辦公樓防雷接地系統(tǒng)設計方案

1、辦公樓防雷接地系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)概述當今人類科學技術的發(fā)展已進入了高信息化的發(fā)展階段?；诮┠陙黼娮蛹夹g的飛速發(fā)展，各種先進的測量、保護監(jiān)控、電信和計算機等電子產(chǎn)品正日益廣泛的應用于各行各業(yè)中。這些微電子儀器設備普遍存在著絕緣強度低，過電壓耐受能力差等致命弱點，一旦遭受雷擊過壓的沖擊，輕則造成這些電子系統(tǒng)的運行中斷，設備永久性損壞；重的是這些系統(tǒng)所承負的那些須實時運行的后續(xù)工作的中斷癱瘓所造成的不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟損失和影響。為此，我們認為對雷電電磁脈沖（LEMP）的防護，不但是必要的，而且是必須實施的。需求分析建筑物環(huán)境介紹人民醫(yī)院位于睢寧市區(qū)。睢寧市的年平均雷暴日為45，屬于多雷

2、暴日地區(qū)。項目建成后形成以住院綜合樓為主體的綜合建筑群。氣候屬于海洋性氣候、鹽霧腐蝕，最大相對濕度98%。電源的波動范圍為電壓15%，頻率2%。建筑物的防雷等級根據(jù)GB50057-94建筑物防雷設計規(guī)范中規(guī)定，并考慮到是計算機機房故可定為第一類或第二類防雷建筑，并按第二類防雷建筑物采取相應的防雷措施。按GB50057-94中第3.3.1條規(guī)定：“第二類防雷建筑物防直擊雷的措施，宜采用裝設在建筑物上的避雷網(wǎng)（帶）或避雷針或由其混合組成的接閃器。” 人民醫(yī)院弱電系統(tǒng)有大量的信息設備，大樓供電系統(tǒng)的正常與否直接關系到各系統(tǒng)中的工作順利進行、網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)存儲的安全性，以及通信系統(tǒng)的正常工作，

3、系統(tǒng)的防雷有著很重要的作用。因此，應對建筑物作好直擊雷和感應雷的防護。雷擊損壞設備的渠道1、電力線是雷電入侵電子設備的重要渠道：1)雷電遠點襲擊電力線：電力線輸電方式是由發(fā)電廠通過升壓變壓器升壓后，輸電至低壓變壓器，經(jīng)低壓變壓器的輸出給用戶。由于電壓基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲線，在電力線上形成每秒50次的交變磁場。如遇雷害發(fā)生時，在雷電未擊穿大氣時，將呈現(xiàn)出高壓電場形式。根據(jù)電學基本原理，磁場與電場之間是相互共存可逆變化的，那么，雷擊高壓電場通過靜電吸收原理，向大地方向運動。假設電力線桿有5米高，那么在相對濕度25時，要擊穿5米空氣，需要15106V雷擊高壓（3000V/mm）。如果在

4、相對濕度95時（下雨時），擊穿5米空氣需要5106V雷擊高壓（1000V/mm）。電力線上的交變磁場對雷云的吸引小于大地的靜電吸引。如果，雷云擊穿5米空氣入地，需要很高的電壓，雷電首先擊在電力線上，并從電力線的負載保護地線入地釋放，這樣就擊穿了設備。在高壓線上的表現(xiàn)為擊穿變壓器的絕緣，在變壓器低壓端與負載的連線上遭雷擊，損失的是用電器。由于變壓器低壓輸出端是三條相線，做一條地線，當作零地合一線，變成三相四線制零地合一方式給用電器供電，雷電擊在相線與大地放電，就等于相線與零線放電通過電力線直接擊穿用電器的電子元件。一般電子設備線與外殼的耐壓為每分鐘VAC1500V，火線與零線耐壓為工業(yè)級Vdc5

5、50650V，這么低的耐壓一旦遭受遠點雷擊，必將擊壞用電器。為此，在選擇防雷器時，首先考慮遠點雷擊。2)雷電近點電力線的侵入：所謂雷電近點襲擊電力線，實際上是雷電襲擊用電器所在的建筑物避雷針，從而引起的雷電電磁脈沖的保護問題。雷電打在建筑物避雷裝置上，按照GB5005794建筑物防雷設計規(guī)范規(guī)定，定義大樓接閃電能力為波形10350S三角波，雷擊電流為150KA。避雷針引下線由于線路電感的作用，最多只能將50的電流引入大地。100余米高的大樓它的引下線電感為155H左右（1.55H/米），IEC1312定義電感大于37.5H，則發(fā)生測閃雷擊，也就是說，10350S直擊雷引下線只能引下50%的電流

6、，余下的電流將通過電力線屏蔽槽、水管、暖氣管、金屬門窗等與地面有連接的金屬物質聯(lián)合引雷，但也只引下少部分雷電流，余下總電流的25在大樓流竄至UPS輸入輸出負載的電源線、局域網(wǎng)線等，擊穿局域網(wǎng)端，最終由邏輯地線處下泄入地。對設備而言，部分雷電流將由UPS輸入電源線對交流地線進行LPE、NPE泄放，UPS輸出LPE（邏輯地）、NPE泄放，小型機LPE N-PE泄放，局域網(wǎng)線對邏輯地線等進行泄放。最終結果，將擊穿UPS輸出對地線和輸入對地線端、服務器電源端邏輯地線、網(wǎng)口端邏輯地線。為此，必須對UPS輸入輸出火線零線對交流地和直流邏輯地進行保護，必須對服務器及其它重要終端進行等電位保護，對網(wǎng)口進行保護

7、，只有堵死一切雷電導入的端口，才能有效的保護設備免受雷電的侵害。2、雷電作用下，建筑物內(nèi)感應雷害雷電擊在建筑物避雷針上，由避雷針通過引下線，將雷電流泄放大地，引下線自上而下產(chǎn)生一個變化旋轉快速運動磁場，建筑物內(nèi)的電源線、網(wǎng)絡線等相對切割磁力線，產(chǎn)生感應高壓并沿線路傳輸擊毀設備。感應雷的能量雖小，但電壓較高。對感應雷害的防護，應該是全面的防護，但防護的級別可以低一些。3、雷電作用下的網(wǎng)絡雷害1)廣域網(wǎng)絡廣域網(wǎng)絡通常不遭受直擊雷的破壞，1mm2的銅線遭受10KA的雷電襲擊，它自身就斷了。廣域網(wǎng)的雷害主要是感應雷害，擊穿方式為線對線和線對機殼（地），在GA173-1998計算機信息系統(tǒng)防雷保安器標準

8、中，廣域網(wǎng)保護的最大雷電流為5KA，連接廣域網(wǎng)一般有以下幾類，一類是DDN租用專線，一類是ISDN專線，一類是幀中繼以及微波通訊方式 。對于專線的接收端口，它的耐壓應為5倍工作電壓，即Vdc25V，傳輸速率小于等于2M，插入保安器，使之在雷電作用下，短路保護5KA電流，而端口殘壓小于25V；而對于話線備份來說，它的工作電壓為48V加93V振鈴電壓共計175V，插入保安器，保安器的啟動電壓185V，殘留電壓小于Vdc330V，因為調(diào)制解調(diào)器的耐壓為Vdc330V。保護模式為線對地和線對線，廣域網(wǎng)遭受雷擊的概率較大，一般在28左右。2)局域網(wǎng)在局域網(wǎng)的傳輸電纜中，主干常常采用光纖，由于是光信號傳輸

9、，不受雷電影響，就不需進行雷電保護。如采用UTP電纜，UTP電纜的4對線中兩對線（1-2，3-6線對）一對線接收一線發(fā)送，采用RJ45接口方式。既然局域網(wǎng)電纜采用RJ45型是一收一發(fā)，那么，就應按兩對線進行雷電保護。在機房的綜合布線中，施工人員為了布線工程的美觀漂亮，把很多網(wǎng)線放在墻壁內(nèi)，沒有考慮對UTP電纜的屏蔽處理，一旦大樓某些鋼筋泄放雷擊電流都將引起感應高壓，從而擊毀設備。3)綜合布線從防雷角度上考慮，布線一定要明確表示：電源線不要與網(wǎng)絡線同槽架設，數(shù)據(jù)插座與電源插座保持一定距離；廣域網(wǎng)線纜不要與局域網(wǎng)線纜同槽架設；網(wǎng)線與墻壁布置時，有條件應遠距離安裝；屏蔽槽要求兩點接地；4、雷電作用下

10、的二次效應 - 雷電高壓反擊雷雷電襲擊建筑物避雷針，由引下線將雷電流引入大地，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速全部的與大地負電荷中和，必然引起局部地電位升高，交流配電地和直流邏輯地將這種高電位引入機房，這種反擊電壓底則數(shù)千伏，高則數(shù)萬伏，直接燒壞用電器的絕緣部分。5、由雷擊引起的人身安全問題雷電泄放大地，引起地電位升高，由于機房直流邏輯地線和交流配電保護地線不在一點入地，將兩個電位值引入機房。這時，若一個操作人員的一只手摸在UPS輸出負載外殼上，而另一只手（或身體）摸在交流配電地線上（如空調(diào)），兩個電位值將通過操作人員的身體短路，造成操作人員傷亡。防雷保護設備的確很重要，但是保護人身安全更

11、重要。所以人民醫(yī)院的防雷保護可分為電源線路防雷保護、信號線路防雷保護和機房接地系統(tǒng)防雷保護。電源線路布置：供電由大樓總配電中心供到樓層分配電柜，再由分配電柜至機房UPS，UPS后接機房的用電設備。信號線路布置：機房的信號線路從戶外引入機房；機房內(nèi)部信號線路由中心交換機分出超五類雙絞線與服務器和其它網(wǎng)絡設備相連。接地布置：主要機房設立均壓環(huán)，實現(xiàn)機房設備的等電位聯(lián)結，機房有單獨設置的接地線。 設計指導思想和相關技術標準設計指導思想防雷保護設計工作不是簡單的避雷設施的安裝和堆砌，而是一項要求高、難度大的系統(tǒng)工程，涉及多方面的因素。為此我們的設計指導思想的主旨是，本著“安全、經(jīng)濟、實用”的原則，在遵

12、照執(zhí)行國家有關行業(yè)標準的基礎上，還參考和引入IEC國際電工委員會的有關防雷技術標準要求，以期達到更好的防護效果。相關技術標準本工程設計原則是綜合治理，整體防御，多重保護，層層設防。對整個弱電系統(tǒng)進行完整的防雷接地設計。本方案依據(jù)下列標準和規(guī)范編寫:根據(jù)中華人民共和國公共安全行業(yè)標準GA371-2001計算機信息系統(tǒng)實體安全技術要求 第一部分：局域計算環(huán)境5.4.3 電源進線、信號傳輸線在進入計算機信息系統(tǒng)設備時，必須安裝電涌保護器。5.4.4 電源系統(tǒng)電涌保護器可以進行多級配置，在進行多級配置時應考慮電涌保護器參數(shù)之間的配合，同時還需考慮安裝電涌保護器損壞時的過流保護裝置，如熔斷器、斷路器等，

13、電涌保護器應有劣化顯示功能。GB/T50311-2000建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范 11.0.9當電纜從建筑物外面進入建筑物時，應采用過壓、過流保護措施，并符合相關規(guī)定。計算機場地安全要求 GB288789電子計算機機房設計規(guī)范 GB5017493計算機信息系統(tǒng)防雷保安器 GA1731998電子設備雷擊試驗 GB3482348383建筑防雷 IEC102411990建筑物防雷設計規(guī)范 GB50057-94（2000年版）氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護規(guī)范 QX 3-2000 建筑物防雷設施安裝 99D562 (99年版)方案設計在IEC1024建筑物防雷和IEC1312雷電電磁脈沖的防

14、護通則標準中，重點提出了防雷分區(qū)和等電位連接的概念。根據(jù)雷擊在不同區(qū)域的電磁脈沖強度劃分防雷區(qū)域，并在不同的防雷區(qū)域的界面上進行等電位連接，能直接連接的金屬物就直接相連，不能直接連接的如：電力線路和通信線路等，則必須依據(jù)不同的防雷區(qū)域的科學劃分，采用不同防護等級的防雷設備器件，對后續(xù)被保護設備進行有效的保護且必須實施等電位連接。實踐證明，這種分區(qū)分級等電位均壓連接，并以防雷設備來確保被保護設備的防護措施是實現(xiàn)有效防護的主要方法。在明確防雷區(qū)劃分的基礎上，結合擬進行保護的區(qū)域來分析，主要由以下幾部分構成：直擊雷防護電源系統(tǒng)(電源主配電、UPS電源備分等)通訊、網(wǎng)絡系統(tǒng)接地系統(tǒng)防雷保護的主要原則防

15、雷器安裝位置于被保護設備越近越好 等電位連接 所有外接線路需進行防雷保護 雷擊點 傳 導 設 備 防雷器安裝在雷擊發(fā)生點 到被保護設備之間直擊雷防護傳統(tǒng)避雷帶、避雷針在保護建筑物方面有其適用性，但隨著電子計算機的大量使用，因避雷針遭雷擊而造成電子設備損壞的例子已屢見不鮮。其原因有三：(1)由于避雷針自身為尖端形狀，在雷云電場的作用下，其尖端電場產(chǎn)生畸變，會產(chǎn)生強烈的迎面先導，往往優(yōu)先引發(fā)雷擊，造成雷擊發(fā)生；(2)避雷針在引雷入地的過程中，引下線（鋼筋）周圍會產(chǎn)生瞬時強大的電磁場，直接在內(nèi)部信號、電源線路上感應出過電壓、過電流，從而造成設備的損壞；(3)雷電流未經(jīng)衰減入地后，造成地電位升高，在防

16、雷地網(wǎng)與其它地網(wǎng)，特別是計算機工作地距離不足20米的情況下，電流會通過大地反竄入機房，造成設備的損壞。電源系統(tǒng)的雷電防護目前，經(jīng)實際運行經(jīng)驗驗證，由電源系統(tǒng)耦合進入的感應雷擊造成設備的損壞占雷擊災害損失60以上的概率。因此，對電源系統(tǒng)的避雷保護措施是整個防雷工程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。要防止由外輸電線路的感應雷電波和雷電電磁脈沖的侵入，使其在進入大樓電源系統(tǒng)之前將其泄放入地。由于機房電力供給是由大樓的建筑物變配電室引入的，電源高壓端的防雷保護已由電力供電部門實施。因此，對于機房的電源系統(tǒng)的雷電防護，我們采取以下的防雷保護方案：大樓低壓主配電系統(tǒng)做兩級防雷保護（三相電源）；機房進出端采取第三級防雷

17、保護，設備進行末級防雷保護；接地系統(tǒng)設計計算機接地系統(tǒng)是為消除公共阻抗的耦合，防止寄生電容耦合的干擾，保護設備和人身的安全，保證計算機系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行的重要手段。如果接地與屏蔽正確的結合起來，那么在抗干擾設計上最簡便、最經(jīng)濟而且是效果最顯著的一種手段。因此，為了能保證計算機系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運行，保證設備、人身的安全，針對不同類型計算機的不同要求，應設計出合適的接地系統(tǒng)。機房接地類型一般分為以下幾種：直流工作地；交流工作地；安全保護地；防靜電接地；防雷保護地；接地電阻及其相互關系：直流工作地的接地電阻應不大于歐姆；安全保護地、交流工作地、防雷保護地采用聯(lián)合接地，接地電阻應不大于1歐姆；防靜電接地的接地電阻應不大于2歐姆；計算機直流工作接地電阻的大小，接法以及諸地之間的關系，應依據(jù)不同計算機系統(tǒng)的要求而定。一般要求該電阻應不大于歐姆。為避免主機或電腦用電設備，因閃電時導致嚴重損壞，并顧及人員之安全，必須鋪設良好的接地系統(tǒng)。直流工作接地采用網(wǎng)格地線做為直流地，也稱為網(wǎng)格地。把一定截面積的銅線或銅帶在活動地板下交叉排成12001200mm的方格，交點處壓接在一起。直流網(wǎng)格地