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1、X XXXXX机房防雷设计方ri案第一章 概 述雷击是年复一年的严重自然灾害之一。随着我国现代化建设的不断提高，通 信及数据设备越来越多，规模越来越大。一方面大型电子计算机网络，程控交换 机组等系统设备耐过电流，耐雷电压的水平越来越低，另一方面由于信号来源路 径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。据统计， 雷电对电子设备的损坏占设备损坏因素的比例高达 33%，防雷电及过电压已成为 具有时代特点的一项迫切要求。众所周知，雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达 数十万安培。高度 200m 的雷电闪击电流 100KA 时，雷电闪电产生的闪电电磁 脉冲电磁辐
2、射半径在2km内，对电力、电子线路产生的感应电流约为800A/米， 电磁波变化磁场强度为0.03-0.3高斯，仅0.03高斯能量就会损坏微机及自动控制 的芯片、传感器探头和磁盘存储数据；雷电脉冲电压达到2000伏（820us）时， 目前现有半导体，集成电路的晶片是无法抗御的，因此非常有必要安装相应的防 雷保护设备。雷击所造成的破坏性后果体现于下列四种层次：1）建筑物毁坏及 引起火灾； 2）设备损坏，人员伤亡； 3）设备或元器件寿命降低； 4）传输或储 存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而 暂时瘫痪或整个系统停顿。目前，世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的
3、避雷针防雷，用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。但是，随着现代 电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用和联网，避雷针对这些电子设备 的保护却显得无能为力。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电 波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。对于雷雨多发 地区，计算机房必须设计、安装防雷系统装置进行保护。第二章 方案设计说明2-1、雷电的全面防护： 系统防雷是一项综合性工程，其目的主要如下：1、解决不同系统之间因电磁兼容问题产生的浪涌电压、干扰电压，传输抑 制等问题，提高传输质量；2、实现供电系统、供电设备防感应雷击，防雷电波入侵，消除短路故障电 流和开关电磁脉
4、冲（SEMP）的危害；3、实现供配电系统、低压配电系统、UPS电源、微机网络及通信设备的接地安全，接地装置的等电位联接；4、实现消除静电（ESD）危害；5、通过加装避雷针等防止直击雷危害，通过加装避雷器消除通信线路、微 机设备、监控设备、闭路电视等设备感应雷电的危害；6、防止雷击或过电压造成人员伤亡。具体实施主要包括外部防雷（直击雷）和内部防雷（感应雷）两个方面:外部防雷包括：避雷针、避雷带、引下线、接地装置（接地电阻4 欧姆） 等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑 物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄放入大地。内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员
5、的安全而设置的。主要以 空间屏蔽、等电位连接、减少接近耦合、安全距离、过电压保护等措施，通过在 需要保护设备的前端安装合适的避雷器进行过电压保护，使设备、线路与大地形 成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设 施所感应到的雷电流得以安全泄放入地。雷电的全面防护图见下图所示：屏蔽隔离外部电涌防护 雷击电磁脉冲安全距离等电位连接接地装置引下线1EC1O24 系列2-2、雷电防护区的划分心GB50057-MJEC61312 系列IEC60364- (4. 5)系列IEC61643 系列(LEHP)按照IEC1312-1及GB50057-94要求，应将要保护的空间划分为不
6、同的防雷 区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电 位连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区 的特征。防雷区宜按以下分区：1、LPZ OA 区：直击雷非防护区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导 走全部雷电流；本区内的电磁场没有衰减。2、LPZ OB 区：直击雷防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本 区内的电磁场没有衰减。3、LPZ 1区：屏蔽防护区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导 体的电流比 LPZ OB 更小；本区内的电磁场可能衰减，这取决于屏蔽措施。4、LPZ 2 区等：后续防雷区，当需要进一步减小导入的电
7、流和电磁场时，应 引入后续雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条 件。通常，防雷区的数越高电磁环境的参数越低。第三章 方案设计思想3-1、直击雷的外部防护措施虽然有不少专家学者在努力的研究有效的防止直击雷的方法，但直到今天我 们还是无法阻止雷击的发生。实际上现在公认的防直击雷的方法仍然是 200 多年 前富兰克林先生发明的避雷针。A、接闪器避雷针及其变形产品避雷线、避雷带、避雷网等统称为接闪器。历史上对接 闪器防雷原理的认识产生过误解。当时认为：避雷针防雷是因为其尖端放电综合 了雷云电荷从而避免了雷击发生，所以当时要求避雷针顶部一定要是尖端，以加 强放电能力。后来的研究表
8、明：一定高度的金属导体会使大气电场畸变，这样雷 云就容易向该导体放电，并且能量越大的雷就越易被金属导体吸引。这样接闪器 的防雷是因为将雷电引向自身而防止了被保护物被雷电击中。现在认为任何良好 接地的导体都可能成为有效的接闪器，而与它的形状没有什么关系。为了降低建筑被雷击的概率，宜优先采用避雷网、作为建筑物的接闪器，如 果屋面有天线等通信设施可在局部加装避雷针保护，这样接闪器的高度不会太 高，不会增大建筑的雷击概率。按三类防雷建筑物标准，避雷网的网格尺寸应不 大于20mX20m，避雷针应与避雷网可靠连接。如果采用优化型避雷针更好的保 护建筑物。B、引下线引下线的作用是将接闪器接闪的雷电流安全的导
9、引入地，引下线不得少于两 根，并应沿建筑物四周对称均匀的布置，三类防雷建筑物引下线的间距不大于 25 米，引下线接长必须采用焊接，引下线应与各层均压环焊接，引下线采用 10 毫米的圆钢或相同面积的扁钢。对于框架结构的建筑物，引下线应利用建筑物内 的钢筋作为防雷引下线。采用多根引下线不但提高了防雷装置的可靠性，更重要的是多根引下线的 分流作用可大大降低每根引下线的沿线压降，减少侧击的危险。其目的是为了 让雷电流均匀入地，便于地网散流，以均衡地电位。同时，均匀对称布置可使 引下线泻流时产生的强电磁场在引下线所包围的建筑物内相互抵消，减小雷击 感应的危险。C、接地体接地体是指埋在土壤中起散流作用的导
10、体，接地体应采用镀锌钢材：钢管 直径大于 50 毫米，壁厚大于 3.5 毫米；角钢 不小于40X40X4毫米扁钢不小于40X4毫米。应将多根接地体连接成地网，地网的布置应优先采用环型地网，引下线应连 接在环型地网的四周，这样有利于雷电流的散流和内部电位的均衡。垂直接地体 一般长为 1.5-2.5 米，埋深0.8米，地极间隔5 米，水平接地体应埋深1 米，其 向建筑物外引出的长度一般不大于 50 米。钢架结构的建筑应采用建筑物基础钢筋做接地体。/SoOKA5KA毎线5KA/n通信网络 系统5%左右管道系统50KA号源系统1卸50KA3-2、直击雷电流在电源系统的分配：根据 GB50057-94
11、的标准对直击雷电流分类第一类200KA10/350us第二类150KA10/350us第三类100KA10/350us如上图所示：一个能量为 100KA 的直击雷，由整个系统的电源、管线、地网、通信网络线 来分担。以一栋建筑的防雷来讲，电源部分承担其中近45% (100KA),以三相四 线为例，每线承担大约有25KA(10/350us)的雷电流。地网和通信线路承担剩余 55%的雷电流。由此可见，电源系统对直击雷的防护非常关键。由此可见，直击雷的内部防护措施应选用10/350us冲击雷电流的开关型SPD产品。另外，对于个别架空线引入的传导雷，也应采用上述一级防护措施。 3-3、感应雷的防护前面已
12、提到感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，其实感 应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：在雷云中的电荷积聚 时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放， 而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就在电路 中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生 强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明：静电 感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。感应雷可以通过电力电缆、视频线、网络线和天馈线等侵入，由于电力电缆 的距离长且对雷电波的传输损耗小，所以由电源侵入的感应雷造成的危害
13、十分突 出，按原邮电部的统计约占了雷击事故的80%。因此，对建筑物内的系统设备进 行感应雷防护时，电源是重点。感应雷还可以通过空间感应侵入通信站的内部线路，虽然经过建筑物和机壳 的屏蔽衰减后其能量大为减小，但站内许多电信设备的抗过压能力也很弱，如果 处理不当也可能造成设备故障。(4)接地汇集线的布置接地汇集线(汇流排)应布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地连接 线最短，各楼层的分汇集线应直接与楼底的总汇集线相连，这样能保证实现单点接地方式，当楼层高于 30 米时，高于30 米部分的分汇集线应与建筑物均压环相 连，以防止侧击。（ 5）等电位连接 各种系统的防雷要求种类很多，但其防雷思想是一致
14、的，就是努力实现等电 位。绝对的等电位只是一个理想，实际中只能尽量逼近，目前是综合采用分流、 屏蔽、箝位、接地等方法来近似实现等电位。（见下图）LPZO:（6）电源避雷器的选择和应用原则 考虑到电源负荷电流容量较大，为了安全起见及使用和维护方便，数据通 信电源系统的多级防雷，原则上均选用并联型电源避雷器。电源避雷器的保护模式有共模和差模两方式。共模保护指相线-地 （L-PE 、 零线-地线（N-PE）间的保护；差模保护指相线-零线（L-N、相线-相线（L-L） 间的保护。对于低压侧第二、三、四级保护，除选择共模的保护方式外，还应尽 量选择包括差模在内的保护。残压特性是电源避雷器的最重要特性，残
15、压越低，保护效果就越好。但考虑 到我国电网电压普遍不稳定、波动范围大的实际情况，在尽量选择残压较低的电 源避雷器的同时。还必须考虑避雷器有足够高的最大连续工作电压。如果最大连 续工作电压偏低，则易造成避雷器自毁。电源系统低压侧有一、二、三级不同的保护级别，应根据保护级别的不同， 选作合适标称放电电流（额定通流容量）和电压保护水平的电源避雷器，并保证 避雷器有足够的耐雷电冲击能力。原则上，每一级的交流电源之间连接导线超过 25m 以上，都应做该级相应的保护。电源低压侧保护用的电源避雷器，应该选择有失效警告指示、并能提供遥测 端口功能的电源避雷器，以方便监控、管理和日后维护。电源避雷器必须具有阻燃功能，在失效、或自毁时不能起火。 电源避雷器必须具有失效分离装置，在失效时，能自动与电源系统断开，而 不影响通信电源系统的正常供电。电源避雷器的连接端子，必须至少能适应25mm2的导线连接。安避避雷器时 的引线应采用截面积不小于25mm2的多股铜导线，建议使用25mm?的多股铜导线, 并尽可能短（引线长度不宜超过0.5m）。当引线长度超过1.0m时，应加大引线 的截面积;引线应紧凑并排或绑扎布放。电源避雷器的接地：接地线应使用不小于2535mm2的多股铜导线，并尽可能 就近与交流保护地汇流排、或总汇流排、接地网直接可靠连接。另外根据
