防雷工程

随着通信技术、计算机网络技术的飞速发展，计算机和网络越来越深入人们生活和工作中，而这些微电子网络设备的普遍应用，使得防雷的问题显得越来越重要。
由于微电子设备具有高密度、高速度、低电压、和低功耗等特性，这就使其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感。当雷电发生时，若防护不到位，极易产生雷电事故，造成电子信息系统中断，甚至瘫痪的局面出现，进而造成严重的经济损失。而数据中心作为各领域重要的信息系统，对其雷电防护显得尤为重要。

直击雷	感应雷	引导雷
建筑防雷	信号防雷	弱电防雷

一、防雷设计思路

由于网络集成系统防护点多、面广，因此，为了保护建筑物和建筑物内各向电子网络设备不受雷电损害或使雷击损害降低到最低程度，应从整体防雷的角度来进行防雷方案的设计。现在都采取综合防雷，综合防雷设计方案应包括两个方面：直击雷的防护和感应雷的防护，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潜在危险的。

   1、直击雷的防护

如果无直击雷防护，按IEC1312的估算几乎所有雷电流都流经进出建筑物的导体型线路（如电源线、信号线等）侵入设备，这样的损害就非常之严重，因此做好直接雷击防护是做感应雷击防护的前提；直击雷防护按照国标GB50057《建筑物防雷设计规范》设计和施工，主要使用避雷针、网、线、带及良好的接地系统，其目的是保护建筑外部不受雷击的破坏，给建筑物内的人或设备提供一个相对安全的环境。

  2、电源系统的防护

统计数据资料表明，微电子网络系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的电源线路上感应的雷电冲击过电压造成的。因此，做好电源线的防护是整体防雷中不容忽视的一环。

3、信号系统的防护 

尽管在电源和通信线路等外接引入线路上安装了防雷保护装置，由于雷击发生在网络线（如双绞线）感应到过电压，仍然会影响网络的正常运行，甚至彻底破坏网络系统。雷击时产生巨大的瞬变磁场，在1公里范围内的金属线路，如网络金属连线等都会感应到极强的感应雷击；另外，当电源线或通信线路传输过来雷击电压时，或建筑物的地线系统在泻放雷击时，所产生强大的瞬变电流，对于网络传输线路来说，所感应的过电压已经足以一次性破坏网络。即使不是特别高的过电压，不能够一次性破坏设备，但是每一次的过电压冲击都加速了网络设备的老化，影响数据的传输和存储，甚至死机，直至彻底损坏。所以网络信号线的防雷对于网络集成系统的整体防雷来说，是非常重要的环节。

4、等电位连接

集成网络系统主干交换机所在的中心机房应设置均压环，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、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接，并接至均压环上，以均衡电位。

  5、接地 

机房采用联合接地可有效的解决地电位升高的影响，合格的地网是有效防雷的关键。机房的联合地网通常由机房建筑物基础（含地桩）、环形接地（体）装置、工作（电力变压器）地网等组成。对于敏感的数据通讯设备的防雷，接地系统的良好与否，直接关系到防雷的效果和质量。如果地网不合要求，应改善地网条件，适当扩大地网面积和改善地网结构，使雷电流尽快地泄放，缩短雷电流引起的高过电压的保持时间，以达到防雷要求。

二、防雷设计方案

 1、直击雷的防护

机房所在大楼已有避雷针、避雷带等外部防雷设施，不再作外部防雷补充设计。如之前无直击雷防护，需在机房顶层做避雷带或是避雷网，若机房在空旷地带，视情况还需安装避雷针，避雷针、避雷带必须做好引下线，接入地网。

  2、电源系统的防雷

（1）对于网络集成系统的电源线防护，首先，进入系统总配电房的电源进线，应采用金属铠装电缆敷设，电缆铠装层的两端应良好接地；如果电缆没有铠装层，则就将电缆穿钢管埋地，钢管两端接地，埋地的长度应不小于15米。由总配电房至各大楼的配电箱以及机房楼层配电箱的电力线路，均应采用金属铠装电缆进行敷设。这样可以大大减少电源线感应过电压的可能性。

（2）在电源线路上安装电源防雷器，是必不可少的防护措施。根据IEC防雷规范中有关防雷分区的要求，将电源系统分为三级保护。

1、在总配电柜处安装三相电源防雷箱，通流容量为80KA-100KA的一级电源防雷器（型号：ZS150E-400，数量一套）；

2、在机房分配电柜安装三相电源防雷箱，通流容量为40KA~60KA的二级电源防雷相（型号：PRAC-380C，数量一套）；

3、在机房分配电柜安装单相电源防雷器，通流容量为20KA~40KA的三级电源防雷相（型号：ZSPD TT20K C/2，数量一套）；

4、在配电系统，额定电压500V及以下BBNBBN 的低压供电系统中，串联安装退耦器，用于增加导线感抗，弥补导线长度不足，协调不同规格防雷器之间的配合问题（型号：63A，数量一套）

5、在机房内的重要设备（如交换机、服务器、UPS、硬盘刻录机及电视墙设备）的供电电源进线处安装通流容量10KA的插座式末级电源防雷插排（型号：10A，数量一个，做为三级防雷保护）；

所有防雷器均应良好接地。选用防雷器要注意接口的形式和接地的可靠性，重要场所应设置专用的接地线，切不可将防雷接地线与避雷针接地线并接，且要尽量远离、分开入地。

 3、信号系统的防雷

网络传输线主要使用的是光纤和双绞线。其中光纤不需要特别的防雷措施，但若室外的光纤是架空的，那么需要将光纤的金属部分接地。而双绞线屏蔽效果较差，因此感应雷击的可能性比较大，应将此类信号线敷设在屏蔽线槽中，屏蔽线槽应良好接地；也可穿金属管敷设，金属管应全线保持电气上的连通，并且金属管两端应良好接地。

1、　在计算机网络、服务器或交换机设备的进线端和出线端串联 RJ45 端口网络信号避雷器（型号：E100，数量一台），避免因雷击感应或电磁场干扰沿双绞线窜入而毁坏设备。

注意：所有防雷器均应良好接地，选用防雷器要注意接口的形式和接地的可靠性，重要场所应设置专用的接地线，切不可将防雷接地线与避雷针接地线并接，且要尽量远离、分开入地。

  4、机房等电位连接

在机房防静电地板下，沿着地面上布置40*3紫铜排，形成闭合环接地汇流母排。将配电箱金属外壳、电源地、避雷器地、机柜外壳、金属屏蔽线槽、门窗等穿过各防雷区交界的金属部件和系统设备的外壳，以及对防静电地板下的隔离架进行多点等电位接地就进至汇流排。并采用等电位连接线4-10mm2铜芯线螺栓紧固的线夹作为连接材料。同时在机房找出建筑物主钢筋，经测试确与避雷带连接良好，用14mm镀锌圆钢通过铜铁转换接头将接地汇流母排与之连接起来。形成等电位。采用联合接地网，目的是消除各地网之间的电位差，保证设备不因雷电的反击而损坏。

  5、接地网制作设计

接地是避雷技术非常重要的环节之一，无论是直击雷或感应雷，最终都是把雷电流引入大地。因此，对于敏感的数据（信号）通信设备而言，没有合理而良好的接地系统是不能可靠避雷的。因此，对接地电阻 >1Ω 的大楼地网，需按照规范要求整改，以提高机房接地系统的可靠性。根据具体情况，通过沿机房大楼建立不同形式的接地网（包括水平接地体、垂直接地体）来扩大接地网的有效面积和改善地网的结构。

采用共用接地装置时，共用接地电阻值不应大于1Ω；采用专用接地装置时，其接地电阻值不应大于4Ω

基本要求如下：

（ 1 ）在大楼周围做接地网，用较少的材料和较低的安装成本，完成最有效的接地装置；

（ 2 ）接地电阻值要求 R ≤1Ω ；

（ 3 ）接地体应离机房所在主建筑物 3~5m 左右设置；

（ 4 ）水平和垂直接地体应埋入地下 0.8m 左右，垂直接地体长 2.5m ，每隔 3~5m 设置一个垂直接接地体，垂直接地体采用 50×50×5mm 的热镀锌角钢，水平接地体则选 50×5mm 的热镀锌扁钢；

（ 5 ）在地网焊接时，焊接面积应 ≥6 倍接触点，且焊点做防腐蚀防锈处理；

（ 6 ）各地网应在地面下 0.6~0.8m 处与多根建筑立柱钢筋焊接，并作防腐蚀、防锈处理；

（ 7 ）土壤导电性能差时采用敷设降阻剂法，使接地电阻 ≤1Ω ；

（ 8 ）回填土必须是导电状态较好的新粘土；

（ 9 ）与大楼基础地网多点焊接，并预留接地测试点。

以上是一种传统的廉价实用的接地方式，根据实际情况，接地网材料也可以选用新型技术接地装置，如免维护电解离子接地系统、低电阻接地模块、长效铜包钢接地棒等等

一、防直击雷措施安装要求：

1、在建筑物屋面避雷带的安装：避雷带应该采用Φ12热镀锌圆钢，避雷带的支持卡高度应为20cm,两支持卡的间距应不大于1.2m。避雷带与避雷装置的搭接长度应为12mm。建筑物伸缩缝处避雷带成弧形并应向上,避雷带转弯处也应为钝角的弧形（其目的是便于雷电流的泄放,不至于击坏避雷带）。

2、避雷网格的敷设利用Φ12热镀锌圆钢按照10m*10m或12m*8m（三类是20m*20m或24m*16m，一类的是5*5m或6*4m）的规格在建筑物屋面敷设，并用水泥墩子作为网格的支持点。

3、避雷带的施工工艺：避雷带应平直，转弯处的弧度要均匀对称.避雷带的各部分的焊接应牢固可靠。

4、避雷带与引下线的连接：避雷带与引下线的搭接长度（单面焊接：焊接长度大于12倍圆钢直径；双面焊接：焊接长度大于6倍圆钢直径）。

5、在建筑物天面上易受雷击部位加装避雷小针：避雷针的长度应大于0.5m，宜加装于避雷带的拐角处，与避雷带做有效焊接。

6、引下线的整改：采用Φ12热镀锌圆钢在建筑物的拐角转弯处应尽可能的设置引下线，引下线之间的间距不大于18米（三类应为24米,一类不大于12米）。建筑物本身接地电阻达不到要求或建筑物本身无钢筋混凝土基础的，需要另行增设人工接地地网。 7、等电位措施的整改：楼面上所有的金属构件均要就近与避雷带或避雷网格作不少于两点的等电位连接。(其目的便于雷电流的多渠道的泄放)。

8、接地电阻的标准：要求冲击接地电阻不大于10欧姆。

二、避雷器安装要求

1、在AC供配电系统中，为防止SPD老化短路造成系统故障，SPD安装线路上应有过电流保护器件，并选用有劣化显示功能的SPD；

2、避雷器应尽量安装在被保护设备内，若无法安装在被保护设备内时，必须先将SPD安装在安装盒内，再安装在附近的墙上或靠近被保护设备的其它地方； 3、SPD连接导线长度不宜超过0.5m，接地引线应尽量避免与电源线紧挨平行布设，并宜粗、短、直；

4、当SPD1至SPD2的线距长度小于10米时， SPD2至SPD3的线距长度小于5米时，需要在SPD之间应加装退耦电感；

5、各级电源SPD必须安装在交流配电设备的交流输入端，宜采用凯文接线方式连接（将室内接地汇集线与接地引入线连接处断开，断开处的两端分别单独引线接至SPD的接地端）；

6、SPD和空气开关与35mm的标准导轨可靠固定，电源一级SPD连接导线线经不得小于16mm2,接地导线线径不得小于25mm2；电源二级SPD连接导线线经不得小于10mm2,接地导线线径不得小于16mm2；电源三级SPD连接导线线经不得小于6mm2,接地导线线径不得小于10mm2；信号避雷器连接导线线经不得小于2.5mm2,接地导线线径不得小于6mm2；

7、电源SPD应以最短、直路径接地，SPD的接地线应避免出现“V”形和“U”形弯，连线的弯曲角度不得小于90°，且接地线必须绑扎固定好，松紧适中；

8、SPD连接线的走线要美观，特别是直线、转弯、连接头，保证SPD整洁美观，连接牢固可靠；

9、SPD安装完毕后，须由施工单位技术主管再次检查确认，保证SPD安装正确、可靠，SPD的接地要求应小于4欧姆；如整个防雷系统采用共用接地时，其冲击接地电阻要求应该≤1欧姆；

三、独立人工接地装置解决方案：

1、接地电阻值要求R≤4Ω；

2、接地体应离建筑物3-5m左右设置；当受地方限制时可适当减小。

3、水平和垂直接地体应埋入地下0.6m左右，垂直接地体长2 m，每隔3-5m设置一个垂直接地体。

4、垂直接地体采用50×50×5×2000mm的热镀锌角钢，水平接地体则选40×4mm的热镀锌扁钢；

5、在地网焊接时，焊接面积应≥6倍接触点，且焊点做防腐蚀防锈处理；

6、独立接地铜排与独立人工装置做有效焊接，并作防腐蚀、防锈处理；

7、土壤导电性能差时采用敷设降阻剂法，使接地电阻≤4Ω；

8、回填土必须是导电状态较好的新粘土；

9、防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道当小于3米时：1、水平接地体局部深埋不应小于1米。2、水平接地体局部应包绝缘物，可采用50-80mm厚的沥青层。3、采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50-80mm厚的沥青层。 (10)预留接地测试点。回填土 焊接点 1M 2M水平接地体垂直接地体 降阻剂填充（土壤导电性能差时）

四、防雷装置的主要构成：

（1）接闪器： 直接截受雷击的避雷针，避雷带(线)，避雷网，以及作接闪的金属屋面和金属构件等。

（2）引下线：连接接闪器与接地装置的金属导体。

（3）避雷器：是一种能释放过电压能量限制过电压幅值的保护设备。使用时将避雷器安装在被保护设备附近，与被保护设备并联。在正常情况下避雷器不导通（最多只流过微安级的泄漏电流）。当作用在避雷器上的电压达到避雷器的动作电压时，避雷器导通，通过大电流，释放过电压能量并将过电压限制在一定水平，以保护设备的绝缘。在释放过电压能量后，避雷器恢复到原状态。

（4）接地线：接地线就是电气保护中的一种方式，通过与大地层连接进行放电保护，它的作用是当连接的设备漏电或感应带电时能够快速通过接地线将电流引入大地从而使设备外壳不再带电。

（5）接地装置（接地体）：埋入土壤中或混磷土基础中作散流用的导体。