弱電系統(tǒng)防雷解決方案上課講義

1、弱電系統(tǒng)防雷解決方案一、概述1、淺析弱電系統(tǒng)的雷電危害雷擊是一種自然現(xiàn)象， 它能釋放出巨大的能量、 具有極強大的破 壞能力。幾個世紀來，人類通過對雷擊破壞性的研究、探索，對雷電 的危害采取了一定的預防措施，有效地降低了雷害。近年來， 隨著微電子技術的不斷發(fā)展， 弱電系統(tǒng)在生產生活各個 方面的使用越來越廣， 人們在受益于微電子的極大方便的同時， 也受 到其一旦損壞就損失巨大的困擾。實際中，在增加弱電系統(tǒng)的時候， 往往對弱電系統(tǒng)的防雷未加考慮或考慮不夠的情況較多， 一旦有雷電 波侵入，設備損壞一般是巨大的，有的甚至使整個系統(tǒng)癱瘓，造成無 可挽回的損失。 分析這些類雷擊事故的主要原因是由于一次設備發(fā)

2、生雷擊后在弱電 設備造成的浪涌超過了設備承受的能力而損壞設備的， 浪涌的主要形 式是電源浪涌、 信號浪涌。 而這種浪涌在新建或擴建設備時又往往不 被重視，所以才會造成嚴重的損失。2、弱電系統(tǒng)雷害的主要原因分析雷電會導致多種不同形式的危害， 沒有任何一種辦法可以全面防 止雷電的危害， 通過各種有效的辦法可將雷害的程度降到最低， 在多 年的實際中人們對直擊雷、感應雷、球形雷的認識比較高，防護也相 對完善，但對雷電浪涌的防護意識和防護措施相對比較薄弱， 對弱電 系統(tǒng)的雷電浪涌考慮不夠造成的雷擊事件屢見不鮮。 主要的雷電形式 及雷害情況有以下幾種情況：(1) 直擊雷是指雷電直接擊在建筑物構架、 動植物

3、上， 因電效應、 熱效應和機械效應等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。(2) 感應雷是雷電在雷云之間或雷云對地放電時，在附近的戶外 傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線產生電磁感應并侵入設備， 使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設備遭到損害。 感應雷雖然沒有直接 雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。(3) 雷電浪涌是近年來由于微電子的不斷使用引起人們極大重視 的一種雷電危害形式， 同時其防護方式也不斷完善。 最常見的電子設 備危害不是由于直接雷擊引起的， 而是由于雷擊發(fā)生時在電源和通訊 線路中感應的電流浪涌引起的。 一方面由于電子設備內部結構高度集 成化，從而造成設備耐壓、耐過電流的水平下降，對雷

4、電 ( 包括感應 雷及操作過電壓浪涌 ) 的承受能力下降，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侵入。 浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄人電腦設備。 信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應雷 擊、電磁干擾、 無線電干擾和靜電干擾。金屬物體 （如電話線 ）受到這 些干擾信號的影響， 會使傳輸中的數(shù)據(jù)產生誤碼， 影響傳輸?shù)臏蚀_性 和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網絡的傳輸狀況。美國GE公司測定一般家庭、飯店、公寓等低壓配電線（110V）在10000h （約一年零 兩個月） 內在線間發(fā)生的超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數(shù)達 到800余次，其中超過1000V的就有300余次。這樣

5、的浪涌電壓完全 有可能一次性將電子設備損壞。3、弱電系統(tǒng)雷害的影響弱電系統(tǒng)的雷擊危害所帶來的影響是很嚴重的，如下圖所示：、弱電系統(tǒng)防雷設計依據(jù)GB50057-94建筑物防雷設計規(guī)范YD/T1235-2002通信局（站）低壓配電系統(tǒng)用電涌保護器YD/T5098-2001通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規(guī)范YD5078-98通信工程電源系統(tǒng)防雷技術規(guī)定YDJ26-89通信局（站） 接地設計暫行技術規(guī)范GA173-2002計算機信息系統(tǒng)防雷保安器GA267-2000計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護規(guī)范DL/T621-97交流電氣裝置的接地DL548-94電力系統(tǒng)通信站防雷運行管理規(guī)程IEC610

6、24建筑物防雷IEC61312雷電電磁脈沖的防護IEC61643連接至低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護器IEC60664低壓系統(tǒng)內設備的絕緣配合IEC 、ITU及UL有關標準及規(guī)范三、弱電系統(tǒng)的防雷措施我公司是一家專門從事現(xiàn)代防雷理論研究、 防雷產品研發(fā)生產制 造、防雷工程設計施工的專業(yè)防雷公司。根據(jù)多年來的防雷經驗，對 弱電系統(tǒng)的特點進行細致的分析，總結出以下措施：按照防護范圍可將弱電系統(tǒng)的防雷措施分為兩個部分進行： 外部 防護和內部防護。 其中外部防護主要是指對安裝有弱電系統(tǒng)的建筑物 本體的雷電防護（即直擊雷防護）；內部防護指在建筑物內部弱電系 統(tǒng)對過電壓的雷電防護（即感應雷防護）。如下圖所示：1、

7、弱電系統(tǒng)的外部防護：弱電系統(tǒng)的外部防護首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引人大地；其次是在將雷電流引人大地的時候盡量將雷電流分流， 避免造成過電壓危害設備； 第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋 可以作為不規(guī)則的法拉第籠， 起到一定的屏蔽作用， 如果建筑物中的 設備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號電路的電器，則需要加 裝專門的屏蔽網， 在整個屋面組成符合規(guī)范要求大小的網格， 所有均 壓環(huán)采用避雷帶等電位連接； 第四是建筑物各點的電位均衡， 避免由 于電位差危害設備； 第五是保障建筑物有良好的接地， 降低雷擊建筑 物時接點電位損壞設備。2、弱電系統(tǒng)的內部防護：從EMC電磁兼容）的觀點來看

8、，防雷保護由外到內應劃分為多級 保護區(qū)。最外層為 0 級，是直接雷擊區(qū)域，危險性最高，主要是由外 部（建筑）防雷系統(tǒng)保護， 越往里則危險程度越低。 保護區(qū)的界面劃分 主要通過防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構成的屏蔽層而形成， 從 0級保護區(qū)到最內層保護區(qū)， 必須實行分層多級保護， 從而將過電 壓降到設備能承受的水平。 一般而言， 雷電流經傳統(tǒng)避雷裝置后約有 50%是直接泄人大地，還有 50%將平均流人各電氣通道 （ 如電源線，信 號線和金屬管道等 ）。隨著電腦通信設備的大規(guī)模使用， 雷電以及操作瞬間過電壓造成 的危害越來越嚴重。 以往的防護體系已不能滿足電腦通信網絡安全的 要求。應從單純一維

9、防護轉為三維防護，包括：防直擊雷，防感應雷 電波侵入， 防雷電電磁感應， 防地電位反擊以及操作瞬間過電壓影響 等多方面作系統(tǒng)綜合考慮。 多級分級（類）保護原則：即根據(jù)電氣、微電子設備的不同功能及不同 受保護程序和所屬保護層確定保護要點作分類保護； 根據(jù)雷電和操作 瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到信號線路都應做多級層保護。2.1 電源部分的防雷措施 弱電設備的電源雷電侵害主要是通過線路侵入。 高壓部分有專用 高壓避雷裝置，電力傳輸線把對地的電壓限制到小于 6000V（1EEEEC62.41）而線對線則無法控制。所以，對 380V低壓線 路應進行過電壓保護， 按國家規(guī)范應有三部分： 建議在高壓變

10、壓器后 端到二次低壓設備的總配電盤間的電纜內芯線兩端應對地加防雷器， 作一級保護；在二次低壓設備的總配電盤至二次低壓設備的配電箱間 電纜內芯線兩端應對地加裝防雷器，作二級保護；在所有重要的、精 密的設備以及UPS的前端應對地加裝避雷器或保護器，作為三級保 護。目的是用分流 （限幅） 技術即采用高吸收能量的分流設備 （避雷器 ） 將雷電過電壓 （脈沖） 能量分流泄人大地，達到保護目的，所以，分流 （限幅） 技術中采用防護器的品質、 性能的好壞是直接關系網絡保護的 關鍵，因此，選擇合格優(yōu)良的避雷器或保護器至關重要。2.2 信號部分的防雷措施對于信息系統(tǒng)， 應分為粗保護和精細保護。 粗保護量級根據(jù)所

11、屬 保護區(qū)的級別確定， 精細保護要根據(jù)電子設備的敏感度和重要性來進 行確定。在重要設備和敏感設備的前端安裝相應的避雷器。2.3 等電位連接及接地處理 均衡弱電系統(tǒng)各設備設施間的電位差對其防護來說是至關重要的，另外一定要有一個良好的接地系統(tǒng)， 因所有防雷系統(tǒng)都需要通過 接地系統(tǒng)把雷電流泄人大地， 從而保護設備和人身安全。 如果機房接 地系統(tǒng)做得不好，不但會引起設備故障，燒壞元器件，嚴重的還將危 害工作人員的生命安全。 另外還有防干擾的屏蔽問題， 防靜電的問題 都需要通過建立良好的接地系統(tǒng)來解決。3、弱電系統(tǒng)的接地措施：一個良好的接地系統(tǒng)是保護人身、 設備安全、 系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重 要保證，也是防雷

12、系統(tǒng)的重要基礎。 在電子計算機房防雷設計規(guī)范(GB 50174-93中，第643條明確提出：交流工作接地、安全保 護接地、直流工作接地、防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置， 其接地電阻按其中最小值確定； 若防雷接地單獨設置接地裝置時， 其 余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應大于其中最小值， 并應按現(xiàn)行國標建筑防雷設計規(guī)范要求采取防止反擊措施。接地是避雷技術最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應雷、或其他 形式的雷，最終都是把雷電流送入大地。 接地電阻越小， 散流就越快， 被雷擊物體高電位保持時間就越短， 危險性就越小。 對于場地的接地 電阻要求W 4歐姆，并且采取共用接地的方法將避雷接地

13、、電器安全 接地、交流地、 直流地統(tǒng)一為一個接地裝置。如有特殊要求設置獨立 地，則應在兩地網間用地極保護器連接，這樣，兩地網之間平時是獨 立的，防止干擾，當雷電流來到時兩地網間通過地極保護器瞬間連通， 形成等電位連接?？偨Y來說， 弱電系統(tǒng)的防雷問題是一個綜合性的工作， 尤其是弱電系統(tǒng)的雷電浪涌防護還重視不夠，也常常由其而引起設備的損壞，所以在完善弱電系統(tǒng)外部防護的同時，要加強弱電系統(tǒng)的內部防護， 建議加強以下幾方面的工作；(1) 首先要完善弱電外部雷電防護，將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散。(2) 其次要阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號線引入的過電壓波。(3) 第三限制鉗位被保護設備上浪涌過壓過流

14、幅值在設備可承受的范圍。四、應用實例1 、某公司辦公區(qū)的防雷： 一般辦公區(qū)防雷，一般指：僅針對有限區(qū)域進行防護，辦公大樓 主體防護另論。根據(jù)貴公司要求， 主要針對辦公區(qū)各種通用辦公設備、 安防設備等進行防雷保護。主要從兩個方面加以防護：1.1 、電源系統(tǒng)針對獨立辦公區(qū)域的電源開關盒位置， 應該做兩級防護 (視大樓整體 已做直擊雷防護為前提)，可選用 40KA 三相/單相交流電源防雷器， 根據(jù)辦公區(qū)域實際供電情況來選擇， 一般均為三相供電， 型號分別為：TP40B/4 （三相）。對于辦公區(qū)域內貴重設備/重要設備/獨立于辦公 區(qū)域外的設備，如：各種專用貴重設備、服務器、獨立于辦公區(qū)域之 外的監(jiān)控器

15、 /攝像頭 /防盜告警感應器等，應考慮單獨做一級電源防 護，產品選型同上，一般為單相電源供電，選用單相交流電源防雷器 （型號： TP20B/2）。1.2 、信號系統(tǒng)如信息系統(tǒng)計算機網絡系統(tǒng)， 通訊系統(tǒng)信號， 安防系統(tǒng)各類 信號等等。從各種系統(tǒng)角度細分，一般有：1.2.1 信息系統(tǒng)離開有限辦公區(qū)域的一切進出線，均應考慮做防雷保護，如進 / 出戶電腦網線，或DDN專線、ADSL專線、電話線MODE線路，主要 選用產品有：網絡信號防雷器（型號：TS05H/J4）； DDN專線防雷保 護器（型號：TS180L/R2； ADSL專線、電話線一般用音頻信號防雷 器（型號： TS180L/R2）。1.2.2

16、 通訊系統(tǒng)主要針對辦公區(qū)域內（電話）用戶交換機的外線進行防雷保護，主要選用產品有：單口音頻信號防雷器（型號：TS180L/R2 ;多口音頻信號防雷箱，有 8 口音頻信號防雷箱（型號： TS180L/B8R2）； 16 口音頻信號防雷箱（型號： TS180L/B16R2）。1.2.3 安防系統(tǒng)（包括視頻監(jiān)控、防盜告警系統(tǒng)等）視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對每一臺監(jiān)控器，以及監(jiān)控主機，進行電源、信號防 雷保護，一般每臺設備需選用一只單相交流電源防雷器（型號： TP20B/2）;每一個視頻口（主機、監(jiān)控器/攝像頭側均需要）安裝一 只視頻信號防雷器（型號：TS05L/BNC ;對于有控制線的監(jiān)控器與 主機間各需安裝一

17、只 控制線信號防 雷器（ 型號： TS05L/P2 或 TS05L/P4）。防盜告警系統(tǒng)，一般情況，主要針對，防盜告警系統(tǒng)輸 出線路（如告警用電話線路等）;設于獨立辦公區(qū)域之外的感應器進 戶線，以及其自身的電源和信號線應進行防雷保護。 防雷產品選用同 上（視頻監(jiān)控系統(tǒng)），信號部分一般僅選用控制線信號防雷器。防雷措施的實施：對于一切防雷設備， 一般必須做有效防雷接地， 方可保障防雷保 護效果?！敖拥嘏c等電位連接”，對于防雷保護而言是關鍵性環(huán)節(jié)。 一般有兩種做法： 做完整的合乎標準要求的獨立的接地系統(tǒng); 或僅針 對有限辦公區(qū)域，做閉合式均壓環(huán)路以進行等電位連接，同時，將閉 合式均壓環(huán)路與辦公大樓主

18、結構鋼筋有效連接。 其次，才是防雷器的 標準的、有效的安裝。防雷措施的實施，一般應由專業(yè)人員來完成！ 雷電來臨時高處云層中含有大量的電荷， 而現(xiàn)在城市中高樓林 立極易遭受雷擊， 因此各樓都裝有避雷針以泄流雷電能量， 避免雷擊 損害，避雷針從 200 多年前富蘭克林發(fā)明至今基本沒有什么大變化，但其造型已變得各式各樣豐富多樣，適用各類功能及用途不同的避雷 針也應有盡有，為此在安裝避雷針前應了解其特性以便啟到良好的防 雷效果。現(xiàn)在市場上避雷針的類型有：空中放電型避雷針、架空輸電線路防繞 擊先導避雷針、 雷電、雷擊及避雷針的原理演示器、輸電線路阻尼 式防繞擊避雷針、感應避雷針、輸電線路阻尼式防繞擊避雷針、架空 輸電線路防繞擊避雷針、優(yōu)化避雷針、頭部均壓式新型避雷針、升降 式避雷針、抱箍式避雷針頭部均壓環(huán)、降壓式避雷針、斷續(xù)式脈沖電 暈放電避雷針、新型避雷針、避雷針式椰樹形路燈、新型帶橡膠墊的 架空輸電線路防繞擊避雷針、架空輸電線路防繞擊雷避雷針、折疊式 場變放電避雷針、帶有利用沿絕緣