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1、 防雷设计 一、 工程概况 *饭店 中心网络管理中心为现代化智能建筑，内有计算机及网络系统、通信自动化系统、办公自动化系统、楼宇设备自动化系统、卫星及有线电视系统、消防报警及联动系统、安保监控系统等其它电子设备及布线，还有电力、照明设备及布线系统。其特点是，在楼内现代化低压弱电设备用量大且集中。因此，整体防雷系统在建筑中占有重要地位，在保障各系统安全运行及建筑物、人身和设备安全的前提下，对整体防雷提出了新的更高的要求。雷电侵入的信道主要是通过高耸物体及尖端（如传统避雷针的接闪器、天馈线等）、输配电线路、通信线路等，将高电压或感应过电压引入，造成低压弱电设备的损坏，甚至造成极严重的后果。 当雷击
2、传统避雷针时，雷电流经楼体（引下线或铁塔）和接地电阻入地时，在各点形成高电位，该电位远高于低压设备所能承受的极限值。现场实测，约10%的雷电流由天馈线引入机房，足以使电子设备严重烧损（1kA即可损坏）。 在大电流入地过程中产生的二次效应对用电设备的破坏作用也是不可低估的。雷击引起的电磁干扰也是电子组件损坏的一个重要原因。 以计算机为例：设雷电流幅值I，计算机距I载流体水平距离为S，则计算机处由I产生的最大磁场强度，而计算机的芯片的耐压值只有10V左右。美国（AD722675）报告指出，当磁场强度B=0.07GS时，芯片会误动，当B=2.4GS时，芯片永久性损坏。这相当于在2.8km及83m处落
3、一个100kA的雷；或者说，在50m内雷电流幅值为2kA时可使无屏蔽的计算机产生误动。当I=60kA时可使计算机芯片损坏。根据我国雷电流幅值统计概率，约为两次雷击中至少有一次I60kA。 当建筑物内安置的计算机在没有任何屏蔽措施情况下，一旦雷击楼顶避雷针时，大电流所产生的脉冲磁场磁力线交链于计算机，必然发生计算机误动或损坏，其它用电设备也是如此。 在计算机通过有线连网而组成网络工作时，特别是在楼群间存在跨接信号线的情况下，当附近发生雷击过程后：1.1.静电感应：造成过电压波沿着导线进入配电室。根据我国电力系统对架空线路感应过电压的计算，当S65m时，导线上的感应过电压最大值54KV，在高压架空
4、线路Vg 500kV，低压架空线路Vg 100kV，电信线路Vg 60kV, 建筑物也可以产生相当高的危险电压，此过电压会造成楼体的金属构架、对接地不良的金属器件之间产生火花，使汽油、瓦斯、火药库等引起爆炸。1.2.电磁感应：由于雷电流极大幅值和陡度，在其周围出现的电磁场，会使导体（设备）感应出较大的电动势（电压）。雷电流引下时，若引下线附近的电子设备内有开口金属环时，环上的感应电势（电压）足以使气隙放电，损坏微电子设备内部结构或引起火灾。例如，一个5m5m的开口金属框，I=100kA时，距离雷击200m处也可以感应出1kV左右的电压。所以机房布置设备时，设备应远离柱子和引下线。一般来说，感应
5、雷没有直击雷那么猛烈，但它发生的概率比直击雷高得多，而且这种感应出的过电压可以通过电源线、信号线、数据线等传输到很远，使雷害范围扩大。 此外，由于楼群对信号线的屏蔽作用，感应过电压值会小一些，但对于计算机楼装设的收发天线遭雷击后，情况将更为严重。 计算机室采用屏蔽措施后，有助于解决感应过电压问题，但不能解决高电位的传导侵入造成的地电位反击问题，也不能解决雷电波沿信号线侵入的问题。 假设计算机楼的防雷接地的阻值4，当40kA的雷直击避雷针时，在地网接地电阻4时产生的电压 440000=160kV，而机房内的电子设备的金属外壳保护接地也为160KV，而电子设备内部电路接直流地为0V 。内外电位差达
6、160KV 高压，可能造成大批电子设备的损坏。二、 直击雷的危害当直击雷对地放电时，在8us左右达到峰值，并在40us内完全泄放。因此，雷电流具有幅值极高、频率极高、冲击力极强等特点。按我国有关部门规定，标准雷强度为100KA，经理论计算，若直击雷直接击中传统避雷针，雷电流沿引下线泄放过程中，在每米高度上约有60KV的压降，并随着高度的增加而递增。如此高的电压会产生如下二次效应：2.1.反击电压几十甚至几百KV的高电压沿引下线入地的过程中，有可能直接击穿空气，损毁低压设备，甚至危及人们的生命安全。在地网中，由于瞬态高电压的冲击，在接地点产生局部电位升高，在地网间出现电位差，由此，导致地中反击而
7、损坏电器设备。地网中的电位差还会产生跨步电压，直接危及人们的生命。2.2.感应过电压雷击产生的冲击电流沿引下线对地泄放过程中，在引下线上会产生强烈的电磁场，耦合到供电线路或音频线、资料线上，产生远远超过弱电设备耐受能力的浪涌电压，击毁弱电设备。三、配电网、计算机网络及通信系统中瞬时过电压的产生及危害3.1。配电网中瞬时过电压的产生 瞬时过电压是配电系统中最常见的干扰形式，对用电设备最具危害。配电系统中瞬时过电压产生的原因很多，而且大部份带有随机性，有雷电过电压和内部过电压。雷电是一种日常发生的事件。在世界上，每天约有44000个雷暴中心形成，发生八百万次雷闪放电，平均每秒放电100次左右，由此
8、可见雷电活动是相当频繁的。当雷击输电线路或雷闪放电发生在输电线路附近时，通过直接的或电容耦合的方式，雷闪放电将会在输电线路上形成瞬时过电压，并以流动波形式沿线路向各发配电系统和用电设备侵袭，危及设备的安全。为了保证发配电系统和用电设备免受雷电的破坏，电网中采用架空避雷线，加装避雷器等防雷措施。这些措施可大大削弱瞬时过电压波的强度，减少雷击的破坏程度。但是这些措施并不能完全消除电网中由雷击引起的瞬时过电压，仍有一部份幅值较低的过电压在电网中存在，这些过电压对一些低压等级的用电设备，特别是对计算机和其它装有大规模集成电路的电子系统以及家用电器等存在较大威协。另外，当雷击中建筑物时，由于一些电源与电
9、子系统或电子系统之间的联结电缆与建筑物共享接地系统，将有一部份雷电流流进电缆，通过电缆到达电子设备。3.2 .内部操作过电压在电力系统的内部，由于断路器的操作，负荷的投入和切除系统故障系统内部状态变化，而使系统参数发生变化，从而引起的电力系统内部电磁能量转化或传输过渡过程，将在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压，在用电网络中引起内部过电压的原因大至可分为：电力重负荷的投入和切除（电梯、大功率空调节器机、冷冻机和医疗设备以及大功率的其它设备） 感性负荷的投入和切除（电梯或继电器的线圈、带负荷的变压器）功率因子补偿电容器的投入和切除断路器或保险装置的操作短路故障3.3用电系统中瞬时过电压的
10、危害象电子计算机，微处理器及其它由大型CMOS集成模块等集成组件组成的这类电子设备普遍存在着对电网电压质量要求较高，瞬时过电压耐受能力较弱等缺点，成为电网中瞬时过电压侵袭的薄弱环节。瞬时过电压不仅能造成用电设备产生误操作，严重的甚至还造成用电设备的永久性损坏。约25%的电子设备和系统的损坏事故是电网中的过电压所造成成为该类设备损坏的主要原因之一。如何防护瞬时过电压对用电设备的损坏问题已成为当今必须解决的迫切问题。3.4.稳压电源不能消除瞬时过电压由于用电网络中负荷的投入和切除，不但会产生瞬时的瞬时过电压，而且会引起电网的工类电压的升高或降低，使工类电压值在一定的范围波动，而电子设备一般对工作电
11、压要求很严，电压太高，轻则使电子组件逐渐老化，重则使电子组件损坏。一般的稳压电源的功能就是对工频电压起稳压作用，使用电设备的工作电压稳定，保证用电设备在工频电压下的安全运行，而稳压电源对于快速的瞬时过电压却来不及反应和发挥稳压的作用。在瞬时过电压的作用下，稳压电源还可能被损坏。3.5.UPS不能消除瞬时过电压电网中由于故障或其它原因会突然停电。突然停电将给医疗、银行金融、国防以及其它部门带来不可估量的损失。UPS的功能就是在突然停电的情况下，在一很短的时间内及时将备用电源投入，保证用电设备供电的连续性，使用电设备在突然停电的情况下仍能继续工作一段时间或长期运行。但UPS不能消除瞬时过电压，在电
12、网停电UPS动作的情况下，反而会产生瞬时过电压。在瞬时过电压的作用下，UPS自身有可能被损坏。3.6.计算机网络及通信系统中瞬时过电压的产生及危害计算机网络及通信系统辐射面广，设备内部由于大量采用大规模集成电路等微电子器件，耐压水平极低，对于电源及信号电压的稳定要求极高。若某地有雷击事件发生，由于雷击的二次效应，通过信号线或天馈线的耦合，将感应过电压引入系统内，并沿线路传播；或通过配电系统进入设备的电源部分。两种形式的过电压引入均可造成设备的损坏，致使计算机网络或通信系统中断。对于智能建筑内部的各种控制系统，由于感应过电压的引入，轻者造成控制系统误动作、误报警；重者造成控制系统设备损坏，整个控
13、制系统失效。其严重后果不言而喻。四、雷击的防范一个完整的防雷系统包括两个方面：直击雷击的防护和感应雷击的防护。缺少任何一个方面都是不完整的、有缺陷和有潜在危险的。直击雷击的防护主要使用避雷针、避雷带和接地系统。主要依据建筑物防雷设计规范（GB50057-94）。避雷带应均匀分布在建筑物屋顶的四周并与建筑物的框架结构及水管等相连。地网的接地电阻不大于10欧姆。新建大楼一般具备直击雷防护系统，这属于国家法规强制执行的，所以有关防直击雷措施的内容，不在本方案中描叙。本方案将主要对大楼内的计算机网络系统设备做感应雷击防护措施。本方案的设计、施工及防感应雷系统的正常运行都是建立在与之相关的直击雷防护系统
14、正常工作的基础之上。感应雷击的防护主要使用感应雷击防护器。从我们对多次遭受雷击的通信网络系统进行的现场勘测发现，大多数受到雷击损坏的弱电子设备所在建筑物多装有铁塔或避雷针，建筑物为框架解结构，铁塔基座、避雷针、避雷带与建筑物的主框架钢筋相连,并通过建筑物的主框架钢筋作为避雷引下线。由此看来，建筑物本身防雷状况良好的同时，并不能保证建筑物内部电子设备不受影响，因此，当前电子设备受到雷电袭击的主要途径是：电源线路、通信线路被感应雷电而产生瞬态过电压，进而损坏电子设备。所有，最佳的解决方法是在上述设备前端安装感应雷击防护器，使雷电到达电子设备端口之前，通过感应雷击防护器泻流将雷电压控制在电子设备能够
15、接受的安全范围内，从而达到保护电子设备免受雷击的目的。五、网络系统防雷方案5.1配电系统过电压保护引入大楼的电源是由市电双路引入的，市电高压线路一般是经过一些空旷地区或高地，最容易成为雷电的上行先导，受到直击雷雷击概率较大，并且由此引入雷电的冲击电流非常之高。使得线路上的雷电流比通常的感应雷电流大很多，所以必须在这两路电源入口各加装1台三相电源过电压保护装置VOLE 380-240。吸收高能雷电流，把雷电流减小到无害值，以实现电源一级防雷粗保护。在一层计算机网络中心机房的主配电柜电源入口，加装三相电源过电压保护装置VOLE 380-160一台，对网络机房电源实施二级细保护。在一层安防监控中心机
16、房的主配电柜电源入口，加装三相电源过电压保护装置VOLE 380-160一台，对安防监控机房电源实施二级细保护。在三层网络交换机机房的分配电箱电源入口，加装单相电源过电压保护装置VOLE 220-80一台，对网络交换机电源实施重点防护。 在计算机网络中心机房和安防监控中心机房的UPS分配电柜电源入口，各加装三相电源过电压保护装置VOLE 380-100一台，对机房电源实施三级精细保护。 5.2信号线、资料线保护在计算机网络系统与外界通信的线路上（如：通过双绞电话线路），必须在进出线端口上各加装音频线保护器VOLE 150A。在计算机网络中的主机与服务器之间各加装资料线保护器VOLE RJ45一只。对于安装在大楼顶端
