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一、防雷系統發展歷程

電的普遍使用促進了防雷產品的發展，當高壓輸電網為千家萬戶提供動力和照明時，雷電也大量危害高壓輸變電設備。高壓線架設高、距離長、穿越地形復雜，容易被雷擊中。避雷針的保護范圍不足以保護上千公里的輸電線，因此避雷線作為保護高壓線的新型接閃器就應運而生。在高壓線獲得保護后，與高壓線連接的發、配電設備仍然被過電壓損壞，人們發現這是由于 “感應雷”在作怪。（感應雷是因為直擊雷放電而感應到附近的金屬導體中的，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：當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，就會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。雷電在高壓線上感應起電涌，并沿導線傳播到與之相連的發、配電設備，當這些設備的耐壓較低時就會被感應雷損壞，為抑制導線中的電涌，人們發明了線路避雷器。

早期的線路避雷器是開放的空氣間隙。空氣的擊穿電壓很高，約500kV/m，而當其被高電壓擊穿后就只有幾十伏的低壓了。利用空氣的這一特性人們設計出了早期的線路避雷器，將一根導線的一端連在輸電線上，另一根導線的一端接地，兩根導線的另一端相隔一定距離構成空氣間隙的兩個電極，間隙距離確定了避雷器的擊穿電壓，擊穿電壓應略高于輸電線的工作電壓，這樣當電路正常工作時，空氣間隙相當于開路，不會影響線路的正常工作。當過電壓侵入時，空氣間隙被擊穿，過電壓被箝位到很低的水平，過電流也通過空氣間隙泄放入地，實現了避雷器對線路的保護。開放間隙有太多的缺點，如擊穿電壓受環境影響大；空氣放電會氧化電極；空氣電弧形成后，需經過多個交流周期才能熄弧，這就可能造成避雷器故障或線路故障。以后研制出的氣體放電管、管式避雷器、磁吹避雷器在很大程度上克服了這些毛病，但他們仍然是建立在氣體放電的原理上。氣體放電型避雷器的固有缺點：沖擊擊穿電壓高；放電時延較長（微秒級）；殘壓波形陡峭（dV/dt較大）。這些缺點決定了氣體放電型避雷器對敏感電氣設備的保護能力不強。半導體技術的發展為我們提供了防雷新材料，比如穩壓管，其伏安特性是符合線路防雷要求的，只是其通過雷電流的能力弱，使得普通的穩壓管不能直接用作避雷器。早期的半導體避雷器是以碳化硅材料做成的閥式避雷器，它具有與穩壓管相似的伏安特性，但通過雷電流的能力很強。不過很快人們又發現了金屬氧化物半導體變阻器（MOV），其伏安特性更好，并具有響應時間快、通流容量大等許多優點。因此，目前普遍采用MOV線路避雷器。隨著通信的發展，又產生了許多用于通信線路的避雷器，由于受通信線路傳輸參數的約束，這一類避雷器要考慮電容和電感等影響傳輸參數的指標。但其防雷原理與MOV基本一致。

二、雷擊的危害：

雷擊的危害主要有三個方面：

*是直擊雷。

直擊雷是指雷云對大地某一點發生強烈的放電。它可以直接擊中設備，也可以擊中架空線，如電力線、線和天線等，雷電流沿導線進入設備，從而造成破壞。

第二是感應雷。它可以分為靜電感應及電磁感應。

靜電感應：當帶電雷云（一般帶負電）出現在導線上空時，由于靜電感應作用，導線上束縛了大量的相反電荷。一旦雷云對某目標放電，雷云上的負電荷便瞬間消失，此時導線上的大量正電荷依然存在，并以雷電波的形式沿導線經設備入地，引起設備損壞。

電磁感應：當雷電流沿著導體流入大地時，由于頻率高、強度大，在導體附近便產生很強的交變磁場。如果設備在這個磁場中，便會感應出很高的電壓，以致損壞。對于靈敏的電子設備，尤其如此。

第三是地電位反擊。

我們簡單舉例分析，當10KA的雷電流通過引入導體入地時，我們假設接地電阻為10Ω,根據歐姆定律,我們可知在入地點處電壓為100KV,因入地點與導線、設備接地相連，所以這幾點電壓都為100KA。而有樓內接地點電壓為0，樓內設備就會產生100KV的電位差，足以使設備損壞。

三、雷電過電壓對機房電子設備造成損害的主要途徑：

1、網絡數據線路在遠端遭受直接或感應雷擊，沿網絡線路進入設備

2、有線通訊線路在遠端遭受直接或感應雷擊，沿通訊線路進入設備

3、建筑物內部的各種線路，通過感應雷擊電磁脈沖輻射，進入設備

4、電源供電線路在遠端遭受直接或感應雷擊，沿供電線路進入設備

5、地電壓過高，反擊進入設備

6、天線遭受直接雷擊或感應雷擊

7、避雷針引下線，在避雷針接閃泄放雷電流時，產生LEMP電磁脈沖輻射

8、臨近建筑物或附近地面、樹木等遭受雷擊，同時帶來LEMP和附近地面的跨步電壓（地電壓反擊）95%的閃電發生在云對云之間，產生幾百千安的電流和*的LEMP

四、雷電保護的整體概念

1、 IEC防雷分區定義

雷電保護區LPZ0A(0A區)： 該區內的各物體都可能遭受直接雷擊,同時在該區內雷電產生的電磁場能自由傳播,沒有衰減.

雷電保護區LPZ0B(0B區)：該區內的各物體在接閃器保護范圍內,不會遭受直接雷擊,但該區內的雷電電磁場因沒有屏蔽裝置,雷電產生的電磁場也能自由傳播,沒有衰減。

雷電保護區LPZ1(1區)：該區內的各個物體因在建筑內，不會遭受直接雷擊，電流經各導體的電流比LPZ0B區更小，本區內的雷電電磁場可能衰減（雷電電磁場與LPZ0A、LPZ0B區可能不一致），這取決于屏蔽措施。

后續防雷區LPZ2等(2區等)：當需要進一步減少雷電流和電磁場時，應引入后續防雷區，并按照需要保護的系統所要求的環境選擇后續防雷區的要求條件。

2、防雷器分級保護原理

IEC61312定義了防雷的保護分區，根據保護分區的要求需要在每個分區的交界處，安裝相對應的防雷器，在LPZ0B區與LPZ1區的交界處安裝B級（即*級）防雷器，在LPZ1區與LPZ2區的交界處安裝C級（即第二級）防雷器，在LPZ2區內的備前端安裝D級（即第三級）防雷器。其工作原理為利用分級的防雷器，層層泄放雷電感應的能量，遂級減低浪涌電壓，從而保護用戶端設備。

根據VDE 0675規劃，對B、C、D三級防雷器保護水平的要求如下：

B級防雷器一般采用具有較大通流量的防雷器,可以將較大的雷電流泄放入地,達到限流的目的,同時將過電壓減小到一定的程度.

C、D級防雷器采用具有較低殘壓的防雷器，可以將線路中剩余的雷電流泄放入地，達到限壓的效果，使過電壓減小到設備能承受的水平。

雷電防護設計的理論依據

在我們方案設計工作中除了遵照執行相關的國家標準要求外，我們還參考和引入IEC/TC-81有關標準的核心內容作為我們設計的指導思想和理論依據。IEC/TC-81是在電工委員會防雷技術精華的基礎上，制訂的各種防雷技術標準、規范，對我們的實際工作具有指導意義。

如：在IEC1024-1《建筑物防雷》和IE1312《雷電電磁脈沖的防護通則》標準中，重點提出了防雷分區和等電位連接的概念。根據雷擊在不同區域的電磁脈沖強度劃分防雷區域，并在不同的防雷區域的界面上進行等電位連接，能直接連接的金屬物就直接相連，不能直接連接的如：電力線路和通信線路等，則必須依據不同的防雷區域的科學劃分，采用不同防護等級的防雷設備器件，對后續被保護設備進行有效的保護且必須實施等電位連接。實踐證明，這種分區分級等電位均壓連接，并以防雷設備來確保被保護設備的防護措施是的解決問題，實現有效防護的方法。

從嚴格的意義上講，目前我方已進行的智能系統雷電防護工作，在實施的過程必須考慮使用環境的特殊情況。譬如，所在的建筑物的主樓供電系統、主變配電室是否屬于專門使用。雖然大樓的建筑物避雷裝置可確保建筑物本身免遭雷擊損壞和人身安全，但出于大樓的綜合管線，如上下水管、電力供電線等等的綜合連接問題，市政建設管線與大樓的相互關系，如入戶線的屏蔽問題等原因，加之大樓內其它部門所作的改造、塔接，實難于逐一考證，就整幢建筑物是否為一完善的均壓系統就難以確定。為此，我們將重點保護的范圍集中確定在LPZ0B防雷區—計算機信息系統中心機房的范圍內，并且以LPZ0A防雷區與機房范圍的界面為一屏障，在這里將所有可能雷電入侵渠道全部切斷。運用實施DBSE技術，并合理選用防雷設備，來實現我們的目的----即對計算機信息系統中心機房實現系統雷電防護。

五、防雷器設備選型

在雷電高發地區，網絡設備均為精密電子設備。如果不注意防雷措施，輕則設備工作異常，重則損壞設備，造成一定的經濟損失。因此，我們在設計智能化系統時必須考慮系統防雷措施。防止雷擊是一個系統的工程，必須綜合運用外部防護、內部防護和瞬態過壓防護等各種手段，尤其必須使用的SPD。

根據使用性質、信號種類、安裝方式、電壓級別的不同，上海思博提供以下種類的產品：

電源的防雷及電涌保護

用于過程控制領域中的防雷及電涌保護

用于數據網絡和標準接口的防雷及電涌保護

用于無線收發系統的防雷及電涌保護

用于電信系統的防雷及電涌保護

均壓等電位連接和防雷箱箱體

六、電源防雷規劃方案

本項目主要考慮機房的電源防雷系統，機房電源系統的防雷須滿足《建筑物防雷設計規范》的要求，根據設備被保護的重要程度，需要采用主級防雷或主次級兩級防雷。

我們根據本項目實際情況，我方建議采用“SurgeGate”三級防雷系統，在樓層電纜豎井或樓層配電柜處加裝B級智能防雷箱，在機房配電箱進線處設置C級智能防雷箱，在終端設備前設置D級智能防雷插排。

1、一級(B級)智能防雷終端 SGM-B100

符合IEC與VDE標準要求，根據VDE0675對防雷器的分類定義，SGM1-40KA是屬建筑物內部的*級（B類）電源防雷器，可提供220/380V供電線路的防雷過電壓保護。防雷過電壓保護是減少被保護設備或建筑物損壞、火災、爆炸和人員安全的重要措施。

2、二級(C級)防雷器SGM-B80

3、三級(D級)電涌器

4、機房服務器及核心交換機前端安裝三級(D級)電涌吸引器。

型號：（防雷電源插座）

參數：起動時間<25ns，雷電通流量（max）：5kA，工作電壓：220V，有劣化指示。

七、信號系統防雷

信號系統由于自身的特殊性，機房內信號線路種類很多，它包括有線信號、計算機網絡數據線、遙控、遙測信號線、線、無線通信機模擬/數字信號線，監控視頻線等等。而且往往布線上還存在一些問題，加之這些數據設備的耐壓又很低，常成為雷電襲擊的目標。

用電磁分析來說明，0.07GS的磁場強度，就可以造成計算機原件的誤動作。2.4GS的磁場強度就可以使芯片*報廢。我們某些同志認為設備在建筑內不會遭雷擊，這種觀點需要更正。雷擊設備主要是通過空間電磁脈沖，它是具有相當穿透性的，一般的建筑只能起到一定的衰減作用，要真正做到保證設備的安全，必須用金屬板將設備屏蔽起來，同時將金屬屏蔽層接地，這種辦法針對一些小部門、局部設備可以采用，而且效果還不錯，但絕大多數設備不可能照此辦理，同時與金屬屏蔽層以外相連的線纜還是需要加SPD設備。

因此，在重要設備，對于核心網交換機、HUB、長線MODEM、程控交換機、攝像頭等信號接口上都需要安裝相應的信號避雷器以保證設備的安全。由于信號避雷器數量眾多就不一一列舉。

信號避雷器的選擇和安裝可參見“智能系統防雷示意圖”：

該機房主要信號浪涌抑制器為RJ45防雷器

八、 接地系統防雷

作為大樓的接地，包括防直擊雷接地、強電接地、強電保護地、弱電保護地、弱電工作地、弱電邏輯地、防靜電地等各種類型的接地線。如何處理好這些接地線是一個很關鍵的問題。

根據GB50174-93標準及IEC1312標準，各類接地線應采用分類連接方式，采用匯流方式一點接地，同時各類接地線在地下又連接在同一個地網中。所謂分類連接：即接地線按其用途，使用的系統、功用嚴格區分開，嚴禁不同類型的接地線連在一根接地線上以免形成反擊條件。所謂匯流方式一點接地：即同類設備的接地線均連接到一個匯流點上中間不混接，再由此匯流點用一根線引至地網中。這樣可避免形成回路電流。

這種接地方式目前廣泛應用于計算機、數據通信行業，已被實踐證明是一種安全有效的接地方式。其聯合地網的接地電阻按所有接地要求中zui低數值來選取。 防雷器的安裝說明

安裝避雷器時的引線應采用截面積不小于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0.5m時，應加大引線的截面積。引線應緊湊并排或綁扎布放。

電源避雷器的接地線應使用不小于16～35mm²的多股銅導線，并盡可能就近與交流保護地匯流排、總匯流排、接地網直接可靠連接，且不能折彎或盤繞。

防雷器正常工作的條件必須滿足: 電網供電電壓必須不超出防雷器的zui大工作電壓，對于電壓變化較大的電網，應該選用zui大工作電壓更高的防雷器；防雷器的工作環境（如：溫度）必須合乎其技術規范的要求。安裝前應做好充分的準備，如連接導線的長度、線餌和螺絲的大小等應先根據安裝位置和連接位確定好。嚴禁帶電安裝電源避雷器。

安裝各級電源避雷器時，應做好意外情況的應對方法(如：停電時間過長)。

在中斷市電來安裝*、二級保護用電源避雷器的同時，應確保備用電源供電正常。在電力室交流配電屏上安裝電源避雷器時，應在短時間內完成。

在UPS交流配電屏上安裝電源避雷器時，先檢查和確保UPS供電滿載在可靠的放電時間前提下，安裝時應在盡量短的時間內完成。

防雷器安裝時應該合理走線，避免二次感應現象的產生。

如原配電箱有空間，防雷器可裝入配電柜內；如原配電箱內無剩余空間，防雷器另外采用防雷箱就近裝在配電柜旁邊。

九、接地工程

接地系統是保證機房電氣及計算機設備安全可靠運行的重要措施。本工程設計的三相五線制供電方式。三火一零一地（保護地）進戶。

本項目采用聯合接地系統。在機房設等電位接地端子箱，內置2條等電位端子接地紫銅板。從接地板用1根ZR-VV-1x25mm2 沿線槽或穿橋架經強電豎井明敷到地下室低壓配電房，與大樓的總接地端子板連接。

系統接地與大樓防雷接地共用接地體，機房等電位接地端子箱處的接地電阻不大于4Ω。

采用交流220V供電的消防設備，其金屬外殼和金屬支架應與PE線連接。特別值得一提的是，UPS系統三孔插座，其接地端子接邏輯地網，此方案是按計算機系統設備要求接邏輯地考慮的，如設備有特殊要求，按廠家要求做施工方案。在室內安全保護地線與電源中性線（零性）要分別接在開關柜和配電箱相應接線排上。保護地（PE）與配電柜體有可靠的電氣連接。PE線引至戶外，可與中性線重復接地，接在一個接地極上。厚玻璃隔斷金屬框及防靜電地板支腳應至少有兩點可靠接地，是為防靜電接地。

十、 機房等電位連接方案

1、等電位連接的作用

(1)降低預期接觸電壓

(2)消除自建筑物外沿PEN線或PE線竄入的危險故障電壓

(3)減少保護裝置據拒動帶來的危害

在計算機防雷安裝等電位連接排，設備通過等電位連接帶和等電位連接排相連，接地裝置通過地線連接到等電位連接排上。

機房設局部等電位連接系統，采用3x20紫銅排組成“田”子型等電位接地網絡。由等電位端子排引到各機柜的接地支線和機房內各電子設備的接地支線采用，穿電線管MT25明敷設。

對于其它用電設備比如：采用交流220V供電的消防設備，UPS設備，空調，PC等等具有金屬外殼和金屬支架應與PE線連接。金屬槽（管）兩端及中間每隔5米應接地；機房內金屬門、窗及其金屬構件等，均應可靠接地。

2、等電位聯結導體選擇

根據以上所述，我們建議等電位連接排，記接地裝置和室內等電位連接排之間采用35 mm2 銅質線纜連接。在局部等電位連接，即設備和等電位連接帶之間使用6mm2 的銅線連接。并作鍍錫處理。

十一、機房接地體施工方案

本項目采用聯合接地方式。如果大樓不能提供接地端子，或者提供的接地端子經測試不符合計算機機房需求，則機房需要采用接地體施工。

在大樓外部的草地上完成機房接地體施工，并引一條ZR-BV 35 mm2接地線引入到機房等電位接地箱，接地引線與大樓的鋼筋網及各種金屬管道絕緣。我方承諾直流地的接地電阻小于1歐姆。

我方將嚴格按照《建筑物防雷設計規范》 GB50057—94中的要求實施接地工程，接地電阻達到1歐姆以下。具體施工方案如下：

1、首先選擇接地地表

（a）、接地地表由甲方地方和范圍，我公司將在給出的范圍內施工。接地地表范圍內應不含各種管道，如水管、煤氣管、下水道等，若大樓物業方面事沒有特別說明或出具施工范圍內的管道圖，由于我方施工所造成的其它管道破壞，我方應不承擔責任。

（b）、若接地地表為綠地，則我們首先將綠地內的植物移出，作好現場保護后再施工，施工完畢將再將植物移植回來，并作好現場恢復；若接地地表為水泥地，則我們首先將水泥路布破壞，露出土壤后施工，施工完畢后，恢復水泥路面。以上現場保護和恢復的費用包括在我方施工費報價中，但其它可能出現的一些費用，如：綠地占用費、地面毀壞費等，這些費用不包括在我公司本次工程報價中。

2、在接地地表處挖出寬為0.5米，深為1米，的長為20米，“口”字型地槽（長度視地表導電率而定），然后每隔3米左右開挖一個小坑，每坑深0.4-0.5米。

3、將一根1.5米長的銅包鋼垂直打在圓坑處。深度1.5m。

4、坑處填充降阻劑，在溝內鋪設一層后15厘米寬10厘米的降阻劑。在上面鋪設熱鍍鋅扁鋼。

5、用鍍鋅扁鐵連接所有銅包鋼，使用火泥焊接技術。

6、將接地線與地網連接，引至機房。接地線可以為銅芯電線或鍍鋅銅排，如果選用鍍鋅銅排連接至機房，則接地整體效果較好，接地電阻能做到小于1歐姆，但材料費和施工費都較昂貴，較少采用。因此，在接地工程中一般采用35-70平方電源線，并考慮屏蔽處理。

7、施工完畢并做好現場初步恢復后，應立即使用儀器測試。測試時，工程甲方或監理方應有代表在場。接地工程施工完成時zui便于測試，否則，一旦現場*恢復，以后做第二次測試時極為麻煩，需重新開挖土地，找到接地體或接地線后才能做測試，因此，接地工程完后應立即開始測試和驗收。

十二、電源防雷器施工工序

配電防雷器安裝工序：鉆孔——打澎脹螺絲——固定防雷箱——作避雷器及空開導線——連接線路及接地

接地系統施工工序

1、機房等電位銅母排安裝：墻面、地面、母排鉆孔——打澎脹螺絲——上絕緣子——裝母排

2、機房等電位連接：裁導線——兩端做線耳——穿金屬軟管——將母排同設備等連接——將母排與地線連接。

3、母排箱安裝：鉆孔——固定箱體——裁導線——作線耳——接線。

4、母排地阻檢測：打地樁——接導線——搖測——讀數——記錄。

十三、 接地系統施工工藝

1、施工前的環境和器材檢查：

交接間、設備間的接地鋼板已完工。

房屋預留地的位置、尺寸均應符合設計要求。

本系統的設計圖紙已完成。

材料的質量符合設計要求。

有關施工工具已到位。

2、接地施工工藝的標準：

設備、器具和可拆卸的其它非帶電金屬部件接地的分支線，必須直接與接地干線相連，嚴禁串聯連接。

螺栓連接緊密牢固，有防松措施。

接地線及保護線與設備，應保證有可靠的電氣接觸。

接地線與接地線連接采用焊接如搭接時，其搭接長度不小于扁鋼寬度的2倍。

3、具體施工方法：

凡與接地引出點之間的連接均采用雙金屬過渡接頭連接。

前端設備機柜、控制箱、配電箱的框架與干線連接。

室內配電裝置的金屬構架、線槽、布線的橋架、布線的機柜。

各種線路的金屬保護管、各種金屬接線盒（如BA的DDC箱、門禁控制箱）應采用多股銅線6mm2連接到就近接地端子。

電子設備的外殼采用保護接地。

大型電子計算機采用共用接地方式與防雷接地系統共用接地極。

4、金屬混合接頭制作工藝：

將銅排和扁鋼需焊接的端部打好坡口。

焊接前焊口需清理打磨。

四周利用銅合金焊進行電焊施焊。

每施焊一遍后進行拋光，除去氧化物及焊碴。

焊接完成后，用瀝青防腐化防腐清理。

5、接地裝置施工注意事項：

凡外露的正常狀態下不帶電的電子計算機系統設備金屬殼體必須與保護接地裝置可靠連接。

各類接地裝置的安裝及其接地電阻值應符合設計要求, 連接正確。

接地裝置焊接必須牢固, 需涂復部分涂層必須完整。

交流電源線路不得與直流工作地線緊貼平行敷設。

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