机房防雷方案分析解析.docx

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机房防雷方案分析解析

计算机机房

防雷工程

设

计

方

案

设计：

校核：

批准：

2008年8月

一、概述2

二、雷电防护原理5

三、设计原则及依据7

四、现场勘查报告7

五、设计方案8

六、产品介绍11

七、服务承诺14

八、供货清单15

一、概述

众所周知，雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。

雷击所造成的破坏性后果体现于下列四种层次：

1）建筑物毁坏及引起火灾；2）设备损坏，人员伤亡；3）设备或元器件寿命降低；4）传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。

目前，世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。

用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。

但是，随着现代电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用和联网，避雷针对这些电子设备的保护却显得无能为力。

避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。

对于雷雨多发地区，计算机房必须设计、安装防雷系统装置进行保护。

1、综合防雷介绍

系统防雷是一项综合性工程，主要包括外部防雷和内部防雷两个方面:

外部防雷包括：

避雷针、避雷带、引下线、接地极等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄入大地。

内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。

主要以空间屏蔽、等电位连接、减少接近耦合、过电压保护等措施，通过在需要保护设备的前端安装合适的避雷器即过电压保护，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。

将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地。

2、雷电危害

对电子设备的危害，主要由以下四方面造成的①直击雷；②传导雷；③感应雷；④操作过电压。

直击雷：

雷电直接击中建筑物，雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄放到大地，其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流，其中5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流，其余的雷击能量通过建筑物的其他金属管道、缆线分流。

这里的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化。

传导雷：

（雷电波侵入）：

在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。

其中地电位反击也是传导雷中的一种：

雷电击中附近建筑物或附近其他物体、造面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。

雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵，雷电沿建筑物内部设备形成地电位反击。

感应雷：

（雷电波感应）：

在周围1000公尺左右范围内（有资料为500公尺或1500公尺，距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化）。

发生雷击时，LEMP在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。

因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。

随着现代高科技的发展，精密仪器，通讯设备，数据网络的应用越来越广泛，因而感应雷造成的雷击事故也越来越多，除直接造成了巨大的经济损失外，因重要设备损坏使系统网络陷入瘫痪后造成间接的损失更是惊人。

操作过电压：

随着一座座智能化大厦拔地而起，开关及冲击性设备大量使用，使得供电回路中产生了大量的过电压，称之为操作过电压，这种过电压严重威胁着电子设备的电磁环境。

二、雷电防护原理

1、直击雷的外部防护

虽然有不少专家学者在努力的研究有效的防止直击雷的方法，但直到今天我们还是无法阻止雷击的发生。

因此，了解并且采取积极的防雷措施是十分必要的。

以下就防雷措施作简单介绍。

接闪器：

避雷针及其变形产品避雷线、避雷带、避雷网等统称为接闪器。

历史上对接闪器防雷原理的认识产生过误解。

当时认为：

避雷针防雷是因为其尖端放电综合了雷云电荷从而避免了雷击发生，所以当时要求避雷针顶部一定要是尖端，以加强放电能力。

后来的研究表明：

一定高度的金属导体会使大气电场畸变，这样雷云就容易向该导体放电，并且能量越大的雷就越易被金属导体吸引。

这样接闪器的防雷是因为将雷电引向自身而防止了被保护物被雷电击中。

引下线：

引下线的作用是将接闪器接闪的雷电流安全的导引入地，引下线不得少于两根，并应沿建筑物四周对称均匀的布置。

对于框架结构的建筑物，引下线应利用建筑物内的钢筋作为防雷引下线。

采用多根引下线不但提高了防雷装置的可靠性，更重要的是多根引下线的分流作用可大大降低每根引下线的沿线压降。

其目的是为了让雷电流均匀入地，便于地网散流，以均衡地电位。

同时，均匀对称布置可使引下线泄流时产生的强电磁场在引下线所包围的建筑物内相互抵消，减小雷击感应的危险。

接地体：

接地体是指埋在土壤中起散流作用的导体，接地体应达到效果：

提供低阻抗泄放通道，共用接地系统应小于10Ω。

2、感应雷的防护

前面已提到感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，其实感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：

在雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就在电路中形成电脉冲。

二是电磁感应：

在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。

研究表明：

静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。

感应雷可以通过电力电缆、视频线、网络线和天馈线等侵入，由于电力电缆的距离长且对雷电波的传输损耗小，所以由电源侵入的感应雷造成的危害十分突出。

因此，对建筑物内的系统设备进行感应雷防护时，电源是重点。

感应雷还可以通过空间感应侵入通信站的内部线路，虽然经过建筑物和机壳的屏蔽衰减后其能量大为减小，但站内许多电信设备的抗过压能力也很弱，如果处理不当也可能造成设备故障。

对感应雷的防护主要采用等电位连接、屏蔽的措施，加装浪涌保护器实际上是上述措施的一种具体措施。

等电位连接：

各种系统的防雷要求种类很多，但其防雷思想是一致的，就是努力实现等电位。

绝对的等电位只是一个理想，实际中只能尽量逼近，目前是综合采用分流、均位、屏蔽、接地等方法来近似实现等电位。

（见下图）

三、设计原则及依据

1、设计原则

本设计方案遵循“先进、可靠、实用、美观、经济”的设计原则。

先进性：

防雷系统采用国际、国内先进的技术、设备和工艺；

可靠性：

确保防雷系统的连续可靠运行，同时确保其他系统的连续可靠运行；

实用性：

防雷系统建设后，使系统遭受雷击损失的概率降低到最低水平，确保人员和设备安全，达到建设本系统的价值；

美观性：

防雷系统布局合理，与内外装修相互兼容，达到功能与美观的辩证统一。

经济性：

在确保先进、可靠、美观的前提下，采用性价比高的产品和工艺，力求节约工程费用。

2、设计依据

《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94-2000年版）

《电子计算机房设计规范》（GB50174-93）

《电子设备雷击导则》（GB7450-87）

《雷电电磁脉冲的防护》（IEC1312-1，2，3）

《建筑物防雷》（IEC1024-1：

1900）

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）

《计算机场地安全要求》（GB2887-89）

四、现场勘查报告

根据江苏省和无锡市气象部门气象统计资料显示无锡的年平均雷暴日为41.1天，属于高雷区。

惠山开发区派出所监控机房位于新建开发区派出所大楼四楼东侧，与综合布线机房公用；所有外部进线由弱电竖井引入机房；弱电竖井设置垂直金属桥架，机房铺设防静电地板；机房供电电源内由大楼总配电室专线引入，机房预留等电位汇流端子排。

开发区派出所整修机房分为东西两个区域，东边为机柜及设备区，为配线系统、网络系统、服务器、通信、有线电视设备以及监控系统的光纤引入柜、矩阵系统、硬盘录像机机柜及UPS电源；西边为监控室，设置电视墙及控制台及UPS电源。

总配电柜在西区，电源经桥架引入两台UPS主机，东区设备全部为UPS供电，西区部分设备由UPS供电，大楼内部监控及周界报警系统供电由机房UPS电源集中供电。

机房防雷电保护必须考虑大楼的建筑物避雷装置可确保本建筑物本身免遭雷击损坏和人身安全，因整栋建筑物为新建筑物，有完善的建筑接地系统，我们将重点保护的范围集中在监控机房的范围内，做3级防雷，以LPZ0A放雷区与机房范围的界面为屏障，在这里将所有可能雷电入侵渠道全部切断。

运用DBSE技术，并合理选用防雷设备，来实现我们的目的——即对监控机房实现系统防雷保护。

五、设计方案

1、方案目的

1）建立完善的接地系统，将雷电波产生雷电流、静电顺畅泄入大地，使得机房的设备得到基本的保护。

2）对机房的整个电源系统做一全面的防雷波侵入的措施，防止雷电波产生的过电压过电流侵入机房，致使用电系统给设备造成危害。

3）防止雷电波沿天馈线进入网路系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通讯设备损坏。

4）防止雷电波通过网络通信有线线路（如光缆、帧中继、X·25专线、电话线等）侵入，致使线路损坏;同时侵入到网络系统内，造成设备损坏。

2、设计要点

1）将外部防雷和内部防雷措施协调统一，按照工程要求，全面规划，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

2）电源系统雷电波侵入的防护做到分级泄流、层层设防。

3）选用合适的信号浪涌保护器，既要保证设备的安全，又要保证信号的稳定可靠传输。

3、方案设计

1）机房接地系统：

机房采用联合接地。

即：

机房接地与大楼防雷接地公用接地系统。

在机房设等电位接地端子箱（MEB）；由大楼接地体引至大楼总等电位连接箱的接地线为-25×4mm的专用接地线，接地线从共用接地装置引至总等电位接地端子板，再分别用两根-25×4mm的接地线沿大楼弱电井引入机房的MEB。

机房的MEB与机房预留的等电位汇流端子排相连。

以上接地线均用绝缘套做绝缘防护。

交流工作接地、安全保护接地取自机房总配电柜N线和PE线，机房所有用电设备的金属外壳和金属支架应与保护接地线（PE）连接。

连接线用BVR16mm2等电位连接线。

2）机房等电位连接：

机房等电位连接系统采用30×3mm紫铜排成M型等电位接地网络。

由等电位端子排LEB引到各机柜的专用接地支线和机房内各电子设备的专用接地支线。

机房内金属门、窗及金属构件等，均要可靠接地。

接地采用BVR6mm2的等电位接地线。

3）电源浪涌保护器：

机房的供电方式采用TN—S。

供电线路按照LPZ的划分，通过加装浪涌保护器对雷电波产生的过电压及过电流进行逐级防护。

对主机房而言，采取三级防护。

一级浪涌保护器:

安装在大楼总配电室机房专线电源进线处，对雷电流做第一级泄放，我们选用IT-B25/4电源浪涌保护器。

二级浪涌保护器：

安装在机房配电盘处，对于雷电流做进一步泄放，我们选用IT-C23/4电源浪涌保护器

三级浪涌保护器:

安装在机房两组UPS系统的电源进线端，作为末级防护，使得用电设备得到最精细的保护，达到它的安全要求。

我们选用IT-D13/4电源浪涌保护器。

电源浪涌保护器的安装规范：

一级浪涌保护器相线连接后备保护装置、后备保护装置连接浪涌保护器的连接线为BVR16mm2，浪涌保护器与等电位端子排连接线为BVR25mm2。

二级浪涌保护器相线连接后备保护装置、后备保护装置连接浪涌保护器的连接线为BVR10mm2，浪涌保护器与等电位端子排连接的连接线为BVR16mm2。

4）信号浪涌保护器：

楼房顶层的超短波天馈系统存在雷击隐患，必须安装天馈浪涌保护器，防止雷电波通过天馈线侵入到机房的设备，造成设备损坏。

我们在LPZ0B区和LPZ1区交界处，天馈线进入机房处各安装一只ITT-BNC/75电涌保护器。

机房的有线电视系统存在雷电波侵入的隐患，我们采用ITT-N/75电涌保护器对其阻止。

我们保证网络设备及计算机的安全，我们用RJ45电涌保护器替代传统的交换机。

型号为IT-RJ45/24。

周界报警系统的电源侧配置IT-D148电源浪涌保护器，485总信号线配置一只IT-CH2/DC12的信号浪涌保护器。

5）视频监控浪涌保护器：

户外摄像机、云台解码器等设备和电源、信号线路遭到直接雷击后，线路中的大电流窜入建筑物内部，从而引起对内部设备的损坏，或当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间的电源线、信号线、数据线感应过电压，传至设备，使之损坏。

视频信号的防雷电波措施：

视频捕捉侧安装三合一浪涌保护器（电源浪涌保护器、控制信号浪涌保护器、视频信号浪涌保护器）,型号为IT-SP/BNC+2。

在监控室内的监控主机或距阵视频线路的前端，安装二合一视频信号防雷器和控制信号防雷器，作为对监控主机的信号防护，型号为IT-SP/BNC+1。

6）施工规范：

所有设备、器具及金属接地必须直接与等电位端子排连接，严禁串联连接。

螺栓连接紧密牢固，有放松措施。

接地线及保护线与设备，有可靠的电气接触。

接地线与接地线连接采用焊接搭接时，其搭接长度不小于接地线宽度的2倍。

焊接的地方必须做防锈处理。

光纤的加强筋必须与等电位端子排电气连通。

等电位连接导线应使用具有黄绿相间色标的铜质绝缘导线。

电源线路的各级浪涌保护器（SPD）应分别安装在被保护设备电源线路的前端，浪涌保护器各接线端应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。

浪涌保护器的接地端与配电箱的保护接地线（PE）接地端子板连接，配电箱接地端子板应与所处防雷区的等电位接地端子板连接。

各级浪涌保护器（SPD）连接导线应平直，其长度不宜超过0.5m。

接地线在穿越墙壁、楼板和地坪时应套钢管或其它非金属的保护套管，钢管应与接地线做电气连通。

六、产品介绍

我们为贵工程提供的所有浪涌保护器产品都是成熟可靠的产品，在江苏省和无锡气象局都有备案。

一级浪涌保护器：

IT-B电涌保护器适用于交流50/60Hz、380V及以下的TN-S、TNC、TN-C-S、TT、IT等供电系统，用在LPZ0与LPZ1交界面处的等电位连接，对电网因雷击或浪涌过电压进行保护。

性能介绍：

供大的通流容量，残压电压低，快速响应；具备并联冗余保护模式；故障告警功能，遥信触点。

35mm标准导轨安装，可实现凯文接法。

工作温区-40～+80°C，外壳保护等级IP20。

安装位置：

安装0～1交界面，用于大能量的雷电防护；可安装于配电柜内。

技术参数：

型号

Iimp

（10/350）

Imax

（8/20）

最大持续运行电压

响应

时间

Uc～

Uc-

IT-B25

15kA

420V

100kA

560V

2500V

≤5ns

二级浪涌保护器：

IT-C电涌保护器适用于交流50/60Hz、380V及以下的TN-S、TNC、TN-C-S、TT、IT等供电系统，用在LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3交界面处的等电位连接，对电网因雷击或浪涌过电压进行保护。

性能介绍：

提供大的通流容量，残压电压低，快速响应；可热插拔；故障告警功能，遥信触点。

35mm标准导轨安装。

具有军品级、工业品及民品级三个等级。

工作温区-40～+80°C，外壳保护等级IP20。

安装位置：

安装1～2或2～3交界面，用于中等能量的雷电防护；可安装于配电柜内。

技术参数：

型号

Imax

（8/20））

（8/20）

最大持续运行电压

响应

时间

Uc～

Uc-

IT-C23/4

40kA

20kA

385V

505V

1500V

≤5ns

三级浪涌保护器：

IT-D电涌保护器适用于交流50/60Hz、380V及以下的TN-S、TNC、TN-C-S、TT、IT等供电系统，用在LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3交界面处的等电位连接，对电网因雷击或浪涌过电压进行保护。

性能介绍：

提供大的通流容量，残压电压低，快速响应；可热插拔；故障告警功能，遥信触点。

35mm标准导轨安装。

具有军品级、工业品及民品级三个等级。

工作温区-40～+80°C，外壳保护等级IP20。

安装位置：

安装1～2或2～3交界面，用于中等能量的雷电防护；可安装于配电柜内。

技术参数：

型号

Iimp

（10/350）

Imax

（8/20））

（8/20）

最大持续运行电压

响应

时间

Uc～

Uc-

IT-D13/4

25kA

10kA

385V

505V

1500V

≤25ns

ITT系列电涌保护器：

ITT系列同轴信号电涌保护器，适用于闭路电视监控系统、保安系统、卫星通信系统和同轴信号传输的计算机网络等系统；产品根据信号传输系统信号幅值低，传输频率高、抗干扰能力弱，易遭受雷电浪涌、网络过电压损坏等特点而进行设计，产品具有BNC、N、TNC、L9、CC4、FL10等多种同轴接口。

安装位置：

安装于LPZO区至LPZ3区的BNC、N、TNC、L9、CC4、F10接口上。

用于闭路电视系统，监控、保安系统，同轴信号传输的计算机网络系统，卫星通信系统VSAT。

技术参数：

通流量

5kA（8/20）μs

额定电压

12V

保护水平

<35V

传输速率

16Mbit/S

阻抗

75Ω

50Ω

响应时间

10nS

RJ45浪涌保护器：

IT-RJ45/24、16、8多路网络信号浪涌保护器适用于网络站、计算站、数据交换网等系统网络线路的浪涌保护，具有多级保护、残压低、传输性能优异、响应快速、寿命长等特点。

可保护各种网络系统设备免受来自信号传

输线的感应雷击和浪涌电压带来的危害。

安装位置：

安装于LP1至LP3区之间的RJ45接口，用于各种计算机网络（以太网、局域网、令牌网）、服务器、路由器、HuB、宽带。

技术参数：

额定电压12V

限制电压<35V

通流量5KA/（8/20）μs

响应时间10nS

插入损耗<0.2dB

接口RJ45

IT-SP多合一电涌保护器：

IT-SP视频信号多合一电涌保护器是用于安防监控系统的音、视频信号多合一集中保护，适用单相交流供电带云台控制摄像机。

具有多级保护、残压低、传输性能优异、响应速度快、寿命长等特点。

可保护各种来自信号传输线的感应雷和浪涌电压带来的危害。

安装位置：

安装于LPZ0至LPZ3区之间的BNC、N、TNC、L9、CC4、F10接口上，用于闭路电视、监控、保安系统，同轴信号传输的计算机网络系统，卫星通信系统VSAT。

技术参数：

型号

指标

IT-SP/

BNC+1

BNC+2

视频信号保护

最小钳位电压

17V

保护水平

35V

通流容量

4kV

电源保护

最小钳位电压

400V

30V

保护水平

800V

65V

通流容量

10kV

控制信号保护

最小钳位电压

18V

30V

20V

保护水平

35V

65V

35V

通流容量

10kV

5kV

七、服务承诺

1、售前的技术服务

本公司有专业防雷工程师在用户的售前服务过程中负责向用户提供技术服务。

其中包括：

用户的技术咨询；

详细的现场勘察；

协助用户确定相应的保护设计的种类、数量；

提供用户须防护现场的建议性设计方案；

确定合理安装场地；