防雷接地系统方案.docx
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防雷接地系统方案
第一部分工程概况与用户需求
一、工程概况
根据贵州武警办公大楼工程所处地区的雷电等级与建筑防雷接地系统弱电设计规范，对本工程整个智能化系统及弱电机房和弱电间进行完整的接地设计，以保证本工程智能化系统能安全运行。
二、用户需求分析
目前各种建筑大多数仍采用避雷针（带）保护建筑物的安全，经多年使用避雷针（带）防止直击雷害，不但是行之有效的方法，而且是非常经济的措施。
但是，随着现代电子技术的不断发展，精密电子设备被广泛应用在各行业的计算机、通信网络的运行系统中。
这些高精度的微电子计算机设备内置大量的CMOS半导体集成模块，导致过压、过流保护能力极其脆弱。
（美国通用研究公司提供磁场脉冲超过0.07高斯，就可引起计算失效；磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏。
）无法保证在特定的空间遭受雷击时仍能安全运行。
我方考虑建筑物实际环境因素和用户实际需要而设计一套比较完整而易于操作的防雷设计及安装技术的防雷方案，从而达到保障整个智能化系统及弱电机房和弱电间设备系统安全地运行的建设初衷。
第二部分初步设计方案
一、系统分析
其中包含：
建筑物和计算机房的安全要求；避雷装置的技术要求；
从现场察看，能够引入机房内部线路的浪涌电压和操作过电压主要有：
1、避雷针在拦击大电流（一般为超过40KA）先导并经引下线入地的过程中，在周围空间产生很强的电磁场，此时大厦内部的电源线、数据线因受感应电流的冲击而损坏。
2、
雷电的“绕击”现象引起的对内部设备的感应雷击。
这种绕击电流往往为10KA左右，接闪器无法吸引它，它的先导可能闪击建筑物的某个部位，建筑物内的电子设备就会被感应雷电流击毁。
3、户外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。
4、操作过电压引起的危害，这大多发生在电感、电容性设备的开关（例如电梯的启停）、输电线路的短路、周围大容量工业设备运行时产生的干扰。
操作过电压在电源线上会产生5000-6000V、3KA的浪涌过电压及浪涌电流，它们窜入弱电设备内同样会产生很大的破坏性后果。
从以上引入的雷电流的分析中可以得出：
在整个弱电电子设备防雷系统工程中，除了有良好的避雷针、下引线和地网系统外，同时必须在电源系统、数据信号系统进行可靠、有效的防护工作，并具有可靠的接地装置。
本方案所采取的措施正是基于以上分析，从各种可能引入雷电流和感应浪涌及各种过电压的电源和数据信号线路入手，选用世界一流的电源及数据信号防雷器件对建筑物内设备及其它重要终端进行保护。
由于建筑物在其顶部已安装了避雷针和女儿墙避雷带装置，且下引线与建筑主钢筋相连接，其地网情况较好，同时采用联合接地方式，设备防雷工程的重点放在因雷击或线路过电压产生的浪涌过电压和浪涌电流而导致对内部设备的损坏的防护。
A、机房与弱电间在建筑物内部，而该建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。
这样就形成一个法拉第笼式接地系统。
它是消除地电位反击有效的措施。
应符合下列要求：
1、安装的避雷针或避雷线（网）应使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器保护范围内。
架空避雷网的网格尺寸不应大于5m*5m或6m*4m。
2、所有避雷针应采用避雷带互相连接。
3、建筑物应装设均压环。
4、防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环型接地体，通常每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω，本工程中采用联合接地，接地电阻不应大于1Ω。
B、机房内通信电缆以及地线的布放和连接，通过模拟不同的布线、屏蔽和接地方式时，空间电磁场对通信线路的电磁感应影响情况试验，对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式有如下要求：
通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。
通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁并沿建筑物立柱或横梁布线较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。
C、根据IEC（国际电工委员会）雷电保护区的划分要求，建筑物外部是直击雷的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区，为0区；建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,可将其分为1区、2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入（如图1）。
保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成。
电气通道以及金属管则通过这些界面，穿过各级雷电保护区的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。
进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处，以及终端设备的前端根据〈IEC61312—雷电电磁脉冲防护〉标准，安装上不同类别的电源类SPD（瞬态过电压保护器），以及通讯网络类SPD（如图2）。
SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。
选用和使用SPD注意事项：
应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。
在选用电源SPD时要考虑供电系统的形式、额定电压等因素。
LPZ0与LPZ1区交界处的SPD必须是经过10/350us波形冲击试验达标的产品。
对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的相容性。
SPD保护必须是多级的，例如对大楼电子设备电源部分雷电保护而言，至少应采取泄流型SPD与限压型SPD前后两级进行保护。
为各级SPD之间做到有效配合，当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规定要求时，应在两级SPD之间采用适当的退耦措施。
信号SPD应满足信号传输速率、工作电平、网络类型的需要，同时接口应与被保护设备兼容。
信号SPD由于串接在线路中，在选用时应选用插入损耗较小的SPD。
在选用SPD时，应让供应商提供相关SPD技术参数资料。
正确的安装才能达到预期的效果。
SPD的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行安装。
卫星接收机高频电缆在进入机房前其金属屏蔽外皮应接地。
D、等电位连接的要求：
实行等电位连接的主体应为：
设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道；供电线路含外露可导电部分；防雷装置；由电子设备构成的信息系统。
实行等电位连接的连接体为金属连接导体（如图3）和无法直接连接时而做瞬态等电位连接的电涌保护器（SPD）。
计算机房六面应敷设金属屏蔽网，屏蔽网应与机房内环形接地母线均匀多点相连。
通过星型（S型结构或网形M型）结构（见图4）把设备直接地以最短的距离连到邻近的等电位连接带上。
小型机房选S型，在大型机房选M型结构。
机房内的电力电缆（线）、通信电缆（线）宜尽量采用屏蔽电缆。
架空电力线由终端杆引下后应更换为屏蔽电缆，进入大楼前应水平直埋50m以上，埋地深度应大于0.6m，屏蔽层两端接地，非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平直埋50m以上，铁管两端接地。
二、设计依据
1依据国际电工委员会IEC标准、法国NFC标准、德国VDE标准和中国GB标准与部委颁发的设计规范的要求，该建筑物和大楼内之计算机房等设备都必须有完整完善之防护措施，保证该系统能正常运作。
这包括电源供电系统、不间断供电系统，空调设备、电脑网络、微波通信设备等装置应有防护装置保护。
2GB50057-94〈建筑物防雷设计规范〉
为使建筑物防雷设计因地制宜的采用防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠，技术先进，经济合理。
本规范不适用于天线塔，共用天线电视接收系统，化工厂户外装置的防雷设计。
3GB50174-93〈电子计算机机房安全设计规范〉
本规范适用于陆地上新建、该建和扩建的主机房建筑面积大于或等于140M2的电子计算机机房的设计。
而本规范不适用于工业控制用计算机房和微型计算机机房。
为了使电子计算机机房确保电脑网络系统稳定可靠运行和保障机房安全使用，应符合现行有关标准规范的规定。
4GB2887-89〈计算站场地技术文件〉
本标准规定了计算场地技术要求与测试方法，并适用于各类地面计算站依据计算站的性质、任务、工作量的大小，计算机类型的不同，计算机对供电、空调等的要求。
至于测试方式从环境因素的不同采用合适测试仪表，这包括磁场干扰环境场强的测试和接地电阻测试。
5GB9361-88〈计算站场地安全要求〉
本标准规定了计算站场地的安全要求，并适用于各类地面计算站，不建站的地面计算机机房，按本标准对计算机机房的有关要求执行；改建的或非地面计算机机房可参照本标准执行。
至于计算机机房的安全分类为A、B、C三个基本类别，因应实际设备和环境需求选择在安全机房下操作。
6JGJ/T16-92〈民用建筑电气执行规范〉
为在民用建筑电气设计中更好地贯彻执行国家的技术政策，作到安全可靠，技术先进、经济合理、维护方便。
本规范使用于城镇新建、改建和扩建的单体及群体民用建筑的电气设计，并应选用合适的定型产品及经过检测的优良产品。
7GA173-1998〈计算机信息系统防雷保安器〉
计算机信息系统加装有效可靠的防雷保安器，是国际上通用的最有效的防护措施。
防雷保安器是保证计算机信息系统安全的专用产品，因此它应符合本标准的技术要求、实验方法、检验规则、标志、包装、运输及储存，并能有效防止感应雷电破坏该系统受保护设备。
8IEC1312〈雷电电磁脉冲的防护〉
本标准为建筑物内或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护；并对装有这系统（如电子系统）的建筑物评估LEMP屏蔽措施的效率的方法。
针对现有的防雷器（SPD）应用在防雷区概念安装上提出相关的要求。
9IEC61643〈SPD电源防雷器〉
本标准对电源防雷器用于交直流电源电路和设备上，额定电压在1000Va.c.或1500Vd.c.。
电源防雷器分级分类测试和应用。
10IEC61644〈SPD通讯网络防雷器〉
本标准对通讯网络防雷器用于通信信号网络系统，这类防雷器内置过压过流元器件，额定电压在1000Va.c.或1500Vd.c.。
电源防雷器分级分类测试和应用。
11VDE0675〈过电压保护器〉
过电压放电保护器（电源防雷器）适用于额定交直流电压在100V至1000V范围内之供电配电系统，对应于防雷器作出分级分类要求。
三、设计原则与设计特点
全系统的设计遵循以下设计原则：
1先进性
系统采用国际、国内的通行的先进技术，适应时代发展的需要。
2成熟性
以实用为原则采用成熟的经过工程检验的先进技术和产品。
方案设计中所选用的产品均应有成功的工程应用实例。
3开放性
采用开放的技术标准，避免系统互联或扩展的障碍。
4按需要集成
根据本工程的特点，按照需要分层次、分阶段实现集成。
5标准化
采用标准化的设计和标准化的产品。
6可扩展性
充分考虑未来发展，在系统设计时留有合理的冗余。
系统具有充分的扩展能务，为今后大楼业务发展的需求留有充分的余地。
7安全性、可靠性
包括系统自身的安全和信息传递的安全，以及运行的可靠性。
8设计、施工、运营与服务
强调以人为本的设计思想，为大楼的用户提供安全、舒适、方便、快捷、高效、节约的生活、工作环境。
四、系统设计方案
1、系统概述
根据“需求分析”及“设计依据”对防雷系统的要求，结合《电气施工图》的要求及具体实际情况设计计算机房及弱电间的接地、信号防雷、电源防雷方案，目的是为了保证智能化系统设备安全可靠的运行。
根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》和GB50174-93《计算机房防雷设计规范》的要求，进行检测。
电子计算机机房接地装置应满足下列接地要求：
交流工作接地，接地电阻不大于1欧姆；
安全保护接地，接地电阻不大于1欧姆；
直流工作接地，接地电阻应按计算机系统具体要求确定；
接地应接现行国标GB50057<<建筑物防雷设计规范>>执行。
一般地交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地、防静电及高频干扰接续地等接地共用一组接地装置时，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地共用一组接地装置，其接地电阻不大于其中最小值，并在防雷接地和其他接地体之间应采用OBO之防地电位反击的等电位连接保护器480进行保护。
结合本工程实际，由于采用联合接地即智能化系统的接地与首府广场的联合接地系统连接，接地电阻小于1欧姆。
本弱电系统防雷接地工程，主要目的是使电源系统、信号传输系统、数据处理系统免受雷电或其它强电磁脉冲的干扰，切实保障弱电系统设备安全可靠的运行。
本工程内有多种电子设备，还有其它的辅助电子设备如电源系统（UPS）、监控系统、消防系统等，这些都是弱电设备，容易受到雷电或其它强电磁脉冲的干扰。
还有可能受楼内空调、电梯、照明、电源设备的干扰。
为了确保数据中心的安全，首先要保证大楼有一个良好的联合接地系统，在此基础上，还要对电源系统、空调系统、监控系统、通信和数据系统等采取防雷保护措施。
所谓联合接地就是根据均压等电位原理，将大楼地线设计成立式的法拉第笼罩式结构，大楼的工作地、保护地和建筑物防雷地网共用一个联合地网。
本工程机房由配电室供电，电源的供电方式是采用两路电源互投，一个UPS供电。
电源进线引自大楼中心配电室，双路自动互投，380V/50HZ三相五线制，AT柜自动控制。
进线电源由电缆引入本配电室。
大楼外部防雷工程按三类防雷设防，采用联合接地方式。
配电保护系统为TN-S系统。
电源进户处PE线重复接地，进户后PE线与N线严格分开。
地电阻R＜1Ω。
2、方案设计
2．1、供电（电源）系统与信号防雷设计
一般在大厦变压器的低压输出端采用第一级电源大通流量型防雷器可采用MC50-B、MC125-B/NPE、V25-B等系列产品，每路进线安装一套设备。
在网络机房、弱电机房、弱电间配电箱及大楼的分层配电箱内安装第二级电源防雷器，可采用V20-C/3+NPE-AS产品。
在服务器、计算机、控制器等重要设备前端安装第三级电源防雷器，对设备采用一级（C级）防护，可采用CNS3-D-GB产品。
参考规范：
信息产业部规定所有的通讯和电子设备的电源输入端要加装C级防雷器。
对分电柜的每个回路加装C级防雷器。
在空调前加装V20-C/3-AS产品，保护机房空调，在空调室外机前加装V20-C/3-AS产品，保护空调和空调室外机，防止雷电反串入电源系统。
在计算机直流地与系统防雷地之间加装480地极防雷器（为暂态器），防止直流被工频干扰以及两地之间的雷电压差。
信号防雷主要是楼宇控系统、计算机网络及综合布线系统的保护，凡是从室外来的信号线，如：
电信、广电进线都应安装相应的避雷器，对内的局域网在每个需要作防感应雷过电压数字设备的接口处都要装相应的避雷器，对网络系统的计算机和数字设备、监控设备进行整体保护。
服务器网卡防雷器采用RJ45-E100/4-F产品；
网络交换机防雷器采用UR-RJ45*24产品；
拨号电源线防雷器采用RJ45-TELE/4-F产品；
DDN专线防雷器采用RJ45-V24T/4-F产品；
电话线防雷器采用LSA-B-MAG产品；
广电进线防雷器采用DS-BNC产品。
2．2、接地设计
根据联合接地的原则，在配电室中焊接环形接地体并与大楼建筑防雷地多点焊接连通，同时与工作地接通。
机房内设多个地线排，地线排与地网或大楼柱子的主钢筋焊接连通。
进入主配电室的电缆的金属护套和金属护管的两端必须就近接地或与地网焊接连通。
机房内的所有机壳、机架、走线架每隔5米均应做一次保护接地。
机房及弱电间内活动地板和金属支架以及防静电网格均应分别在四面引出50mm2的多股铜线与保护地排连通。
由楼顶进入机房的同轴电缆天馈线的金属外护层，均应在缆线上端、下端、经走线架进入机房入口室外侧，就近妥善接地。
电缆天馈线进机房入口处室外地线排设专用接地引下线，直接与地网连接。
接地引下线采用50mm2铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘软电缆。
光缆的金属加强芯及从属护套在终端处就近接地。
机房内的所有保护地与天馈线进机房入口处室外地线排断开。
天馈线的防雷器的接地线从机房入口处室外地线排上引入，并且必须与机房内的地线绝缘。
我方特别建议自来水管道、暧气管道、消防水管及其它金属构件，均应就近接地，与联合地网焊接连通。
接地系统设计指标：
计算机直流地<１欧姆；
计算机交流地<１欧姆；
系统零地电位差<１伏特；
地板静电电压≤５００伏特；
抗高频干扰接地电阻≤０.５欧姆。
接地线采用ＶＶＰ１Ｘ３５抗干扰屏蔽电缆，通过铜钢过渡带与地极相连。
计算机直流地：
计算机直流地联接点应相距大于１６米，由弱电竖进引入机房配电间与Ｇ、Ｎ母排相联。
在布线过程中应严格保持绝缘，不允许有断点和联结点，一定间距内应有明显标记。
机房内抗高频干扰接地：
在机房区域内部地板支架与配电柜的地线排用一定规格的导线相连，防止高频产生的静电荷高电位积蓄，对人体及设备的损伤，在施工过程中，抗高频干扰接地线与地板支架应避免与大楼钢筋接触。
同时为了确保计算机稳定可靠的工作，防止寄行电容耦合的干扰、保护设备及人身的安全，要求有一个良好的接地系统，而且直流接地与各种工作接地在机房内应分开布线，相互屏蔽。
静电接地、直流接地图：
双路380V/220VAC
1#进线断路器1#进线断路器
AT
32A32A
3*25MM23*25MM2
MC50-B/4MC50-B/4
1*35MM2进线断路器1*35MM2
PE3*16MM2PE
UPS
20A
V20-C/3-AS+NPE
1*25MM2
进线断路器PE
V20-C/1
同左同左同左同左同左同左同左
PE15个回路
1*电源线径
配电防雷系统图（图一）
1200*1200
35mm2静电接地引线
40*4扁铜
直流接地图（图二）
1200*1200
35mm2静电接地引线
25mm2铜带
静电接地图（图三）
2．3、室外监控信号避雷设计
监控系统由分布在室内外各处的监控摄象机通过视频信号、控制信号传输至中心控制主机进行集中监控。
为了防止雷电产生的感应过电压和过电流，在所有监控设备的电源线入口、信号线连接的设备两端均安装相应的避雷器。
值得一提的是监控系统中的前端摄象机分为室外安装型和室内安装型，室内型摄象机信号传输线缆和电源供给线缆均通过“地埋”方式布线，或受雷击的机率少，遭受雷击的机会较少，如果在工程资金有限的情况下，室内部分摄象机可以不考虑防雷保护。
防雷器选型注意事项：
1、视频信号线入口、通信控制线入口安装信号避雷器
选择这类避雷器型号时要注意参照下述技术参数，避雷器的反应动作时间小于1ns，限制电压小于5—12伏，接入后对信号的衰减在时在0.1dB－0.5dB之间，防雷最大通流能力为5KA。
2、电源线处安装电源避雷器
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。
五、系统设计的性能指标
整体性能：
接地：
所在智能化系统的接地与大楼的联合接地系统连接，接地电阻小于1欧姆，所有不带电的弱电金属管、线槽，分线箱均与电气接地系统等点位连接，或采用智能化系统单独接地。
信号防雷：
安全防范系统、楼宇控系统、计算机网络及综合布线系统的保护，凡是从室外来的信号线，如：
电信、广电进线都应安装相应的避雷器，对内的局域网在每个需要作防感应雷过电压数字设备的接口处都要装相应的避雷器，对网络系统的计算机和数字设备、监控设备进行整体保护。
电源防雷：
仅考虑三级防雷，要求保护网络机房、弱电机房设备及计算网络主干设备的电源防雷保护。
所有弱电间内均需安设备供电电源避雷。
第三部分产品选型
具体产品选型：
1
直流接地铜排
TMY=40*4
个
70
2
编制铜网带
个
40
3
总等电位箱
1200*600*600
个
2
4
接地主线
BVR-50mm2
米
50
5
设备连接线
BVR-6mm2
米
200
6
主梁引出接地端子
TMY=40*4铜排
个
2
7
等电位盘
TMY=40*4铜排
个
2
8
一级浪涌保护
60KA
支
2
9
二级浪涌保护
40KA
支
2
10
三级浪涌保护
20KA
支
3
11
视频保护器
ST-Coax
支
16
12
信号保护器
10KA
支
42
13
电源保护器
220AC
支
16
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