电脑机房电源防雷及接地工程方案.docx
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电脑机房电源防雷及接地工程方案
电脑机房电源防雷及接地工程方案
计算机机房电源防雷及地网工程
综合方案
奥天科技发展有限公司
AOTEM（G&Z）TechnologyDevelopmentCo.,Ltd.
第一章系统概述
1.1项目来源
为了今后更好地保护设备，因此，我公司为贵单位计算机
系统拟建设一套专业的系统防雷方案，作为系统可靠运行的安
全保障。
1.2设计原则
本系统设计将本着经济、可靠、耐久、实用的原则进行设
计。
综合比较投资和效益，追求投资和回报的最佳综合效益。
1.3设计依据
国标《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
国标《电子计算机机房设计规范》GB50174-93
国标《民用电气设计规范》JGJ/T16-92
国标《计算机场地安全要求》GB9361-88
《通信工程电源系统防雷技术规定》YD5078-1998
建设部（1998）13号文《1998年国家建筑物标准设计编制工
作计划》
建设部住宅产业化办公室（1999）04号文件《民用建筑电气设计规范》
《低压配电设计规范》（GB50054-95）
《安全防范工程程序与要求》
国际电信联盟ITU-T（原CCITT）相关建议及标准
《ProtectionofStructuresagainstLightning》IEC1024-1：
1993
《ProtectionofStructures
againstLightning
electromagneticimpulse》雷电电磁肪冲的防护IEC664-1：
1992-02
《Insulationcoordinationforequipmentwithinlow-voltage
systems》IEC664-1:
1992-02
《Electricalinstallationsofbuildings》IEC364-4:
1993-02
1.4防雷工程简介
我公司在著名防雷专家苏邦礼教授的现代防雷理论技术的指导下，在预防现代雷害方面已先人一步，取得子丰富的成功经验。
我公司通过引进海内外各类先进防雷器材，融合自身积累的综合防雷技术，与华工电工教研室合作致力于现代高科技防雷技术的推广和应用。
我公司在工程实践中总结了许多经验，并独立开发了应用于“信号地”和“电源地”混合连接的“共地系统”中的等电位体防雷技术，成功解决子信号电源结合防雷的多项难题，在众多用户实际应用过程中效果显著。
2002年六月成为广州市政府防雷采购供应商。
近期已完成的综合防雷工程部分用户名单：
广州市政府农委信息中心机房综合防雷工程
广州电力工业局计算机MIS系统远程综合防雷工程
广州市自来水公司调度室综合防雷工程
广州西村水厂、石溪水厂、新塘水厂、海珠区自来水公司宿舍大院计算机系
统防雷工程
广东省武警总队通信系统综合防雷工程（包括广州武警总队医院、湛江武警
支队、东莞武警支队等通信及计算机系统综合防雷工程）
广东公安边防指挥学院接地系统及计算机系统防雷工程
广东AEC汽车城计算机系统及计算机系统防雷工程
广东省信息技术研究中心接地系统防雷工程
广东省实验中学计算机系统及计算机系统防雷工程
广州培英中学计算机系统防雷工程
广州旅游职业学计算机系统防雷工程
广东番禺中学教学网络综合防雷一、二期工程
广东番禺艺彩印刷（联合）有限公司计算机系统综合防雷工程
东莞大朗惠华金属线制品有限公司网络综合防雷
上海惠华金属线制品有限公司网络综合防雷
东莞虎门震兴集团计算机系统综合防雷工程
东莞常平晶艺集团计算机系统综合防雷工程
东莞常平力克玩具有限公司计算机系统综合防雷工程
茂名市自来水公司综合防雷工程
茂名市工商银行信息点系统防雷工程等等
第二章防雷的必要性
2.1雷电的危害
雷电是一种壮观而又令人恐怖的自然天电现象，由于它的
巨大能量和短暂的对地放电过程，能够产生几百安培甚至上千
安培的放电电流，不仅足以威胁到人类的生命安全，也常常使
建筑物、电子电力、通讯和航空航天等许多系统遭受严重的破
坏。
据CCITT测试一般电力线上的感应电流在3000安培左右，不超过10KA，感应电压不超过6KV；在数据信号线及电话线
上，感应电压一般在5KV左右，感应电流约为数百安培。
这样
就容易在缺口处放电产生火花，引起火灾。
在闪电通过避雷针
引下线时，在其附近空间将产生较强的迅变脉冲电磁场。
当磁
脉冲超过0.07高斯时就将造成设备数据失效，超过2.4高斯时，受感应的集成电路将发生永久性损坏，尤其对VLSI则更为严
重。
特别是电子信息科技发展的今天，雷电带来的危害和损失
更加频繁和严重。
雷电侵害已经是造成电子系统设备损坏和和
系统瘫痪的主要原因。
2.2接地防雷系统的作用
通过接地防雷系统设计，可以在一定程度上减低雷电对电
子设备和系统的损害，减低的程度主要取决于系统设计的科学
性和采用的防雷技术设备和手段等。
同时，完善的系统防雷设
计也需要很大的资金投入。
2.3雷电侵害的主要途径
2.3.1直击雷
建筑物直接遭到雷击时，巨大的雷电流沿建筑物防雷引下
线和接地体汇入大地。
由于接地体的对地电阻不为零，和防雷
引下线的自身电阻和寄生电感等原因，使得建筑物防雷系统中
的暂态高电位达到几十KV，形成与周围电子电气设备和线路
的电位差，产生击穿放电，造成电子电气设备的损坏。
由于直
击雷的放电电流非常大，所以，造成的损坏也最大。
2.3.2感应雷
在负极性放电的先导阶段，先导通道中的负电荷对室外线
路产生静电感应，使线路靠近先导部分积累大量的正电荷，负
电荷被排斥到线路两端经线缆的泄露电阻或中性接地点入地。
先导放电到达地面后，负电荷被中和，线路中积累的正电荷被
释放，以接近光速的速度向线路两端传播，将线路两端的电子
电气设备损坏。
感应雷是发生的频度高，是造成电子设备损坏
的主要原因。
2.3.3反击雷
在多座建筑物通过接地系统或供水管道连接，其中一座建
筑物遭受雷击时，雷电流造成各建筑物的暂态电位都升高，带
高电位的地线对没有采取过压保护的建筑物内的线路和电子设
备产生反击，造成损坏。
第三章雷电放电的暂态分析
雷电放电的暂态过程是极为复杂的，这为防雷设计带来了
难度，详尽的分析其过程是非常困难的，只能进行简单的分析。
如前所述，雷电流通过接地引下线和接地体放电时，会在接地
系统中产生暂态高电位，图3.1：
图3.1建筑物雷电放电等效图
A点的暂态电位UA可表示为：
UA=（RG+RA）I+HL0（dI/dt）
其中：
RG--接地体对地电阻；RA--引下线电阻；I雷电流幅
值；H--A点高度；L0--引下线单位寄生电感；t--放电时间。
可以看出，A点的暂态电位与接地体电阻、引下线电阻和寄生
电感、长度成正比，有效的控制这几个参数，可以使暂态电位
最低。
第四章设计指导思想
4.1防雷工程是一项要求高、难度大的综合工程，涉及多方面的因素，需要针对不同的系统分别加以保护，又要考虑多个系统的协调工作，在工程中不能造成对系统的任何影响。
因此，在遵守国家和信息产业部有关规范的基础上，引入国际电工委员会的先进防雷技术和标准要求，以达到更好的防护效果。
4.2国际电工委员会防雷分会（IEC/TC-81）是权威的国际性标准组织，其防雷技术综合了各国防雷技术的精华，制订的防雷规范对世界各国具有指导意义。
本方案参考IEC-61024（建筑物防雷）和IEC-61312（雷电电磁脉冲的防护）的核心内容而制定。
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，并在不同的防雷区界面上进行等电位连接，能直接连接的金属物就直接连接，不能直接连接的如电力线和通信线等，通过不同的避雷器进行等电位连接。
实践证明这种分区分级等电位连接的防雷方案是最好的解决问题方法。
4.3IEC-61312指出，防雷区是指闪电电磁环境需要限定和控制的区域。
各区以在其交界处的电磁环境有无明显改变作为划分不同防雷区的特征。
LPZ0-A区：
本区内的各个物体都可能遭到直接雷击，因此各物体都
可能到导走全部电流。
本区内的电磁场没有衰减。
LPZ0-B区：
本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区内电磁场
没有衰减。
LPZ1区：
本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电
流比0-B区进一步减小，本区内的电磁场也可能衰减，
这取决于屏蔽措施。
LPZ2区：
根据需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入
后续防雷区LPZ2。
根据防雷分区的概念，机房的电源系统和信号中继系统都处在LPZ0-A和LPZ0-B之间，通信系统处于LPZ0-B和LPZ2之间，根据基站防雷区的划分情况，应在分区界面上选择安装符合IEC规范要求的避雷器，以将雷电电磁强度逐级降至最低。
第五章实施计划
5.1防雷系统的设计应满足以下原则：
5.1.1保护器不影响被保护设备的正常工作；
5.1.2雷击产生冲击波时，所采用的防护器件应有低阻抗，将冲击电流直接导入大地而不产生危险的冲击对地电位差；
5.1.3防护器件应有较高的承受冲击能量的能力，并有规范的接地系统。
按照IEC1312-1～3和《建筑物防雷规范》中的规范，为保护你计算机网络系统的设备，将需要保护的空间划分为不同的防雷区（LPZ），根据各部分空间不同的LEMP（雷闪电磁脉冲）的严重程度和实际情况确立相应的防护等级，合理使用相应的防雷器。
5.2计算机系统防雷
5.2.1当雷击楼层时，强大的雷电流及其高强度瞬变电磁场对周围导体产生过电压，绝大多数的雷害都是因为这类二次感应而造成。
因此
具有长距离的电力线和信号线都是二次感应雷的侵犯途径。
此外，电力网络内部的操作或事故也同样会有危险的过电压波，会损害设备。
国内有关规范明文规定要求在低压电力线进入交流屏前，安装可靠的防雷器件，但并未涉及具体需防护雷电的级别和能量的配合。
德国DEHN公司总裁PETERHASSE博士作为国际IEC标准委员会委员兼TC/81防雷委员会主要成员，秉承IEC61312-1中所给出的防雷保护区概念，把装在固定电器上的保护器分为B、C、D三类。
根据IEC的统计，自然界中首次雷击电流幅值超过200KA的机率不到1%，首次雷击电流波形为10/350s（分别指波头和半值时间）。
由于外部防雷的接闪和电磁的衰减，约有50%的雷电能量入地，因此IEC-61312规定了作为处在LPZ0-A和LPZ0-B防雷区之间的首级避雷器的放电流，应达到100KA（8/20s）。
考虑到符合电气安全的设备，其耐过压能力一般是工作电压的2-3倍，因此作为最末级的防雷器的残压要求在600V左右，对精细的电子设备要求更低。
由于雷击的强度与设备的耐压水平悬殊，IEC经过实践证明只有分级保护才能达到这一要求。
由于雷电冲击波的主要能量集中在从工频附近几十赫兹到几百赫兹的低端，所以雷电冲击波能量就容易与工频回路发生耦合、谐振，于是雷电冲击波从电源线路进入电子设备的几率要比从信号线中进入的几率要高得多，据统计，约有80％的雷击损坏电子设备的事故是由电源引入的，因此应特别加强系统中设备电源的防雷措施。
所以选择残压小，反应时间快的避雷器最好。
5.2.2计算机系统机房电源防雷设计：
1、第一级防雷：
机房所在楼层主配电柜输入端处安装第一级AT
PORT-B100/4P三相电源避雷器，衰减从电源线引入的强雷电流和高电压，把雷电流脉冲降低到设备能承受的水平。
其技术参数：
最高防雷击电流Iimp=100KA（8/20）、响应时间tA≤100ns。
ATPORT-B电源B级避雷器
安装：
安装于机房或大楼总配电箱处，属第一级（B级）电源保护，最大能承受100KA雷击电流（10／350）。
该装置可将电源线联于防雷等电位中，用在雷击区电源第一级防雷，灭弧能力强。
与下级避雷器配合使用，如ATT385,能自行断开不大于50KA的后续电流。
ATPORT/4P-B100电源B级避雷器技术参数
2、第二级防雷：
安装于UPS输出配电箱输入端处安装第二级AT
T385-C40/4P三相电源避雷器，再次保护全室内设备。
其技术参数：
最高防雷击电流Iimp=40KA（8/20）、响应时间tA≤25ns。
ATT385三相电源避雷器
可用于雷击区第二级防雷，与前级的避雷器配合使用（如ATPORT-B）。
高速电流泄放，由热敏元件控制的隔离装置，由窗口红色标志反映的故障显示。
ATT385三相电源避雷器内核技术参数
3、在计算机机房中心服务器、主交换机及弱电配电间其它配件设备电源插座处分别安装AOTEM第三级D级ATA6420NS电源防雷插座，再次衰减从第一级和第二级防雷器过滤的残压，实现精细保护级别。
其技术参数：
最高防雷击电流Iimp=19KA（8/20）、响应时间tA≤25ns。
ATA6420NS智能型电源防雷插座
ATA6420NS电源防雷插座依据国家标准设计，用于设备端第三级电源过电压保护，此级防雷器采用共模、差模防雷模式，插座式配置将防雷器与电源插板完美组合，RFI/EMI滤波电路及级间协调电感受器，可吸收射频/电磁干扰等线路浪涌，延长设备正常工作寿命，降低长期运行成本。
电子仪器设备的精细过压保护，四线过压保护器带监控装置和脱扣装置，使用于电源第三级防雷。
错相及接地状态智能指示，过流、过载保护，线路过热自动保护，EMI/RFI噪声抑制，110~300V超宽工作电压范围，防雷保护状态智能指示，5000次插拔无故障，积木式标准插孔模块，两种灵活、可靠的接地方式，带独立接地螺丝。
三灯故障显示功能，自动检测电源线路规范功能，高频滤波能力，智能接地检测。
技术参数：
4．电源避雷器的安装要求
在安装电源避雷器时，要求避雷器的接地端与接地网之间的连接距离尽可能越近越好。
如果避雷器接地线拉得过长，将导致避雷器上的限制电压（被保护线与地之间的残压）过高，可能使避雷器难于起到应有的保护作用。
因此，避雷器的正确安装以及接地系统的良好与否，将直接关系到避雷器防雷的效果和质量。
避雷器安装的基本要求如下：
A、电源避雷器的连接引线，必须有足够粗，并尽可能短；
B、引线应采用截面积不小于6mm²的多股铜导线；
C、如果引线长度超过1.0m时，应加大引线的截面积；
D、引线应紧凑并排或帮扎布放；
E、电源避雷器的接地线应为不小于6~16m²多股铜导线，并尽可能就近可靠入地。
5.2.3一楼中心机房接地地网：
在机房的建设中，一定要求有一个良好的接地系统。
做好机房
接地系统的建设主要有两个目的：
5.2.3.1、机房建立接地系统工程是为了设备和人身的安全。
由于机房内用电设备较多。
特别是在大、中型电子机房里，不但设备多，价值昂贵，用电量大，而且在机房内工作的人员也较多，这样安全用电就是一个很重要的问题。
要做到安全用电，保护设备和工作人员的安全，
做好接地系统建设是必须的。
如果机房接地系统做不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。
特别是做好防雷电的措施，对人和设备的安全尤其重要。
5.2.3.2、机房建立接地系统是计算机设备、可靠工作的需要。
由于电子设备和通信设备等都有可靠的数字电路。
同一系统的设备接于同一接地装置后，无论是模拟量或数字量，在进行通信或交换时，才有统一的“电位”参考点，从而给接于同一接地装置的计算机或微电子设备，提供稳定的工作电位，有效地衰减以至消除各种电磁干扰，保证数据处理或信号传递准确无误，这些电路都要求有可靠的工作参考点，即等电位。
另外还有防干扰的屏蔽问题，防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。
5.2.3.3接地体选型
根据不同地理环境，接地体有多种形状可选，根据实际经验宜采用自动降阻接地模块。
5.2.3.4、接地体要求
机房接地电阻要求：
R≤4Ω
5.2.3.5、接地体结构
机房接地体由于是独立的接地装置，所以适合以A型结构建造。
接地地网：
要求R≤4Ω，总汇流排+引下线50平方接地线+接地体。
接地体：
是埋于地下与引下线入地相连接，雷击电流由此发散到大地。
通常用50×50×5×L2500热镀锌角钢及AT自动降阻接地模块组成垂直接地体、AT优化降阻垂直接地棒Φ22×4500（4.5米），再用40×4热镀锌扁钢组成水平接地体连接引下线，以满足国家防雷规范
接地电阻R≤4Ω的要求。
5.2.4.6、自动降阻接地模块技术措施
使用AT自动降阻接地模块，是接地工程中常用的科学办法，根据其土壤情况，安装适量的接地模块，即可达到接地电阻R≤4Ω的要求。
使用接地模块降阻，既能最大限度地降低接地电阻，又能保证接地体长期保持稳定，其使用有效期大于30年。
其具有吸湿、保湿特性，接地电阻低且能保持长期稳定；经多次大电流冲击后，阻值不增大，也无变硬、发脆、断裂现象，与降阻剂相比有明显的优越性；能经受-40℃的低温，北方高寒地区同样适用。
AT自动降阻接地模块简称“接地宝”，是一种以非金属材料为主体的接地体。
它由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解物质组成，它的诞生开创了接地材料和接地技术的新时代。
通常的接地体多为金属导体，最常见的有角钢、圆钢、钢管、铜棒、铜网等。
其特点是用料多、耗资大、寿命短、稳定性差、不宜在高土壤电阻率地区使用。
而这种接地模块则用料少、耗资小、寿命长（可达30年以上）、稳定性好，特别适合于高电阻率土壤地区使用。
若接地点周围为砂石或岩石地层，可用它构成特殊的“人工地”来解决一些接地工作中的疑难问题，而且本产品无污染、无毒害、抗腐蚀，使用也十分方便。
AT自动降阻接地模块之所以能获得低接地电阻的基本原因是在相同的外形尺寸，比较金属材料成倍地增大接地体和土壤层之间的接触面积，从而增大了接地体本身的散流面积；减少了接地体和土壤之间的接触电阻；本身具有很强的吸湿性和保湿性，充分发挥了接地体
中电解物质的导电作用。
5、优化降阻垂直接地棒技术措施
工程实践证明,增设垂直接地极对于降低地网接地电阻、接触电压和跨步电压是一种行之有效的方法。
增设垂直接地极对于降低接触电压和跨步电压具有非常显著的作用,当垂直极为12根时,接触电压就可降低约40%;当垂直极为32根时,接触电压可降低63.49%。
而降低接触电压正是电力系统接地安全设计的主要目标之一。
增设垂直极对于降低接触电压的原因主要有两点:
一是垂直极
的引入,降低了地电位升（GPR）,而接触电压及跨步电压均与GPR有着直接的关系。
二是因为增设垂直极后,大部分故障电流通过垂直极流入大地,相应减少了水平导体的散流量,因此地表面的水平方向电流密度大大减少,造成水平方向电场强度大大降低。
例如在垂直极为12根时,水平网流散的电流为25%左右,而垂直极流散的电流大约为75%。
而在土壤不均匀,特别是上层土壤电阻率明显大于下层土壤电阻率时,这一趋势更加明显,垂直极中流散的电流可达到总电流的90%。
因此在地面上引起的接触电压和跨步电压也会相应有较大幅度的降低。
实践结论：
1）将接地系统向纵深方向发展是提高高土壤电阻率地区及城区地网安全性的重要措施。
2）增加垂直接地极能有效地降低接地系统的接地电阻,但在有限面积的接地网上布置过多的垂直接地极时,降阻效果将趋于饱和。
3）增设垂直接地极对于降低接触电压和跨步电压具有非常显著的作用,一是垂直极的引入,降低了地电位升（GPR）,而接触及跨步电压均与GPR有着直接的关系。
二是因为增设垂直极后,大部分故障电流通过垂直极流入大地,相应减少了水平导体的散流量,因此地表面的
水平方向电流密度大大减少,造成水平方向电场强度大大降低。
4）垂直接地极能有效减小季节因素对地网安全性能的影响
实践应用：
采用AT优化降阻垂直接地棒深打方法。
可以发挥垂直极最大的应用效果。
由多根钢棒，通过螺纹联轴器连接而成的接地体。
用于深度接地。
每根地棒两端均制成细螺纹，且截平倒角，以便提高插入大地时施加的受力面。
（1）、驱动头：
作为接地体附件安装在接地体头端，供施工时便于埋入土壤中。
（2）、端盖：
接地体在打入大地时的受力体，安装在接地体的顶端。
可多次使用。
AT优化降阻垂直接地棒是用特殊的电铸技术将99.9%的纯锌均匀覆盖到低碳钢芯上，具有锌层厚（0.25mm以上）、粘合度好、不剥离（可轧制螺纹）等特点。
它的优点是抗拉强度大（高达600N/mm2），耐腐蚀性强（可保证使用寿命在50年以上），有恒定的低电阻及良好的可塑性，既有与铜相同的导电性能又兼有钢材特性。
AT优化降阻垂直接地棒配有高强度特种钢材制成的驱动头和钻头，施工时可以轻易地将棒打入地下，深度可达30m以上，减少了施工时很多麻烦，降低安装成本。
AT优化降阻垂直接地棒接地材料构成的免维护接地装置，可减少很多为检查、维修、更换传统接地装置而付出的人力、物力、财力。
是当今国家电力部、建设部推荐的最佳接地产品，欧美国家均普遍采用这一新型材料。
本公司的产品填补了国内空白，赢得了用户的一致
好评。
5.2.5、等电位
5.2.5.1、等电位连接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。
5.2.5.2、在各后续防雷区之间交界处的等电位连接。
在LPZOA、OB和LPZ1之间交界处的等电位连接一般原则，也适用于各后续防雷区交界处等电位连接。
进入防雷区交界处的所有导电物以及电力线、通信线均应在交界处做等电位连接。
应采用一局部等电位连接带做等电位连接，各种屏蔽结构或其它局部金属物（如设备外壳）也连到该局部等电位连接带做等电位连接。
对用于等电位连接的线夹和SPD应个别估算其电流参数。
在各防雷区交界处的最大电涌电压应与所属各系统的承受能力相一致。
在不同交界处上的各SPD还应与其相应的能量承受能力相一致。
5.2.5.3、需要保护的空间内设备的等电位连接
根据雷电流分配，电子综合防雷系统，需要考虑保护的空间内设备的等电位连接。
将机房内的主机金属外壳、UPS及电池箱金属外壳、金属地板框架、金属门框架、设施管路、电缆桥架、铝合金窗的等电位连接，并以最短的线路连到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接的金属物上，且各导电物之间的尽量附加多次相互连接。
5．2．5．4根据最新国际标准TEC1312及国标GB50174-93，机房安装等电位接地网,施工如下：
在机房防静电地板下，建一等电位均压环做成等电位网。
并安装接地端子箱；
机房活动地板、活动地板支架、墙面龙骨、天花支架全部与接地等电网做可靠连接；
计算机安全保护地、直流逻辑地全部接到等电位网上。
——计算机机房电源及地网工程方案
第六章、售后服务条款
6.1由本公司实施的防雷工程验收合格后，我公司将于壹年保证期内定期于每年雷雨季节来临之前免费上门检测一次，以确保贵单位的防雷系统处于正常工作状态。
6.2客户要求现场技术支持时，我公司将尽快指派技术支持人员提供协助。
广州市内现场技术支持反应时间不超八小时。
6.3本公司长期免费为客户提供技术咨询服务，
升级会员 