学校机房防雷方案--二级模块高配置.doc
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学校教育信息化建设项目
计算机网络教室
防雷设计方案
贵阳金利沅科技有限公司
2010年7月
目录
一、公司简介
二、前言
三、客户需求分析
四、雷电知识简介
五、雷电防护简介
六、雷电方案设计依据
七、雷电设计方案
八、售后服务承诺
九、附件及设计图纸
一、前言
GB50057-1994是采用我国历来习惯规定的防雷办法，即防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入。
IEC61024-1将防雷分为外部防雷和内部防雷。
所谓外部防雷就是防直击雷，不包括防止防雷装置受到直接雷击时可能产生向其它物体反击；内部防雷包括防雷电感应、防反击、防雷电波侵入和防生命危险。
对于计算机场站工作环境的防雷、过电压保护、接地装置已经成为机房建设方案中的必要因素。
由于许多形式的电子系统（包括计算机、通信设备、工控系统等）统称为信息系统的应用日渐增多，其耐冲击电压承受能量的能力极低，雷击可能使其设备损坏、运转中断、数据丢失，给工作人员和设备安全带来了极大的隐患。
电子信息系统设备不同于一般的电气设备，因为电气设备具有较高的抗感应脉冲过电压的能力，而电子信息设备则不具备这种能力。
1、电子信息设备抗感应脉冲过电压的能力低下，易受感应脉冲过电压的袭击。
电子信息设备的信号工作电压也越来越低，现已降到直流10V以下，有的已降到直流5V以下，所以这种产品的电磁兼容能力很差，很容易受感应脉冲过电压的袭击。
2、电子信息设备受雷击的概率较高。
一般电气设备主要是防直击雷的危害，直击雷的概率相对较低；而电子信息设备不但要防直击雷还要防感应雷的危害，而感应雷的概率比直击雷高得多。
3、系统复杂、设备较多、线路较长。
电子信息设备是有信息采集、加工处理、传输、检索等众多环节组成，系统较复杂、设备较多，价格昂贵。
因此在电子信息系统中，应将外部和内部防雷措施整体统一考虑，才能使建筑物及电子信息系统防雷做到安全可靠。
同时国家及地方政府分别以法规、标准和地方政令的形式进一步加以规范并强制执行。
由于电子信息系统多为弱电设备，耐压值很低。
因此，在网络工程的设计和施工中，必须优先考虑保护人和网络设备不受雷击的侵害，在考虑建筑物防雷的同时，还必须考虑计算机及其它弱电耐压设备的防雷。
电子信息系统的防雷必须坚持预防为主、安全第一的原则，进行全面规划，做到安全可靠、技术先进、经济合理。
一、客户需求分析
自然灾害很多，而雷电灾害是普遍存在的，特别在有些地区非常频繁，雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。
全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失还是不计其数，以此导致火灾、爆炸、建筑物毁坏等事故频繁发生，从卫星、通信、导航、计算机网络直到每个家庭的家用电器都遭到雷电灾害的严重威胁。
据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000人左右，财产损失在几十亿元人民币。
近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，我国的雷电灾害近几年忽然呈现新情况，当各行各业采用微机弱电子信息新技术之后，因为雷电过电压侵袭造成的经济损失，远远超过被损坏的微机本身。
XXX多媒体语音教室的重点电子信息系统包括：
计算机网络、电教设备、大屏幕显示、投影设备等，这些系统是XXX多媒体语音教室用于实现现代化办公、多媒体演示\教学等设备。
这些弱电子系统设备很容易成为雷电浪涌过电压波的侵袭对象，其后果可能使整个系统运行中断，并造成难以估量的安全事故和经济损失。
二、雷电知识简介
雷电已被列入对人类社会危害极大的八大自然灾害之一，感应雷击可简单地理解为雷击引起的很高的过电压（过电流）及强烈的电磁场，其主要危害对象是电气和电子设备。
这些系统设备如遭雷击损坏，其损失是巨大的。
包括三方面：
u首先是设备损坏所造成的直接经济损失。
u其次是重要数据丢失。
u再次是XXX单位的正常工作受到影响。
雷电是一种大气物理现象，自古有之。
最初，人类对雷电现象的认识主要体现在人能直接感觉到的“雷声”、“闪电”上。
由于时代知识所限，雷电中的很多现象不能理解，于是就将雷电“神化”了。
直到18世纪中以富兰克林为代表的科学家创造了雷电基本理论并发明了避雷针，人类对雷电从此有科学的认识。
200多年以来，经过几代科技工作者的不断探索和研究形成了较为成熟的现代雷电理论。
自从有文字记载以来，就记录着雷电给人类带来的各种灾难：
雷电毁坏建筑物、损坏财物、伤害生灵等，已是网络社会的今天，雷电又毫不留情地将各种网络损坏，给人们的日常生活带来极为的不便。
如我国山东黄岛油库雷击引起特大火灾，死伤100多人，毁掉数万m3的原油，这可是血的教训。
1987年美国弗吉尼亚州罗普斯岛的火箭发射场上，有五枚准备发射的火箭，其中三枚因雷击而自然点火升空，损失严重，雷击对电力系统的破坏造成重大损失事件也时常发生。
对于雷电灾害这一点人们已经是深有体会了。
但很少人知道雷电还是人类的保护神，在地球的上空有一层带正电荷电离层，它能屏蔽来自太空的各种能伤害生命的射线，但此电离层正以1800A的电流对地放电，如电离层的电荷得不到补充，则此电离层不久就会消失，人类也就失去了生命保护层，地球上的生命就会被来自太空的射线所杀死而最终灭迹，然而雷电不断地为此电离层补充电荷，使得电离层的电荷大体保持平衡，人类才永远拥有保护层，因此，地球有今天的文明，雷电功不可抹。
雷击分类
现代雷电理论将雷击分三类：
直接雷击、感应雷击和球形雷。
其中球形雷发生的几率很小，而且理论界对它也没有统一的认识，因此，我们重点讨论人们经常见到的直接雷击和感应雷击两种
直接雷击的定义：
雷云之间及雷云对地的迅猛放电称直接雷击，前者称云闪，后者称地闪，后者的危害性最大。
这一放电过程会产生强烈的闪光和巨大的声音，这就是平常人们能感觉到的闪电和雷声。
雷云是带电的云，可能带正电荷，也可能带负电荷，也可能是同时带有正负两种电荷。
大多数雷云是上层带正电荷下层带负电荷，雷击后下层的负电荷放掉了，剩下上层的正电荷刚好补充地球上空的电离层。
直接雷击的危害：
直接雷击（地闪）的过程是：
当雷云对某点（野外的任何物，如人、建筑物等）的电场强度达到一定值时，雷云就击穿空气对此点放电，雷电经此点到大地，如果此点是野外的建筑物、森林、人畜等，则强大的雷电流会对其造成不同程度的损坏。
表征一个地方直接雷击的情况通常用雷电日（年平均雷击天数），晴隆县的雷电日数大约70d/a。
直接雷击的特性：
直接雷击的特性也就是雷云放电的特性，放电实际上是一种电子的流动，也就是电流，因此，可以认为直接雷击的过程是一种电流（常称雷电流）流动的过程，只是雷电流除了电流的一般特性外，主要是峰值高（KA级以上）、持续时间短（微秒级）。
IEC（国际电工委员会）推荐的直接雷击雷电流波形如图3，直接雷击雷电流可认为是一个峰值为约200KA内，持续时间为μs级的脉冲波。
IEC1312-1对不同的建筑物提出了几种不同的直接雷击雷电流的特性参数。
如表1
表1直接雷击电性能参数
雷电流参数
保护级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ——Ⅳ
I峰值（KA）
200
150
100
T1波头时间（μs）
10
10
10
T2半值时间（μs）
350
350
350
对于一些易燃易爆的地方应取Ⅰ级，一般的企事业单位大楼应取Ⅱ级，一般的民房取Ⅲ——Ⅳ级。
电力系统取Ⅱ级。
感应雷击的定义：
直接雷击发生后由于电磁感应或静电感应而产生的雷击，常称二次雷击。
感应雷击的危害：
感应雷电是沿导体传播并将与导体相连接的电器设备损坏。
它的主要破坏对象是弱电子设备，由于雷电流可沿导体传到很远的地方，因此，感应雷击的破坏面很广，人们经常遇到的没有感觉到有雷击而设备损坏了的情况，这是远处的感应雷电流传过来所致。
kA
200
50
90%
I
100
10%
T2=350μs
T1=10μs
0
图3直接雷击雷电流波形
tμs
20
10
0
kA
I
30
90%
10%
T2=20μs
T1=8μs
tμs
图4感应雷电流波形
静电感应：
当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面建筑物及金属导体等都由于静电感应的作用带上异性的电荷。
由于从雷云的出现到发生雷击（主发电）所需要的时间相对于主放电过程的时间要长的多，因此大地可以有充分的时间积累大量电荷。
同样，与雷雨云先导通道下端靠近的电力线、信号线路的长导体受到很强的电场力作用，积聚起大量异性电荷，如下图所示，这些异性电荷与先导通道内的电荷之间有电力线相连，是被束缚住的。
主放电通道
（a）
（b）
放电先驱
雷云下的静电感应
当下行的梯式先导接近地面时，产生回击放电，主放电通道的电荷与地面积累的大量电荷迅速中和而消失。
这时长导线上积聚的电荷就可以自由运动，其产生的高电压沿导线以近似于光速向导线两端传播，这就称为感应过电压波，是一种脉冲波形式，如上图（b）所示。
这高压脉冲波的峰值在高压架空线路可达300～400KV，一般低压架空线路可达100KV，电信线路可达40～60KV，建筑物也可以产生相当高的有危险的电压。
这种由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用，对于建筑物内部的金属构架与接地不良的金属器件之间容易发生火花。
电磁感应：
由于雷电流有极大峰值和陡度，在它周围的空间出现瞬变电磁场，处在这瞬变电磁场之中的导体会感应出较大的电动势。
a
b
L
X
500
2500
10000
20000
30000
5
10
20
50
100
200
方环至避雷针的距离D（m）
I2=100KA
I1=50KA
I
电磁感应原理图5m×5m金属环上的开口感应电势
例如在避雷针引下线附近放置电子设备内有开口金属环，如电磁感应原理图所示，当有突发雷电流下引时，环上的感应电势足以使间隙a、b放电，损坏微电子设备内部结构或引起火灾。
根据分析得知，在避雷针引下线附近开口金属环上最大感应电势：
Em=2×10-7L·ln（L+X）/X·dl/dt
如果金属环边长L=5m，则金属环开口处的电压与金属环避雷针距离之间的关系如5m×5m金属环上的开口感应电势图所示。
图中闪击电流峰值分别选50KA、100KA（这是较常见的闪击电流峰值）。
通常雷电闪击电流波形前沿为2～5μs，这里取2.5μs。
从图中可以看出，一个5m×5m的开口金属框，在雷电流峰值为100KA时，距离雷击点200m处也可以感应到1KV左右的电压。
机房微电子设备内一个很小的开口金属环，在紧靠避雷针引下线处放置，当有雷闪电流通过引下线入地时，在小金属环开口处可感应出高达几千伏的高电压，这高电压足以击坏附近的电子元器件，从而使这台微电子设备损坏。
感应雷击的特性：
感应雷电实际上是一个峰值高持续时间μs级的脉冲电流（或电压），又称为浪涌电流（或浪涌电压）。
感应雷电流的波形与直接雷击的雷电流波形相比，感应雷电流峰值低，半值时间短。
从能量角度来讲，10/350波是8/20波的5倍以上。
可见直接雷击比感应雷击要强烈得多。
感应雷击的强度也即感应雷电流的大小，是防雷工作中最重要的一个应搞清的实地参数。
关于感应雷电流的大小，我国的一些相
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