防雷接地与机房设计.docx

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防雷接地与机房设计

第十二部分防雷接地与机房设计

12.1防雷接地系统概述

12.1.1系统概述

桐庐“五校一中心”是现代化、数字化、智能化的建筑物。

大楼的弱电系统包括计算机及其网络系统、通信装置、安保监控系统、闭路电视系统、广播系统、智能卡管理系统等大量电子设备。

为了安全、稳定和精确地运行，防止一切外部干扰，这些设备的电子线路接地（也称为逻辑接地或直流接地）必须有一个基准电位；同时建筑物内还有大量动力电机、照明灯光及其它们的电源负荷开关和布线。

建筑物内所有强、弱电设备对接地要求各不相同，它们之间既相互依存也相互干扰。

而且包括供电电源在内的机电设备的接地方式和避雷措施有着密切的关系。

考虑弱电系统的电源和接地，必然需要和强电及其接地系统一起统筹设计。

为追求人身、设备的安全和设备工作的可靠，在工程上可以采取一系列措施和办法，例如接地种类就有：

电源中性线接地，防雷接地，屏蔽接地，工作接地，保护接地，防静电接地，直流接地等等。

由于现代建筑物机电设备的多样性和复杂性，要求弱电系统防雷接地方案应该有一套科学、有效和易实施的对策。

如设计不当，会直接影响智能化系统功能与价值，造成极为严重的经济损失，所以对桐庐“五校一中心”弱电系统防雷接地保护系统要进行系统性的设计。

12.1.2雷电的危害

●在地球表面各地，每时每刻同时发生2000个左右的闪电；其中，落地闪电（或称落地雷）每秒种就有30～100个

●雷暴被联合国列为十大自然灾害之一，被称为从天而降的“魔王”

●国际电工委员会（IEC）也将雷电称之为电子化时代的一大公害

●我国每年的雷害损失达100亿人民币（其中80%以上为感应雷击造成）

12.1.3雷击破坏的分类

雷击破坏分直接雷破坏与感应雷破坏

一、直接雷的破坏

雷电（指雷电放电中心区域）直接击在建筑物、树木、动物等上面，因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。

二、感应雷的破坏

雷电感应（感应雷）：

闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花和很高的电压。

●静电感应：

由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如不就近泄入大地就会产生很高的电位；

●电磁感应：

由于雷电流迅速变化在其周围空间产生的瞬变的强大电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。

●雷电波侵入：

由于雷电对线路（特别是架空线路）或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入室内危及人身安全或损坏设备；

感应雷电波的入侵途径示意图

雷击损坏设备的渠道

12.2防雷接地系统组成

在IEC－1024《建筑物防雷》和IEC－1312《雷电电磁脉冲的防护通则》标准中，重点提出了防雷分区和等电位连接的概念。

根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域，并在不同的防雷区域的界面上进行等电位连接，能直接连接的金属物就直接相连，不能直接连接的如：

电力线路和通信线路等，则必须依据不同的防雷区域的科学划分，采用不同防护等级的防雷设备器件，对后续被保护设备进行有效的保护且必须实施等电位连接。

实践证明，这种分区分级等电位均压连接，并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是实现有效防护的主要方法。

在明确防雷区划分的基础上，针对雷击破坏的方式，防雷的主要防护措施有以下四部分组成：

一、直击雷防护

二、电源系统（电源主配电、UPS电源设备等）

三、通讯、网络系统

四、接地系统

12.2.1直接雷防护

传统避雷带、避雷针在保护建筑物方面有其适用性，但随着电子计算机的大量使用，因避雷针遭雷击而造成电子设备损坏的例子已屡见不鲜。

其原因有三：

1、由于避雷针自身为尖端形状，在雷云电场的作用下，其尖端电场产生畸变，会产生强烈的迎面先导，往往优先引发雷击，造成雷击发生；

2、避雷针在引雷入地的过程中，引下线（钢筋）周围会产生瞬时强大的电磁场，直接在内部信号、电源线路上感应出过电压、过电流，从而造成设备的损坏；

3、雷电流未经衰减入地后，造成地电位升高，在防雷地网与其它地网距离不足20米的情况下，电流会通过大地反窜入机房，造成设备的损坏。

因此对感应雷的防护应严格按照相关在规范设计和安装避雷针、避雷网。

建议采用联合接地方式构筑整个大楼的防雷防御网。

12.2.2电源系统的雷电防护

目前，经实际运行经验验证，由电源系统耦合进入的感应雷击造成设备的损坏占雷击灾害损失60％以上的概率。

因此，对电源系统的避雷保护措施是整个防雷工程中必不可少的一个环节。

要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁脉冲的侵入，使其在进入大楼电源系统之前将其泄放入地。

由于机房电力供给是由大楼的建筑物变配电室引入的，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。

因此，对于机房的电源系统的雷电防护，我们采取以下的防雷保护方案：

（详见原理图）

大楼低压主配电系统做两级防雷保护（三相电源）；

其他机房设备进出端采取第三级防雷保护（防雷插座）。

一、实现分级浪涌保护示意图

二、采用TN-S接地系统的电源防雷器的安装

该系统的特点是N线（中线）和PE线（地线）在变压器的低压侧合为一条PEN线，因此需在相线和PEN线之间安装防雷器，此时在建筑物内总配电屏中的Ⅰ处可选用ZGB153B100-100型三相电源避雷器；进入建筑物内总配电屏后，PEN线分N线和PE线并进行独立布线，PEN线接楼内总等电位接地母排入地，此时在N线和PE线之间需安装防雷器，在该情况下的二级配电屏中（Ⅱ处）可选用ZGB153B（A）-60型三相电源避雷器。

在设备端前的Ⅲ处可选择ZGB151A（B）-20型单相电源避雷器。

三、电源防雷器（防雷模块）级间配合问题

●第一级与第二级避雷器之间间距大于10米；

●第二级与第三级避雷器之间间距大于5米；

●不满足上述要求时要加装特殊设计的去耦器。

12.2.2.1一级感应雷防护

桐庐“五校一中心”我们建议重点防雷分二个单体，分别为行政楼、教学楼，每个单体都有独立的配电屏，因此在楼宇的总配电柜进线端分别安装一台ZGB153B100-100型三相电源避雷器，雷电通流为100KA，利用其通流量大，予以先导分流，对通过线路传输的直击雷和高强度感应雷实施泻放保护,作为大楼及机房用电设备的电源线路一级保护。

12.2.2.2二级感应雷防护

从高配进入低配后进入各个机房。

我们对这一路低配做二级防雷处理。

安装ZGB153B（A）-60型三相电源避雷器，通流容量为40KA，作为机房电源线路的二级保护，对侵入机房的雷电压进行细泄流保护。

12.2.2.3三级感应雷防护

在机房UPS至进线电源前采用ZGB151A（B）-20型单相电源避雷器，通流容量为20KA，作为机房UPS电源的三级保护，确保网络机房的供电安全及机房内设备用电正常。

12.2.2.4电源避雷器的安装

1、电源避雷器各接线柱是并接在各级供电线路的火线、零线或A、B、C各相线及N中性线上，避雷器的接地是接配电盘的保护地接地端上。

2、源避雷器在各级的安装固定位置一定应考虑各接线柱引线要越短越好，还要考虑通风、散热、防潮。

3、电源避雷器各接线柱的引线要用截面积为16mm2的绝缘铜芯导线，耐压不低于AC500V。

避雷器接地要用截面积≥16mm2的绝缘铜芯导线，耐压不低于AC500V。

4、电源避雷器在安装时要先接地线，各种接线均应良好可靠。

在接相线或火线时，应断电后再操作。

12.2.3通讯、网络系统的雷电防护

通讯、网络系统防雷包括由户外引至户内的通讯线路，主要线路包括电话线、专线、微波通信线（天馈线）等；众所周知，网络通讯设备的接口芯片抗过电压冲击的能力很差，一般CMOS电路极限电压均在几十伏，极易遭受感应雷袭击。

而根据美国通用电气公司R.D.HILL的试验结果，只需0.07高斯的磁场强度就能使网络系统瘫痪，而2.4高斯的磁场强度就使计算机的元器件永久性损坏，轻则部分通讯线路中断，重则整个网络瘫痪。

为尽量避免上述灾害情况的发生，需针对不同的设备选用相应的数据通讯信号避雷器作为通讯线路上防感应雷电压波的保护措施。

12.2.3.1计算机局域网系统

行政楼计算机网络中心及电视中心机房内安装网络线避雷器，保护交换机、计算机等设备。

网线的端口各安装1个ZGB235F-3型信号避雷器，有传输速率为100Mbps，作为信号线路的一级防护，用来保护主交换机免遭感应雷电压或雷电电磁脉冲的侵害；在主交换机引至各分交换机的出线端口各安装1个ZGB210F24-5H型信号避雷器，此避雷器为24口输出，选几个视分交换机的出线口而定，传输速率为100Mbps，作为信号线路的二级防护，用来保护主交换机及服务器和工作站免遭感应雷电压或雷电电磁脉冲的侵害。

12.2.3.2卫星接收系统

在卫星天线进线端与学校有线电视台进线端均需安装ZGB003N1避雷器，作为通信与线路保护，避免感应雷对有线电视机房里设备的损坏。

12.2.3.3有线广播系统

在广播的出线端安装ZGB232A-230避雷器，可以有效地避免感应雷在广播线路上产生的波动电压，反馈到广播设备上，对广播设备连线损坏。

12.2.3.4监控系统

在各个监控设备引入机房前，为防止感应电压对监控设备造成损坏，我们在监控系统的视频信号输入端安装ZGB235B-5信号避雷器，在云台控制线端安装ZGB236J-24，在摄像机端加入ZGB235B-5。

同时监控机房的电源可以用ZGB148或ZGG620/20来保护监控系统的正常工作。

摄像机的供电视情况予以确定，是交流可以选用ZGG620/20，是直流则可以采用ZGB170。

12.2.3.5ZGB2系列信号避雷器的施工安装

1、中光ZGB2系列电子计算机信号避雷器要根据信号线被保护接口的连接形式，连接脚号，数字信号的工作电平，数字信号传输速率等准确选用避雷器。

计算机信号避雷器的作用是把计算机网络数据信号线上雷电感应过电压波在避雷器处经避雷器分流入地。

2、计算机信号避雷器是串接于被保护接口端子上，有输入、输出之分，避雷器的输出端与被保护设备相连，不能接反，一旦接反，避雷器将不起防雷作用。

避雷器接地应采用截面≥4mm2的铜芯绝缘导线与被保护设备的机房保护地母线可靠连接。

因为避雷器体积较小，接地端子的连接焊片也较小，一般应采用截面为1mm2长度15cm的铜芯软导线作为过渡线，再与截面≥4mm2铜芯导线连接。

12.2.4接地系统

12.2.4.1统一（联合）接地系统

1）接地体的构成

利用建筑物桩基钢筋，作为自然接地体，可以将外圈钢筋用40mmX4mm镀锌扁钢或者Ø12mm圆钢筋，闭环连接，并将所有桩基焊接成一体，构成一个桩基接地体，这一工作可在土建浇筑承重平台时完成。

在平原河网地带，一般桩基接地体都能达到接地电阻小于0.5欧姆的要求。

如果采用桩基接地体还不能达到接地电阻小于0.5欧姆的要求，应该另外增设接地桩，或者设法使接地电阻达到规定要求。

2）建筑物的避雷结构

利用建筑物所有柱子钢筋做避雷接地引下导体，导体下端和接地桩基焊接，上端与屋顶避雷环、接闪器连接，中部和外墙钢筋、圈梁钢筋及楼层结构钢筋焊接，形成一个笼罩整个建筑物的避雷网架。

建筑物的所有弱电设备，均应在这个避雷网架的有效保护之内。

其中位于屋顶的卫星天线，其安装位置应该在最近避雷针的保护范围以内。

3）设置总等电位铜排

采用40mmX4mmX1000mm紫铜排，每隔50mm钻Ø12mm连接孔，就位于建筑物变配电站的适当位置（便于连接各类接地导线）。

该铜排至少三处与建筑物的接地体可靠连接：

（1）电源变压器中性点，

（2）附近接地体（例如建筑物接地桩基），（3）变配电所内接地网格。

应该确保总等电位铜排的电位是真正的地电位，要求接地电阻小于等于0.5欧姆。

4）建筑物内的各种功能