辦公樓機房防雷系統(tǒng)解決方案建議書

PAGEPAGE1辦公樓機房防雷系統(tǒng)解決方案建議書概述項目概述水務公司辦公樓機房作為水務公司的重要部門，為其各項活動的正常運行提供了必不可少的支持，是其業(yè)務工作的重要樞紐環(huán)節(jié)，要求有良好的雷電安全防護。雷擊是年復一年的嚴重自然災害之一。隨著我國現(xiàn)代化建設的不斷提高，通信設備越來越多，規(guī)模越來越大。一方面大型電子計算機網(wǎng)絡，程控交換機組等系統(tǒng)設備耐過電流，耐雷電壓的水平越來越低，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波的侵入，致使雷電災害頻頻發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，雷電對電子設備的損壞占設備損壞因素的比例高達26%，防雷過電壓已成為具有時代特點的一項迫切要求。因此，做好雷電防護是保證人身安全、正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。雷電災害概述雷電是發(fā)生在大氣層中的聲、光、電物理現(xiàn)象，對于雷電的形成有多種解釋理論，通常認為是由于熱空氣上升，冷空氣下降過程中的熱交換，產(chǎn)生帶有正負電荷的小水滴積聚形成積雨云，在積雨云(雷云)形成過程中，在大氣電場以及溫差起電效應、破碎起電效應的同時作用下，正負電荷分別在云的不同部位積聚。當電荷積聚到一定程度，就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說的"閃電"。雷電災害是客觀存在的自然災害，有史以來雷電給人類的生活、工作帶來很大的影響。雷擊釋放的強大的瞬間脈沖電流產(chǎn)生巨大的熱能、機械能并誘發(fā)脈沖過電壓、過電流。造成建筑物倒塌、起火，人員傷亡，通信中斷，系統(tǒng)癱瘓等嚴重后果。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)集中了大量微電子網(wǎng)絡設備，其高度集成化，低工作電平和小工作電流的特點，又帶來絕緣強度低，耐過電壓、過電流的能力差等致命弱點。美國研究報告[AD-722675]指出：當雷電活動時，磁感應強度達到0.07GS時，計算機發(fā)生誤動作，當磁感應強度超過2.4GS時，計算機發(fā)生永久性損壞。根據(jù)統(tǒng)計，因雷電對微電子設備的破壞而造成的損失，已遠遠超過了雷擊火災的損失，成為當今電子時代的一大公害。計算機網(wǎng)絡需要交易系統(tǒng)高可靠運行，一旦遭受雷擊造成設備損壞，將可能引起數(shù)據(jù)丟失、交易中斷，造成設備損失和無法估量的間接交易損失，甚至引起社會不安定因素。因此，做好雷電防護是保證人身安全必、設備正常工作不可少的重要部分。雷電災害的途徑直接雷擊雷云與大地之間直接通過建(構)筑物、電氣設備或樹木等放電稱為直擊雷。雷電放電的平均電流為30kA(目前記錄到的最大值為300kA)，中心溫度達3000℃，強度可達1000MV伏，一個中等強度雷暴的功率有10MJ，90%以上的雷電發(fā)生在云間或云內(nèi)，只有小部分是對地發(fā)生的。據(jù)統(tǒng)計，在對地的雷電放電中，90%左右的雷是負極性的。強大的雷電流通過被擊物時產(chǎn)生大量的熱量，而在短時內(nèi)又不易散發(fā)出來。所以，凡雷電流流過的物體，金屬被熔化，樹木被燒焦，建筑物被炸裂。尤其是雷電流流過易燃易爆物體時，會引起火災或爆炸，造成建筑物倒塌、設備毀壞及人身傷害的重大事故。雷電感應雷電感應分為靜電感應和電磁感應。靜電感應是帶有大量負電荷的雷云經(jīng)過架空線時，由于靜電感應而感應出被雷云電場所束縛的正電荷。當云中電荷由于放電中和而瞬間消失時,架空線上感應的正電荷瞬間失去了電場的束縛，在電勢能的作用下，將沿著線路產(chǎn)生一個很大的沖擊電流,并迅速向架空線兩端傳播，從而對末端的電器設備產(chǎn)生影響甚至燒毀。雷電電磁感應雷是雷擊發(fā)生在供電線路、通訊線路附近,或擊在避雷針上時，由瞬時的大電流而產(chǎn)生強大的交變電磁場，使得形成閉合環(huán)路的金屬構件或線路產(chǎn)生感應電流，根據(jù)法拉第電磁感應定律，這種變化極快而且強度很大的交變電磁場將會產(chǎn)生很大的感生電動勢，這種雷電過電壓可能向周圍物體放電或通過線路作用到設備上，對用電設備造成極大危害。感應雷擊雖然沒有直擊雷嚴重，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。對雷電電磁波的波頻譜分析也是研究雷電電磁防護的重要依據(jù)，通過頻譜分析可以獲悉雷電波電壓、電流的能量在各頻段的分布，由此估算此雷電電磁脈沖對通信系統(tǒng)頻帶范圍內(nèi)可能造成的影響，進而確定出相應的防雷措施。通過實際測量分析發(fā)現(xiàn)：雷電流頻譜主要分布在低頻部分，且隨著頻率的升高而遞減；雷電的能量也主要集中在低頻部分，約90%以上能量分布在10kHz以下。所以只要防止10kHz以下頻率的雷電電磁脈沖的侵入，就能消減大部分雷電電磁脈沖的能量，這對防雷工程設計具有重要的指導意義。由于廣電大樓內(nèi)的電子設備多而且集中，所以如何做好雷電電磁脈沖的防護是整個防雷系統(tǒng)設計中最為關鍵的一環(huán)。雷電波侵入當雷電擊中戶外架空線、地下電纜或公共金屬管道時，雷電波就會沿著這些管線侵入室內(nèi)，使與之連接的用電設備遭受破壞，或引起人身傷亡，這種形式的雷擊稱為雷電波侵入。當戶外架空線上產(chǎn)生的雷電感應過電壓，沿輸電線侵入室內(nèi)時，將帶來同樣的破壞作用，也可稱之為雷電波侵入。雷電波侵入與雷電感應具有基本相同的特點，但所形成的電壓電流幅度比一般雷電感應要大，這種雷電波除了產(chǎn)生電效應或熱效應,破壞物體的電氣或機械性能之外,當它侵入相連的設施或設備時,會對其機械結構和電氣結構產(chǎn)生破壞作用,并危及有關操作和使用人員的安全。當雷電波從導線傳送到用電設備時,就會產(chǎn)生一個強大的雷電沖擊波及其反射分量。這種沖擊波會擊毀或擊穿電子器件,造成設備的損壞,其反射分量還可能形成與沖擊波疊加,在形成駐波的情況下,破壞力更大。帶來的破壞也更加嚴重。雷電新特性當人類社會進入電子信息時代后，雷災出現(xiàn)的特點與以往有極大的不同，可以概括為：（1）受災面大大擴大，從電力、建筑這兩個傳統(tǒng)領域擴展到幾乎所有行業(yè)，特點是與高新技術關系最密切的領域，如航天航空、國防、郵電通信、計算機、電子工業(yè)、石油化工、金融證券等；（2）從二維空間入侵變?yōu)槿S空間入侵。從閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場從三維空間入侵到任何角落，無空不入地造成災害，因而防雷工程已從防直擊雷、感應雷進入防雷電電磁脈沖（LEMP）。（3）雷災的經(jīng)濟損失和危害程度大大增加了，它襲擊的對象本身的直接經(jīng)濟損失有時并不太大，而由此產(chǎn)生的間接經(jīng)濟損失和影響就難以估計。（4）產(chǎn)生上述特點的根本原因，也就是關鍵性的特點是雷災的主要對象已集中在微電子器件設備上。雷電的本身并沒有變，而是科學技術的發(fā)展，使得人類社會的生產(chǎn)生活狀況變了。微電子技術的應用滲透到各種生產(chǎn)和生活領域，微電子器件極端靈敏這一特點很容易受到無孔不入的LEMP的作用，造成微電子設備的失控或者損壞。為此，當今時代的防雷工作的重要性、迫切性、復雜性大大增加了，雷電的防御已從直擊雷防護到系統(tǒng)防護，我們必須站到歷史時代的新高度來認識和研究現(xiàn)代防雷技術，提高人類對雷災防御的綜合能力。(三)、雷電防護區(qū)的劃分按照GB50057-2010要求，應將要保護的空間劃分為不同的防雷區(qū)，以規(guī)定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和指明各區(qū)交界處的等電位連接點的位置。各區(qū)以在其交界處的電磁環(huán)境有明顯改變作為劃分不同防雷區(qū)的特征。防雷區(qū)宜按以下分區(qū)：1、LPZOA區(qū)：直擊雷非防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。2、LPZOB區(qū)：直擊雷防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。3、LPZ1區(qū)：屏蔽防護區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導體的電流比LPZOB更??；本區(qū)內(nèi)的電磁場可能衰減，這取決于屏蔽措施。4、LPZ2區(qū)等：后續(xù)防雷區(qū)，當需要進一步減小導入的電流和電磁場時，應引入后續(xù)雷區(qū)，并按照需要保護的系統(tǒng)所要求的環(huán)境選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。通常，防雷區(qū)的數(shù)越高電磁環(huán)境的參數(shù)越低。在兩個防雷區(qū)的界面上應將所有通過界面的金屬物做等電位連接，并宜采用屏蔽措施。信息系統(tǒng)建筑物防雷區(qū)劃分一般原則詳見下圖。信息系統(tǒng)建筑物防雷區(qū)劃分技術方案設計原則本方案以用戶至上為原則，在符合國家規(guī)范的前提下，最大限度地滿足用戶的需求。秉持技術先進、高效便利、投資合理的精神，用最佳設計方案體現(xiàn)最高的性能價格比，使系統(tǒng)的功能和指標達到國內(nèi)同類系統(tǒng)的先進行列，是我們的總體設計原則。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：先進性在投資費用許可的情況下，系統(tǒng)采用當今先進的技術和設備，一方面能反映系統(tǒng)所具有的先進水平，另一方面又使系統(tǒng)具有強大的發(fā)展?jié)摿?，以便該系統(tǒng)在盡可能的時間內(nèi)與社會發(fā)展相適應。（可靠性系統(tǒng)最重要的就是可靠性，系統(tǒng)一旦癱瘓的后果將是難以想象的，因此系統(tǒng)必須可靠地、能連續(xù)地運行，系統(tǒng)設計時在成本接受的條件下，從系統(tǒng)結構、設備選擇、產(chǎn)品供應商的技術服務及維修響應能力等各方面均應嚴格要求，使得故障發(fā)生的可能性盡可能少。安全性對于安全防范系統(tǒng)，其本身的安全性能不可忽視。方案設計時，所選設備、材料均為國內(nèi)外名牌、原廠正品，設備、材料在同類產(chǎn)品中有較高的口碑?？蓴U充性系統(tǒng)設計時應充分考慮今后的發(fā)展需要，系統(tǒng)應具有預備容量的擴充與升級換代的可能。規(guī)范性由于本系統(tǒng)是一個嚴格的綜合性系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設計與施工過程中應參考各方面的標準與規(guī)范，嚴格遵從各項技術規(guī)定，做好系統(tǒng)的標準化設計與施工。一切應從實際出發(fā)，使整體工程具有較高的實用效能。設計依據(jù)國家標準GB50057-2010〈建筑物防雷設計規(guī)范〉為使建筑物防雷設計因地制宜的采用防雷措施，防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財產(chǎn)損失，做到安全可靠，技術先進，經(jīng)濟合理。本規(guī)范不適用于天線塔，共用天線電視接收系統(tǒng)，化工廠戶外裝置的防雷設計。GB50343-2012〈建筑物電子計算機系統(tǒng)防雷技術規(guī)范〉此規(guī)范特別針對建筑物電子計算機系統(tǒng)防雷設計，在建筑物電子計算機系統(tǒng)防雷設計時，應根據(jù)建筑物電子系統(tǒng)的特點，將外部防雷設施與內(nèi)部防雷設施協(xié)調(diào)統(tǒng)一，按照工程整體要求，進行全面規(guī)劃，做到安全可靠，技術先進，經(jīng)濟合理。GB50174-93〈電子計算機機房安全設計規(guī)范〉本規(guī)范適用于陸地上新建、該建和擴建的主機房建筑面積大于或等于140M2的電子計算機機房的設計。而本規(guī)范不適用于工業(yè)控制用計算機房和微型計算機機房。為了使電子計算機機房確保電腦網(wǎng)絡系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行和保障機房安全使用，應符合現(xiàn)行有關標準規(guī)范的規(guī)定。GA267-2000〈計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護規(guī)范〉本標準規(guī)定了計算機信息系統(tǒng)對雷電電磁脈沖誘發(fā)的過電壓和過電流安全防護的基本原則和防護技術要求。GA173-1998〈計算機信息系統(tǒng)防雷保安器〉計算機信息系統(tǒng)加裝有效可靠的防雷保安器，是國際上通用的最有效的防護措施。防雷保安器是保證計算機信息系統(tǒng)安全的專用產(chǎn)品，因此它應符合本標準的技術要求、實驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸及儲存，并能有效防止感應雷電破壞該系統(tǒng)受保護設備。國際標準IEC1312〈雷電電磁脈沖的防護〉本標準為建筑物內(nèi)或建筑物頂部信息系統(tǒng)有效的雷電防護系統(tǒng)的設計、安裝、檢查、維護；并對裝有這系統(tǒng)（如電子系統(tǒng)）的建筑物評估LEMP屏蔽措施的效率的方法。針對現(xiàn)有的防雷器（SPD）應用在防雷區(qū)概念安裝上提出相關的要求。IEC61643〈SPD電源防雷器〉本標準對電源防雷器用于交直流電源電路和設備上，額定電壓在1000Va.c.或1500Vd.c.。電源防雷器分級分類測試和應用。VDE0675〈過電壓保護器〉過電壓放電保護器（電源防雷器）適用于額定交直流電壓在100V至1000V范圍內(nèi)之供電配電系統(tǒng)，對應于防雷器做出分級分類要求。設計思路整體設計思路計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的防雷是一個系統(tǒng)工程，它包括直擊雷的防護、等電位連接措施、屏蔽措施、規(guī)范的綜合布線、安裝電涌保護器（SPD）、完善合理的接地系統(tǒng)等部分組成，在一個完善的防雷系統(tǒng)工程中缺一不可。建筑物電子信息系統(tǒng)綜合防雷系統(tǒng)雷電對電子設備損害途徑主要有三個途徑：直擊雷經(jīng)過接閃器（如避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等）而直放入地，導致地網(wǎng)地電位上升。高電壓由設備接地線引入電子設備造成地電位反擊。雷電流沿引下線入地時，在引下線周圍產(chǎn)生磁場，引下線周圍的各種金屬管（線）上經(jīng)感應而產(chǎn)生過電壓。進出大樓或機房的電源線和通信線等在大樓外受直擊雷或感應雷而加載的雷電壓及過電流沿線竄入，入侵電子設備。針對此三種途徑所進行的防護：1、接閃與接地：大樓通過建筑物主鋼筋，上端與接閃器，下端與地網(wǎng)連接，中間與各層均壓網(wǎng)或環(huán)形均壓帶連接，對進入建筑物的各種金屬管線實施均壓等電位連接，具有特殊要求的各種不同地線進行等電位處理。這樣就形成一個法拉第籠式接地系統(tǒng)。它是消除地電位反擊有效的措施。2、均壓連接與屏蔽：安裝均壓環(huán)，同時通信電纜線槽及地線線槽需用金屬屏蔽線槽，且做等電位連接。其布放應盡量遠離建筑物立柱或橫梁，通信電纜線槽以及地線線槽的設計應盡可能與建筑物立柱或橫梁交叉。3、分流：進入建筑物大樓的電源線和通訊線應在不同的防雷區(qū)交界處，以及終端設備的前端根據(jù)IEC1312——雷電電磁脈沖防護標準，安裝上不同類別的電源類SPD以及通訊網(wǎng)絡類SPD（SPD瞬態(tài)過電壓保護器）。SPD是用以防護電子設備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導電涌過電壓的有效手段。電源線路防雷系統(tǒng)深化設計總體說明按照GB50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)技術規(guī)范》技術要求，應將大樓需要保護的空間劃分為不同的防雷區(qū)，以確定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和相應的防護對策。進入建筑物大樓的電源線和通訊線應在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處，以及終端設備的前端根據(jù)GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)技術規(guī)范》安裝上不同類別的電源類SPD，以及通訊網(wǎng)絡類SPD。電源線路防雷與接地應符合下列規(guī)定：A．進、出電子信息系統(tǒng)機房的電源線路不宜采用架空線路。B．電子信息系統(tǒng)設備由陽交流配電系統(tǒng)供電時，從建筑物內(nèi)總配電柜(箱)開始引出的配電線路必須采用TN-S系統(tǒng)的接地形式。C．配電線路設備的耐沖擊過電壓額定值應符合下表規(guī)定。電子信息系統(tǒng)設備配電線路。浪涌保護器安裝位置及電子信息系統(tǒng)電源設備分類示意圖如下圖所示。注：本圖為電子信息工程電源系統(tǒng)的分類,各類設備內(nèi)容由工程決定。電信樞紐總進線處需設穩(wěn)壓器。D．在直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A）或直擊雷防護區(qū)（LPZOB）與第一防護區(qū)（LPZ1）交界處應安裝通過Ⅰ級分類試驗的開關型浪涌保護器或限壓型浪涌保護器作為第一級保護；第一防護區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZ1區(qū)）交界處應安裝限壓型浪涌保護器。E．浪涌保護器連接導線應平直，其長度不宜大于0.5m。當電壓開關型浪涌保護器至限壓型浪涌保護器之間的線路長度小于10m、限壓型浪涌保護器之間的線路長度小于5m時，在兩級浪涌保護器之間應加裝退耦裝置。當浪涌保護器具有能量自動配合功能時，浪涌保護器之間的線路長度不受限制。浪涌保護器應有過電流保護裝置，并宜有劣化顯示功能。F．用于電源線路的浪涌保護器標稱放電電流參數(shù)值宜符合下表規(guī)定的電源線路浪涌保護器標稱放電電流參數(shù)值注：SPD的外封裝材料應為阻燃型材料。水務公司辦公樓機房防雷解決方案確定防護等級嚴格按照國標、部頒標準以及相關的國際標準實施防雷工程。水務公司辦公樓機房的保護程度結合GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》第四章第三節(jié)，水務公司辦公樓機房確定防護等級為C級防護。建筑物電子信息系統(tǒng)可根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)和價值，選擇確定雷電防護等級。電源線路防雷解決方案1.電源防雷模塊（第一級電源保護）：水務公司辦公樓機房內(nèi)部供電系統(tǒng)一般是由市電配電柜所提供，因此第一級電源浪涌保護器安裝在市電配電柜內(nèi)。根據(jù)防雷區(qū)域的劃分市電配電柜所屬區(qū)域是LPZ0-LPZ1區(qū)。因此加裝第一級浪涌保護器，沖擊放電電流至少達到100KA(8/20μs)電流強度，由于采用的是并入方式，所以對供電容量不引起絲毫影響，，從而達到粗保護的目的。在其前端加裝空氣開關，空氣開關上口與主控開關輸出端連接線，根據(jù)GB50343-2012規(guī)范要求采用10mm2銅制導線。接地線采用16mm2銅制導線。與第二級浪涌保護器安裝距離大于5米。2.電源防雷模塊（第二級電源保護）：第二級浪涌保護器安裝在UPS配電柜，此處加裝浪涌保護器依據(jù)國家及相關行業(yè)規(guī)范采用標稱放電電流達20KA(8/20μs)的浪涌保護器，安裝所屬區(qū)域是LPZ1-LPZ2。因此采用ISNC40，ISNC40標稱放電電流達20KA(8/20μs)的電流強度，由于電子設備的高速、高密，微小的過電壓和浪涌電壓以及線路的二次感應，都會引起脆弱的電路損壞。加裝浪涌保護器從而致使雷電流進一步減小,將殘壓降至在被保護設備所承受范圍內(nèi)。在其前端加裝空氣開關，空氣開關上口與UPS配電柜電源主控開關輸出端連接線，根據(jù)，GB50343-2012規(guī)范要求采用6mm2銅制導線。接地采用10mm2銅制導線。等電位系統(tǒng)防雷系統(tǒng)解決方案等電位連接是把建筑物內(nèi)、附近的所有金屬物全用電氣的方法連接起來，使整個建筑物成為一個良好的等電位體。當雷擊到這座建筑物上的時候，在建筑物內(nèi)部和附近基本上是一個等電位體，因此不會發(fā)生內(nèi)部的設備和人員被雷擊或高電位反擊的情況。因此水務公司辦公樓機房安裝等電位連接排。使用30mm*3mm紫銅排