稱為末端電源避雷器，一般用限壓型SPD。究竟要使用幾級(jí)SPD，可以有建筑防雷等級(jí)確定。一般一類防雷建筑需要四級(jí)；二類需要三級(jí)；三類需要二級(jí)。為了確保遭受雷擊時(shí)，高電壓首先經(jīng)過一級(jí)電源避雷器，然后再經(jīng)過二、三級(jí)或末級(jí)電源避雷器，一級(jí)電源避雷器和二級(jí)電源避雷器之間的距離要大于10米，如果兩者間距不夠，可采用帶線圈的防雷箱，這樣可以避免二級(jí)或三級(jí)電源避雷器首先遭受雷擊而損壞。對(duì)于無(wú)人值守場(chǎng)合，可選用帶有遙信觸點(diǎn)的電源SPD；對(duì)于有人值守場(chǎng)合，可選用帶有聲光報(bào)警之電源SPD。這里有三

18、個(gè)需要注意的地方：一是電涌保護(hù)器與母排連接的導(dǎo)線要短而直，長(zhǎng)度不能超過5m，連接線過長(zhǎng)可能導(dǎo)致上級(jí)SPD還沒分流，電涌就串到下級(jí)SPD處，導(dǎo)致下級(jí)SPD一下子被燒毀；二是SPD安裝線路上應(yīng)該裝有過電流保護(hù)器，原因是為了防止因SPD老化而造成短路。這里的過電流保護(hù)器主要使用斷路器，按一般經(jīng)驗(yàn)做法，二級(jí)SPD上的斷路器整定電流選40A，三級(jí)SPD上的斷路器整定電流選32A，末級(jí)SPD上的斷路器整定電流選25A，而一級(jí)SPD無(wú)需裝設(shè)，因?yàn)橐患?jí)SPD使用電壓開關(guān)型SPD，其內(nèi)部已有自帶的過電流保護(hù)器。三是各個(gè)SPD都需要與接地裝置之間進(jìn)行等電位連接。對(duì)于通信SPD在選型時(shí)應(yīng)考慮SPD與電子設(shè)備的相容性

19、。通信SPD應(yīng)滿足信號(hào)傳輸帶率、工作電平、網(wǎng)絡(luò)類型的需要，同時(shí)接口應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備兼容。通信SPD由于串接在線路中，在選用時(shí)應(yīng)選用插入損耗較小的SPD。以下是應(yīng)用在本方案中的防雷模塊配置一覽表：序號(hào)保護(hù)設(shè)備/安裝位置說明備注電源部分1機(jī)房主配電柜三相電壓開關(guān)型SPD三相四線2UPS配電柜限壓型SPD三相四線3關(guān)鍵設(shè)備前端限壓型SPD一拖三型(三孔)通信網(wǎng)絡(luò)部分4電話、調(diào)制解調(diào)器通信線號(hào)防雷器RJ11型接口5服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、集線器100M以太網(wǎng)類型防雷器RJ45接口6綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備ISDN設(shè)備防雷器RJ45接口7數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DDN接入設(shè)備)DTU高速M(fèi)odem防雷器RJ11接口8衛(wèi)星接收

20、機(jī)衛(wèi)星同軸接口電纜防雷器N、BNC型接口9局域網(wǎng)卡電纜保護(hù)器RJ45接口10網(wǎng)卡保護(hù)器N型接口其它11防止地電位反擊地極保護(hù)器2.2.2.2 等電位連接等電位連接是綜合防雷系統(tǒng)中的最重要的一項(xiàng)基本措施。GB5005794 2000版里強(qiáng)調(diào)了等電位連接在內(nèi)部防雷中的作用。等電位連接是為減小在需要防雷的空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、爆炸、生命危險(xiǎn)的一項(xiàng)很重要的措施，特別是在建筑物內(nèi)部防雷空間防止發(fā)生生命危險(xiǎn)的最重要的措施。建筑物的等電位連接設(shè)計(jì)主要有以下幾種：（1）總等電位連接和局部等電位連接總等電位連接MEB的作用在于降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險(xiǎn)故障電壓的危害，它主要通過進(jìn)線配電箱近旁的總等電位聯(lián)結(jié)端子板(接地母排)將下列導(dǎo)電部分互相連通：進(jìn)線配電箱的PE(PEN)母排；公用設(shè)施的金屬管道；建筑物金屬結(jié)構(gòu)；如果做了人工接地，也包括其接地極引線。