靖江行政中心机房防雷方案.docx
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靖江行政中心机房防雷方案
靖江行政中心计算机中心机房
雷电及过电压综合防护设计方案
设计编号：
LK2006-0020
建设单位：
靖江市行政中心
设计单位：
南京捷雷科技有限公司
南京捷雷科技有限公司
二〇〇六年五月二十七日
设计文件分发表
发送单位
全套文件
南京捷雷科技有限公司
1
靖江市行政中心
1
合计
2
1、概况
雷电是一种对国民经济和军事活动影响较大的一种灾害性天气现象，雷灾事故在社会上产生了十分严重的影响,经济上的直接和间接损失也很大。
1987年联合国确定的“国际减灾十年”公布的对人类造成最为严重危害的十大自然灾害中，雷暴由于其对人类生命财产的巨大侵害，被列在显著的地位。
欧洲著名的保险机构德国法兰克福ELETRA，WUBA保险公司1994年理赔统计中占比例最高的是过电压/间接雷击损害，为全部赔款的33.7%，德国慕尼黑TELA保险公司对从1994年到1998年过电压及雷击造成的损失进行统计发现，已由1978年的不足4％上升到1994年的16％，17年中增加了400％。
这是由于近年来，伴随着高新技术的发展，尤其是电子技术的飞速发展，计算机系统的网络化程度越来越高，人类对电子产品尤其是计算机设备的依赖越来越严重。
而电子元件的微型化、集成化程度越来越高，各类电子设备的耐过电压能力下降，造成雷电和过电压破坏的比例呈上升的趋势。
有资料表明，由于雷电活动，当磁感应强度B＝0.07GS时，无屏蔽的计算机会发生误动作，而B＝2.4GS时，集成电路就会永久性损坏。
电子设备的抗雷击过电压能力80年代与50年代相比，由于集成度的大幅度提高降低了近106～108倍。
计算机网络和通信设备内部结构的高度集成化造成设备耐过电压、过电流能力下降，极易遭受雷电损坏，轻者可造成计算机终端和通信设备的接口损坏、通信中断，大量信息丢失或无法传输；重者使网络主机损坏，导致网络瘫痪，工作无法进行，由此造成较大的经济损失和较严重的社会影响。
在我国,每年发生的雷击事件数以万计,计算机机房遭雷击的事件也频频发生。
据报道：
1992年6月22日20时至21时，北京地区的一次雷击，使中国气象局中心计算机室的四楼、五楼、六楼的大型计算机的主机、微机和各终端及出口遭受了严重损毁，导致次日中央电视台新闻联播之后的气象预报成了空白，其影响之大远远超过雷击造成的设备损坏。
本次雷击事件同时使北京－东京的同步线路的调制解调器被击坏，影响北京－东京线路中断46小时；另一主机的一块异步板被击坏，导致8条线路中断；并损坏终端6台，端口8～9处。
1995年6月，某省银行清算中心的一座33层大楼遭雷击，致使网络停止工作3天，几亿元资金无法运行，利息损失就达200多万。
1994年8月12日，湖南一家银行的微机因雷击损坏，直接经济损失75万，而由此产生的业务停止达7天，所导致的损失超过几百万。
因此防御雷电灾害工作显得日益重要。
国家有关部门对计算机系统的防雷工作非常重视,制订了相关的法律、法规及相应的标准和规范。
靖江市为雷击多发区。
近年来，应无防雷设施或设施不完备我省的计算机、通信等信息系统遭受雷害的恶性事故时有发生，给国家和人民生命财产带来重大损失。
2、雷电的破坏作用
雷电是雷云对地或雷云之间剧烈放电现象，它具有电流的一切效应，其高电压可达500KV，大电流可达100～300KA，电流变化率高一次放电约为40μS。
雷电流对电气设备的影响，主要由以下四个方面造成：
2.1、直击雷
直击雷蕴含极大的能量，电压峰值可达500KV，具有极大的破坏力。
如建筑物直接被雷电击中，巨大的雷电流沿引下线入地，会造成以下三种影响：
a：
巨大的雷电流在数微秒时间内流下地，使地电位迅速抬高，造成反击事故，危害人身和设备安全。
b：
雷电流产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。
c：
雷电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。
2.2、传导雷电
远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压，由室外电源线路和通信线路传至建筑物内，损坏电气设备。
2.3、感应雷电
云层之间的频繁放电产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压，峰值可达50KV。
2.4、开关过电压
供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等，都能在电源线路上产生高压脉冲，其脉冲电压可达到线电压的3.5倍，从而损坏设备。
破坏效果与雷击类似。
由此产生的雷电过电压对电子设备的破坏主要有以下几个方面：
（1）、损坏元器件
a：
过高的过电压击穿半导体结，造成永久性损坏；
b、较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压范围之内，亦使器件的工作寿命大大缩短；
c、电能转化为热能，毁坏触点、导线及印刷电路板，甚至造成火灾；
（2）、设备误动作及破坏数据文件
因此，应该根据现场实际情况具体分析，采取相应的防雷保护措施，确保计算机信息系统的安全工作。
3、设计依据
3.1《建筑物防雷设计规范》（2002年版）
GB50057-94
3.2《电子计算机机房设计规范》
GB50174-93
3.3《电子设备雷击保护导则》
GB7450-87
3.4《通信系统过电压过电流防护技术要求》
T695-93
3.5《计算机信息系统防雷保安器》
GA173-1998
3.6《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》
QX3-2000
3.7《通信工程电源系统防雷技术规定》
YD5078-98
3.8《建筑物电子信息防雷技术规范》
GB50343-2004
现场了解及建设单位提供的相关资料
同时借鉴了有关IEC、ITU及UL标准及规范,确保本方案的科学
性及合理性要求
4、设计原理及措施
概括的说，当今计算机系统防雷设计的手段，主要采用接闪分流、接地、屏蔽、等电位、合理布线以及过电压保护等方法，使外部防雷装置和内部防雷装置能够整体的考虑。
（A）、接闪分流
利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，防止雷电直接击在建筑物和设备上。
（B）、屏蔽
计算机系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼。
用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。
（C）、等电位连接
将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接，以均衡电位。
（D）、接地
在计算机网络系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护计算机网络设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。
接地和等电位连接方式，可参看下图：
计算机机房设备间设局部等电位连接排敷设400×100×10mm的铜板作为设备的接地母排。
将室内所有电子设备所有进入机房的金属管道、金属门窗、信号电缆外屏蔽层、电力电缆外铠装、计算机装置本身（含外露可导电部分）、PE线、防静电地板、电力线（通过SPD连接）等与等电位端子排连接并接地。
（E）、合理布线以及过电压保护
计算机系统机房内多离不开照明、动力、电话、网络和各种计算机设备的信号线路，在防雷设计中必须考虑防雷系统与这些管线的位置关系，所以合理布线是防雷设计的重要因素之一。
此外在电子设备的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器，利用其非线性效应，将线路上过高的脉冲电压滤除，保护设备不被过电压破坏。
主要的保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、快速箝位二极管等，根据需要进行组合，形成完整的防雷保护器。
（F）、防雷区的划分
为实施等电位连接和浪涌（过电压）保护器的安装，根据IEC1312-1雷电电磁脉冲的防护标准，将需要保护的空间划分为不同的防雷保护区，各区交界处应作相应的防雷处理。
各区划分如下：
LPZ0A区：
直击雷作用区，处于建筑物避雷针系统保护区以外的区域，由于本区内所有物体均有可能遭受直接雷击，并可能导走全部雷电流；另外本区能所有物体均处于雷电电磁场最强处，故对于雷电的感应最强。
LPZ0B区：
感应雷主作用区，处于建筑物避雷针系统保护区内，但未经空间电磁屏蔽，雷电作用电磁场并不衰减，处于此空间的所用可导电物体均可感应较强雷电流的区域。
LPZ1区：
建筑物屏蔽区，本区内各物体不可能遭受直击雷，流往各导体的雷电流比0B区进一步减小，本区内电磁场也可能会衰减，取决于建筑物的屏蔽措施。
LPZ2区：
房间屏蔽区，对于计算机主机房所处空间，应采用屏蔽措施，以进一步减小空间电磁场的干扰。
当金属导线（电源线、信号线等）穿越不同的保护分区时，因电磁感应的作用，会产生较高的过电压，影响室内设备的安全。
因此，需安装相应的过电压保护器，对设备进行保护。
在不同的保护分区，所采用的防雷器级别是不同的。
同时，需要作相应的等电位处理。
防雷保护分区和防雷器的分级应用如下图所示：
5、设计说明
1）勘察情况
靖江市行政中心机房位于办公楼3楼，机房没有做地网和等电位连接排，信息设备、门窗均未做接地处理。
电源和信号未安装电涌保护器（SPD）以防止过电压。
2）信息系统雷击电磁脉冲风险评估
根据GB50343-2004附录A所提供的方法：
2.1靖江市行政服务中心物理状况：
（1）建筑物全部为钢筋混凝土结构，，建筑群长方形L=80m、W=30m、H=20m,楼外围为混凝土路面；
（2）该地区土壤电阻率ds=100Ωm；
（3）该地区年平均雷电日数Td=32次/年；
（4）建筑物有电源线，电话线，双绞线和电缆，全部埋地敷设，无屏蔽。
图5等效面积计算图
2.2计算过程
（1）建筑物有效截收面积：
Ae=LW+2（L+W）D+πD2*10-6=2.47*10-2（km2）
电源线设施的有效截收面积：
A1=2*ds*l=2*100*1000*10-6=0.2（km2）
电话线设施的有效截收面积：
A2=2*ds*l=0.1*100*1000*10-6=0.01（km2）
双绞线设施的有效截收面积：
A3=2*ds*l=2*100*1000*10-6=0.2（km2）
光缆A4=0
Ae=A1+A2+A3+A4=0.43（km2）
该地区雷击大地密度：
Ng=0.024Td1.3=2.172次/km2年
建筑物年预计平均直接雷击次数Nd=Ng*Ae=5.191*10-2次/km2年
作用于入户设施上的年预计平均雷击次数：
Ni=N4+N3+N2+N1=Ng（A4+A3+A2+A1）=2.172*0.43=0.93396次/年
N=Ng+Ni=0.98586次/年
（2）信息系统因直击雷和雷击电磁脉冲引起设备损坏所谓可接受最大年平均雷击次数计算公式：
Nc=5.8*10-1.5/C[1]
式中Nc—因直击雷和电磁脉冲引起的设备损坏的可接受最大平均年雷击次数。
C—各类因子
其中C=C1+C2+C3+C4+C5
C1：
信息系统所在建筑物材料结构因子
当建筑物屋顶和主体结构均为金属材料时，C1=0.5；
当建筑物屋顶和主体结构均为钢筋混凝土材料时C1=1.0
当建筑物为砖混结构时，C1=1.5
当建筑物屋顶和主体结构为砖木结构时，C1=2.0
当建筑物为木结构或其他易燃材料时，C1=2.5
本例中取C1=1.0
C2：
信息系统重要程度因子
一般计算机、通讯设备，C2=0.5
《计算机场站安全要求》中化分为C类的机房，C2=1.0；
《计算机场站安全要求》中化分为B类的机房，C2=2.0；
《计算机场站安全要求》中化分为A类的机房，C2=3.0；
A类机房有严格的要求，要求有完善的计算机机房安全措施；
B类机房有严格的要求，要求有较完善的计算机机房安全措施；
C类机房有严格的要求，要求基本的计算机机房安全措施。
现代计算机机房基本上达到了A类机房的安全要求，具体分类标准见下表。
表1设备间基本建设要求
项目
C
B
A
场地选择
-
+
+
防火
+
+
+
内部装修
-
+
*
供配电系统
+
+
*
空调系统
+
+
*
火灾报警及消防设施
+
+
*
防水
-
+
*
防静电
-
+
*
防雷击
-
+
*
防鼠害
-
+
*
电磁波防护
-
+
+
注：
+为有要求或增加要求；-无须要求；*要求。
本例中取C2=3.0
C3：
信息系统设备耐冲击类型和抗冲击能力因子
本因子与设备的耐受各种冲击的能力有关，与采用的等电位连接及接地措施有关，与供电线缆、信号线的屏蔽接地状况有关，一般可原则分为：
一般设备，C3=0.5
较弱设备，C3=1.0；
相当弱设备，C3=3.0
一般设备为《低压系统内设备的绝缘配合》（GB/T16935.1-1997）中所指的Ⅰ类安装位置的设备，且采取了较完善的等电位连接、接地、线缆屏蔽措施；
较弱设备为《低压系统内设备的绝缘配合》（GB/T16935.1-1997）中所指的Ⅰ类安装位置的设备，但使用架空线缆，因而风险较大；
相当弱设备为设备集成化程度很高，通过低电压、微电流进行逻辑运算的计算机或通讯设备。
本例中取C3=1.0
C4：
信息系统设备所在雷电防护区的因子
设备在LPZ2或更高层雷电防护区时，C4=0.5
设备在LPA1区内，C4=1.0
设备在LPA0B区内，C4=1.5
设备在LPA0A区内，C4=2.0
本例中取C4=1.0
C5：
信息系统发生雷击事故的后果因子
信息系统业务中断不会产生不良后果的，C5=0.5；
信息系统业务原则上不允许中断，但在中断后无严重后果的，C5=1.0；
信息系统业务部允许中断，中断后会产生严重后果的，C5=1.5；
本例中取C5=1.0
C6：
区域雷暴等级因子
少雷区C6=0.8，多雷区C6=1，高雷区C6=1.2，强雷区C6=1.4；
本例中取C6=1.0
综上；C=C1+C2+C3+C4+C5+C6=8
Nc=5.8*10-1.5/8=2.293*10-2
（3）信息系统雷击电磁脉冲防护分级
依据公式E=1-NC/N=1-2.293*10-2/0.98586=0.9910
当E>0.98为A级；
0.900.80E≤0.80为D级
结论：
通过对靖江市行政服务中心信息系统雷击电磁脉冲防护的风险评估计算，应该按照A级要求进行设计。
因为在对信息系统雷击电磁脉冲防护等级分类后，应对信息系统弱电设备实施电涌保护，具体要求如下：
A级：
采取3～4级电涌保护器（SPD）进行保护
B级：
采取2～3级电涌保护器（SPD）进行保护
C级：
采取2级电涌保护器（SPD）进行保护
D级：
采取1级或以上电涌保护器（SPD）进行保护
所以本方案要对该建筑物采取3～4级电涌保护器（SPD）进行保护。
3）设计思路
（Ⅰ）做好建筑物、设备的直击雷防护，对不满足直击雷防护要求的，进行整改，完善对雷害的第一道防线。
（Ⅱ）以办公楼和信息中心机房为重点，防止雷击电磁脉冲对设备的直击影响；防止各种线路引入二次雷击，安装多级电涌保护器，防止雷电流从高电位和地电位引入导致设备损坏。
（Ⅲ）强调等电位连接的重要性，按照不同的防雷分区进行等电位连接，充分利用建筑物内钢筋作为引下线，达到分流的目的。
（Ⅳ）在完善等电位连接措施的同时，做好接地体，尽可能使联合接地电阻小于4欧姆。
必要时增加地网以降低接地电阻。
5.1直击雷防护
靖江市行政中心计算机机房位于办公楼3楼内，按《建筑物防雷规范》GB50057－94（2002）建筑物应该具有完善的直接雷防护措施。
本方案视直击雷防护系统已经完善。
5.2信息中心机房供电系统的防护
由于雷击瞬间电流很大，可高达数百千安，电压很高，可高达几十万伏，只依靠一种防雷器不能达到既要泄放强大的雷电流，还要将线路瞬间过电压限制在低于被保护设备耐过电压值的要求，因此需要进行逐级泄流，分级限压。
针对供电系统的实际情况，防雷设计采用经国内、国际广泛使用的，经实践证明经济可靠的三级防雷系统（重要设备做到第四级）。
1）在办公楼总配电房安装一套LAY380-100GJ电源防雷箱，带有雷电计数器、指示灯，维护方便快捷，最大通流容量为100KA,做为第一级保护。
共计1套。
2）在1、2、3、4楼楼层配电间及楼顶空调机组安装各一套LAY380-40G电源防雷箱，带有雷电计数器、指示灯，维护方便快捷，通流容量为40KA，对楼内的各种用电设备进行保护。
做为第二级保护。
共计6套。
3）在机房UPS前安装一套LAY380-20电源防雷箱,通流容量为20KA对机房内的各种用电设备进行保护。
做为第三级保护。
共计1套。
4）在服务器和终端设备处各安装一套移动式多功能防雷插座LAY220-10C，带有指示灯，最大通流容量为10KA，做为第四级保护。
共计6套
5.3信号系统的防护
5.3.1由于雷电发生时产生了巨大的电磁场，IEC指出“在距离雷电发生中心1500米范围内，电磁场的强度足以损坏任何没有屏蔽的电子设备”。
设备已经由机壳本身屏蔽保护，但各类传输线、接口线仍会感应一定的脉冲电流，进而损坏或干扰设备，因此在重要的网络端口需要安装精细级的网络保护器。
5.3.2信号系统避雷过压保护措施一般采取两级保护，即粗保护和细保护。
粗保护要求对所有进入室内的信号外线加以保护。
细保护要求对跨层传输及远距离传输信号进行保护。
本方案重点对网络中心设备进行防护。
该中心机房采用光缆引入，其金属加强筋应在进机房前可靠接地。
1）在7台服务器和热备份前各串联安装一套LAXR4504-08BHA网络信号电涌保护器，共计14套。
2）在中心交换机进线前各安装一套LAXR4504-08BHA网络信号电涌保护器，共计9套。
3）在中心机房程控交换机前各安装一套LAXCH303-17CT信号避雷器,共计120套.
5.4屏蔽、接地与均压等电位连接
一套完善的防雷系统，除了具有防直击雷、感应雷措施外，还要具有良好的接地系统并实施均压等电位连接及屏蔽措施。
5.4.1、屏蔽措施
关于屏蔽措施，主要有以下三点：
一是建筑物和房间的屏蔽。
即利用建筑物的结构钢筋网组成法拉第笼式的整体屏蔽网，所有的金属门、窗均应可靠接地；二是合理化布线，线路的屏蔽。
即要求强、弱电线路应分别穿金属管进行可靠屏蔽、接地处理；三是设备的屏蔽。
即设备的金属外壳应可靠接地，并提高设备本身的抗浪涌、抗干扰能力。
5.4.2、等电位措施
①等电位连接的必要性
GB50057-94（2000年版）强制性国家标准第3.1.2条规定：
“装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其它设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取等电位连接”
GB50057-94（2000年版）条文说明第3.1.2条第3.1.1款：
“为减小在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危险，等电位是一项很重要的措施。
”和第3.3款：
“在需要防雷的空间内防止发生生命危险的最重要措施是采用等电位连接。
”
②等电位连接的目的
等电位连接是内部防雷装置的一部分，其目的在于减少雷电流所引起的电位差。
等电位是用连接导线或过电压（浪涌）保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置，建筑物的金属构架、金属装置、外来导线、电气装置、电信装置等连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均压等电位，防止需要防雷空间内的火灾、爆炸、生命危险和设备损坏。
为实施等电位和浪涌保护器的安装，IEC标准将需要保护的空间划分为不同的雷电防护区（LPZ），以规定各部分空间不同的雷电电磁脉冲（LEMP）的严重程度和指明各区交界处等电位连接点的位置。
③等电位连接的设置
为保证机房基准电位相同，保证雷电流通过时不会产生破坏性地电位差，在机房应充分利用建筑物结构本身的接地，以及联合接地体，在机房内做低阻抗地线均压网格系统，采用30X3mm2的铜带，制成均压环，四周并与建筑结构内的钢筋多处连接，机房内部局部设等电位端子箱。
方便交流工作地、安全保护地、重复接地、防静电接地、防雷保护接地、综合接地就近进行联合接地，减少引线感应电压。
将机房内的金属门窗、机柜、线槽、线管作等电位连接。
5.4.3接地系统关于接地问题，根据我国及国际有关规定，同一系统整个接地装置应按均压等电位原则设计，即建筑物防直击雷地网、供电系统交流工作地（N线）、保护地（PE线）、计算机机房设备接地（信号地、保护地、防静电接地、屏蔽接地）等应共用一个接地体，以避免雷击时同一个设备的不同接地之间出现电位差，以保障设备及人身安全。
机房地网的敷设主要使用镀锌扁钢、镀锌角钢等材料，可适当使用降阻材料或长效离子接地极，以保证接地系统的长期稳定性、可靠性。
具体实施措施：
在办公楼前右花台里采用长效离子接地极做地网。
通过穿PVC管的接地干线与机房均压环相连。
总之，本防雷设计方案，将根据经费情况，按系统和设备重要性、发生雷击风险的严重程度，综合考虑防雷设施实施的先后，避免或减轻雷击损失。
说明：
1、本方案是初步设计。
在防雷工程施工时，将作现场详细勘察，出具具体的施工方案。
2、未详尽之处，按照相关国家标准执行，并在施工过程中说明补充。
6、使用部分器材性能指标及主要特点
1）电源一级避雷器
型号：
LAY380-100GJ电压级别：
385V/50HZ
通流容量：
100KAmax（8/20）箝制电压：
≤2.5KV
反应时间：
≤25ns工作温区：
-40—+80℃
安装支架：
35mm导轨
保护方式:
L-NN-PE（即“3＋1”保护方式）
主要特点：
用于雷击区域的LPZ0区与LPZ1区之间高速能量释放，低残压等级，快速响应，内置热感断路器，过流熔断器。
设置有指示灯和雷电计数器。
2）电源二级避雷器
型号：
LAY380-40G电压级别：
385V/50HZ
通流容量：
40KAmax（8/20）箝制电压：
≤1.8KV
反应时间：
≤25ns工作温区：
-40—+80℃
安装支架：
35mm导轨
保护方式:
L-NN-PE（即“3＋1”保护方式）
主要特点：
用于雷击区域的LPZ1区与LPZ2区之间能量释放，低残压等级，快速响应，内置热感断路器，过流熔断器。
设置指示灯和计数器。
4）网络信号避雷器
型号:
LAXR4504-08BHA
响应时间:
1ns限制电压:
<15~230V
最大放电电流：
5KA插入损耗:
<0.3db
传输速率:
100Mbps接口形式:
RJ45
主要特点:
多级保护,通流容量大,残压极低,核心器件采用国际名牌产品,性能优越,保护线路多，内置半导体保护器件，响应速度快，采用先进的生产工艺制造，外形美观,低电容设计，传输性能优越一体化设计，安装方便。
7、验收方案
7.1系统验收
建设单位和我方共同组成验收小组进行系统验收，我方负责完成验收测试，并将验收结果提交验收小组。
测试结果如与验收小组确定的性能不符或测试结果不能确定时，应对系统进行重新调试直至达标。
系统的技术指标应符合国际、国内相关标准。
7.2、图纸和文档资料验收
我方应为本项目实施前提供线路施工图，经建设单位确认后实施。
我方根据图纸施工、设备安装、调试、在线测试。
系统检测后，提供实施需要的图纸（与实际施工一致）和文档资料（含说明书、保修卡、操作手册、维修手册等等）。
8、培训计划及服务体系
8.1、售前服务体系
1、免费提供技术咨询。
2、提供样本工程供建设单位实地考察。
8.2、售后服务体系
1、自避雷
升级会员 