防雷技術(shù)
第一章 概 述
雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。全球每年因雷擊造成人員傷亡，財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、信息系統(tǒng)癱瘓等事故頻繁發(fā)生，衛(wèi)星、通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，乃至到每個(gè)家庭的家用電器都會(huì)受到雷電災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。我國(guó)雷暴活動(dòng)也十分頻繁，全國(guó)有21個(gè)省會(huì)城市，雷暴日都在50天以上，最多達(dá)134天。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、控制技術(shù)（Control）、通訊技術(shù)（Communication）、顯示技術(shù)（CRT）的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、信息傳送于一體的網(wǎng)絡(luò)形成，隨之引入了大量設(shè)備。由于這些設(shè)備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對(duì)瞬間過(guò)電壓的承受能力大幅降低，將成為受雷電損害的主要設(shè)備。所以對(duì)于雷雨多發(fā)地區(qū)各系統(tǒng)采取有效的保護(hù)措施是非常必要的，明析瞬間過(guò)電壓產(chǎn)生途徑和危害是正確采取防護(hù)措施的前提。據(jù)美國(guó)通用研究公司提供磁場(chǎng)脈沖超過(guò)0.07高斯，就可引起計(jì)算失效；磁場(chǎng)脈沖超過(guò)2.4高斯就可以引起集成電路永久性損壞。那么如何設(shè)置防雷措施和接地、有效抑制雷擊過(guò)電壓及電磁干擾是一個(gè)全新的課題，也是大多數(shù)技術(shù)人員迫切需要解決的問(wèn)題，因?yàn)樗潜Ｕ暇W(wǎng)絡(luò)暢通，設(shè)備運(yùn)行完好及人身安全的重要技術(shù)手段和環(huán)節(jié)，是眾多信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人員在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)及財(cái)產(chǎn)管理工作的重要組成部分。
本方案制定的目的是考慮實(shí)際環(huán)境因素和用戶實(shí)際需要而做出一套比較完整而易于操作的防雷設(shè)計(jì)及安裝技術(shù)的防雷方案，從而達(dá)到機(jī)房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電子設(shè)備安全地運(yùn)行。
第二章 雷電防護(hù)原理
① 直擊雷
直接雷擊的防護(hù)應(yīng)采用避雷針或避雷帶。按照滾球法計(jì)算被保護(hù)物應(yīng)在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，接地沖擊電阻不大于10Ω。避雷裝置包括：接閃器、引下線和接地裝置。
② 感應(yīng)雷
感應(yīng)雷擊防護(hù)應(yīng)主要從線路防護(hù)考慮。機(jī)房電源進(jìn)線處應(yīng)加裝電源避雷器，機(jī)房信號(hào)進(jìn)線處應(yīng)加裝信號(hào)避雷器。計(jì)算機(jī)場(chǎng)地的安全保護(hù)接地應(yīng)不大于4Ω，交流工作接地應(yīng)不大于4Ω。直流工作接地如果設(shè)備有特殊要求，按設(shè)備的特殊要求接地，無(wú)特殊要求則參照交流工作接地的要求，應(yīng)不大于4Ω。
機(jī)房用電是由配電房集中供電實(shí)現(xiàn)的，既：由總配電房?jī)?nèi)配電柜分動(dòng)力、空調(diào)、照明等多條供電線路分別供至樓內(nèi)用電系統(tǒng)。因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)及語(yǔ)音、安全防范等系統(tǒng)設(shè)備供電線路防感應(yīng)雷保護(hù)也要整體考慮。
第三章 防雷措施
由于雷電的危害巨大，人類一直以來(lái)都在研究對(duì)雷電的防護(hù)措施，目前對(duì)雷電進(jìn)行防護(hù)的措施主要包括以下幾種方法。
3-1：外部防雷
根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（2010年版）規(guī)范的要求，必須對(duì)弱電系統(tǒng)所在建筑物做外部防雷措施。在設(shè)計(jì)建筑物外部防雷時(shí)，對(duì)其建筑物設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到樓頂上須設(shè)避雷帶及避雷針，另外，建筑物應(yīng)采用暗敷設(shè)引下線(可以利用建筑物構(gòu)造柱內(nèi)的主筋做引下線)，其間距不大于25米。
另外對(duì)中心機(jī)房應(yīng)金屬均壓環(huán)，并將其與房?jī)?nèi)金屬導(dǎo)電外殼等做等電位連接。
外部防雷接地裝置建議采用獨(dú)立接地裝置，并盡可能與大樓建筑接地在地面下用熱鍍鋅扁鋼進(jìn)行焊接，每?jī)纱苯ㄖg，不少于兩處焊接位置。
3-2：內(nèi)部防雷
3-2-1等電位連接：把各種金屬物用粗的導(dǎo)線焊接起來(lái)，或把它們直接焊接起來(lái)，以保證等電位。也包括物體與結(jié)構(gòu)件之間或者同一物體的各部分金屬外套之間做到電性的連接。
3-2-2傳導(dǎo)：傳導(dǎo)的作用是把閃電的巨大能量引導(dǎo)到大地下耗散掉。不是它對(duì)保護(hù)的對(duì)象產(chǎn)生破壞作用。
3-2-3分流：分流的做法是將凡是從室外進(jìn)來(lái)的導(dǎo)體（包括電力電源線、電話線、信號(hào)線或者這類電線的金屬外殼等）都要并聯(lián)一種避雷器至接地線。不僅是在入戶處，在每個(gè)需要做防雷保護(hù)的儀器設(shè)備的入機(jī)殼處都要安裝。它的作用是把沿導(dǎo)線傳入的過(guò)電壓波在避雷器處經(jīng)避雷器分流入地，也就是類似于把雷電流的所有入侵通道堵截了，而且不至一級(jí)堵截。
3-2-4接地：接地是閃電能量的瀉放入地，雖然接地措施在整個(gè)防雷措施中是配角，但是如果沒(méi)有很好的接地措施，所有的措施包括等電位連接、傳導(dǎo)、分流這三個(gè)防雷措施都不可能達(dá)到預(yù)期的效果。因此接地也是整個(gè)防雷措施的基礎(chǔ)，接地的妥當(dāng)與否，成為歷來(lái)防雷技術(shù)上特別受重視的項(xiàng)目，它又是最費(fèi)工、費(fèi)錢、費(fèi)力的防雷措施，是防雷工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
3-2-5屏蔽：屏蔽就是用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對(duì)象包裹起來(lái)，形成一個(gè)近似于法拉第籠式的保護(hù)裝置。從物理意義上來(lái)講，就是把閃電的脈沖電磁場(chǎng)從空間入侵的通道阻隔起來(lái)。各種屏蔽措施也同樣要接地。
第四章 設(shè)計(jì)依據(jù)
依據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)GB標(biāo)準(zhǔn)與部委頒發(fā)的設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，大樓和大樓內(nèi)之計(jì)算機(jī)房、程控機(jī)機(jī)房等設(shè)備都必須有完整完善之防浪涌保護(hù)措施，保證該系統(tǒng)能正常運(yùn)作。這包括電源供電系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)，電腦網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信設(shè)備等裝置，均應(yīng)有SPD防護(hù)裝置保護(hù)。設(shè)計(jì)依據(jù)包括有：
（1）《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（2010版） GB50057-2010
（2）《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50174-93
（3）《雷電電磁脈沖的防護(hù)》 IEC 6I312
（4）《過(guò)電壓保護(hù)器》 IEC 61643
（5）《SPD 通訊網(wǎng)絡(luò)防雷器》 IEC 61644
（6）《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 50054-95
（7）《工業(yè)與民用電力裝置的過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GBJ 64-83
（8）《電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則》 GB 7450-87
（9）《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》 GB 50169-92
（10）《建筑物防雷》 IEC 61024
（11）《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB/T50311-2000
（12）《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》 GB50343-2004
第五章 防雷方案設(shè)計(jì)
5．1電源系統(tǒng)防雷措施
根據(jù)IEC1312防雷及過(guò)電壓規(guī)范中有關(guān)防雷分區(qū)的劃分，針對(duì)重要系統(tǒng)的防雷應(yīng)分為三個(gè)區(qū)，分別加以考慮。只做單級(jí)防雷可能會(huì)帶來(lái)因雷電流過(guò)大，而導(dǎo)致的泄流后殘壓過(guò)高而破壞設(shè)備，或者因保護(hù)能力不足引起的設(shè)備損壞。電源系統(tǒng)多級(jí)保護(hù)，可防范從直擊雷到工業(yè)浪涌的各級(jí)過(guò)電壓的侵襲。
根據(jù)國(guó)家有關(guān)低壓防雷的有關(guān)規(guī)定，外接金屬供電線路進(jìn)入建筑物之前，必須埋地穿金屬管槽15米以上的距離進(jìn)入建筑物，且要在建筑物的線路進(jìn)入端加裝低壓避雷器。必須做到在電源的進(jìn)入端安裝低壓端的總電源防雷器，將由外部線路可能引入的雷擊過(guò)電壓、過(guò)電流引至大地泄放，以確保后接設(shè)備的安全。
5-2計(jì)算機(jī)機(jī)房網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)機(jī)房網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)雷電防護(hù)包括廣域網(wǎng)雷電防護(hù)、局域網(wǎng)雷電防護(hù)、無(wú)線通信系統(tǒng)雷電防護(hù)、光纜通信雷電防護(hù)和機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備之間的串口雷電防護(hù)等。
廣域網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)通信，在進(jìn)入機(jī)房設(shè)備（調(diào)制解調(diào)器或其它設(shè)備）前端應(yīng)安裝具備二級(jí)保護(hù)的防雷保護(hù)器，第一級(jí)一般為惰性氣體火花間隙放電器，通過(guò)RLC解偶后，進(jìn)入第二級(jí)半導(dǎo)體過(guò)電壓保護(hù)器。需要防護(hù)線與線之間、線與大地之間的雷電入侵，保護(hù)器的損耗指標(biāo)應(yīng)該適應(yīng)計(jì)算機(jī)設(shè)備的IEEE標(biāo)準(zhǔn)通信的有關(guān)要求。
數(shù)據(jù)傳輸線路（X.25、ISDN、DDN等）的防雷保護(hù)器必須能夠抵御和吸收（8/20uS感應(yīng)雷擊）5KA雷電流，須具備線路與大地之間及線與線之間的雷電保護(hù)。進(jìn)行PSDN等防雷設(shè)計(jì)，必須在使用前詳細(xì)了解電涌保護(hù)器件及設(shè)備的工作要求。例如：PSDN調(diào)制解調(diào)器有帶鈴壓和不帶鈴壓二類，帶鈴壓調(diào)制解調(diào)器工作電壓為48v至54v，鈴壓為175v至180v，電涌保護(hù)器的保護(hù)電壓應(yīng)大于180v；不帶鈴壓的調(diào)制解調(diào)器工作電壓為48v至54v，電涌保護(hù)器的保護(hù)電壓應(yīng)不小于54v。如果兩類電涌保護(hù)器混裝，將對(duì)前者造成通訊信號(hào)短路，對(duì)后者造成防雷工作能力喪失。
局域網(wǎng)雷電防護(hù)的重點(diǎn)是做好局域網(wǎng)網(wǎng)線的屏蔽，同時(shí)加強(qiáng)終端設(shè)備局域網(wǎng)端口的雷電防護(hù)。局域網(wǎng)絡(luò)通常以雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)屏蔽保護(hù)，布線也往往不盡規(guī)范，除了有可能遭受感應(yīng)雷擊的襲擊外，交流線路的干擾也會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成影響。在局域網(wǎng)絡(luò)的兩端安裝避雷器，可有效地防止各種過(guò)電壓對(duì)設(shè)備造成的破壞。局域網(wǎng)的網(wǎng)口應(yīng)該采取雷電防護(hù)措施，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、集線器等端口應(yīng)加設(shè)專用電涌保護(hù)器。出戶的局域網(wǎng)線及BNC遠(yuǎn)程局域網(wǎng)也須安裝電涌保護(hù)器。485數(shù)據(jù)線接口、422數(shù)據(jù)線并口、RS232數(shù)據(jù)串口、TTY傳感器數(shù)據(jù)接口等，均應(yīng)安裝匹配的電涌保護(hù)器，匹配原則應(yīng)參照防雷標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算機(jī)通信協(xié)議。
無(wú)線通訊經(jīng)常在建筑物上架設(shè)天線，屬于地面特別突出物，是雷電釋放的危險(xiǎn)途徑。饋線進(jìn)入設(shè)備前應(yīng)加裝電涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器的插入損耗要求較小，所以一般只能使用間隙放電器件進(jìn)行有效防護(hù)。光纜一般不會(huì)傳導(dǎo)雷電，但光纜金屬護(hù)套和金屬芯線可能引入雷電燒毀設(shè)備，必須在進(jìn)入設(shè)備之前，使芯線和護(hù)套接地，以達(dá)到避雷的目的。
5-3 監(jiān)控系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)
監(jiān)控系統(tǒng)一般由以下三部分組成：1、前端部分。主要由黑白（彩色）攝像機(jī)、鏡頭、云臺(tái)、防護(hù)罩、支架等組成。2、傳輸部分。使用同軸電纜、電線、多芯線采取架空、地埋或沿墻敷設(shè)等方式傳輸視頻、音頻或控制信號(hào)等。3、終端部分。主要由畫(huà)面分割器、監(jiān)視器、控制設(shè)備等組成。
5-3-1前端設(shè)備的防雷：
前端設(shè)備有室外和室內(nèi)安裝兩種情況，安裝在室內(nèi)的設(shè)備一般不會(huì)遭受直擊雷擊，但需考慮防止雷電過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的侵害，比如安裝在地下停車場(chǎng)等的攝象機(jī)等。而室外的設(shè)備則同時(shí)需考慮防止直擊雷和感應(yīng)雷。前端設(shè)備如攝像頭應(yīng)置于接閃器（避雷針或其它接閃導(dǎo)體）有效保護(hù)范圍之內(nèi)。為了施工方便避雷針一般架設(shè)在攝像機(jī)的支撐桿上，引下線可直接利用金屬桿本身或選用Φ 8的鍍鋅圓鋼或35mm2銅導(dǎo)線，此時(shí)應(yīng)注意依據(jù)GB50198-94《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》第2章、第2.5節(jié)、供電、接地與安全防護(hù)、第2.5.4條的要求，系統(tǒng)采用專用接地裝置時(shí)，其接地電阻不得大于4Ω。為防止電磁感應(yīng)，沿桿引上攝像機(jī)的電源線和信號(hào)線應(yīng)穿金屬管屏蔽。為防止雷電波沿線路侵入前端設(shè)備，應(yīng)在設(shè)備前的每條線路上加裝WJX系列的“三合一”或者“二合一”的監(jiān)控?cái)z象機(jī)多功能電涌保護(hù)器。
5-3-2傳輸線路的防雷：
CCTV系統(tǒng)主要是傳輸信號(hào)線和電源線。室外攝像機(jī)的電源可從終端設(shè)備處引入，也可從監(jiān)視點(diǎn)附近的電源引入?？刂菩盘?hào)傳輸線和報(bào)警信號(hào)傳輸線一般選用芯屏蔽軟線，架設(shè)（或敷設(shè)）在前端與終端之間。GB50198-94《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，傳輸部分的線路在城市郊區(qū)、鄉(xiāng)村敷設(shè)時(shí)，可采用直埋敷設(shè)方式，當(dāng)條件不充許時(shí)，可采用通信管道或架空方式。采用通信管道或架空方式時(shí)，應(yīng)注意傳輸線纜與其它線路其它線路共溝的最小間距和與其它線路共桿架設(shè)的最小垂直間距。比如與220V交流配電線的最小間距為0.5米，與通訊電纜的最小間距為0.1米，與1～10KV電力線的最小垂直間距為2.5米，與1KV以下電力線的最小垂直間距為1.5米，與廣播線的最小垂直間距為1.0米，與通信線的最小垂直間距為0.6米等等。
直埋敷設(shè)方式防雷效果較好，而架空線比較容易感應(yīng)雷擊。為避免首尾端設(shè)備損壞，在使用架空線傳輸時(shí)，應(yīng)在每一支撐桿上做接地處理，架空線纜的吊線和架空線纜線路中的金屬管道均應(yīng)接地。中間放大器輸入端的信號(hào)源和電源均應(yīng)分別接入合適的避雷器。傳輸線埋地敷設(shè)也并不能完全阻止雷擊設(shè)備的發(fā)生，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示雷擊造成埋地線纜故障大約占總故障的30％左右，即使雷擊比較遠(yuǎn)的地方，也仍然會(huì)有部分雷電流流入電纜。所以采用帶屏蔽層的線纜或線纜穿鋼管埋地敷設(shè)，保持鋼管的電氣連通。對(duì)防護(hù)電磁干擾和電磁感應(yīng)非常有效，這主要是由于金屬管的屏蔽作用和雷電流的集膚效應(yīng)。如電纜全程穿金屬管有困難時(shí)，可在電纜進(jìn)入終端和前端設(shè)備前穿金屬管埋地引入，但埋地長(zhǎng)度不得小于15米，在入戶端將電纜金屬外皮、鋼管同防雷接地裝置相連。
5-4、等電位連接與共用接地
5-4-1等電位連接是現(xiàn)代防雷技術(shù)重要的防護(hù)措施之一。將進(jìn)入中心大樓的各類管線的屏蔽層、機(jī)架等在進(jìn)入大樓前進(jìn)行等電位連接后接地。在進(jìn)入設(shè)備前再進(jìn)行二次等電位連接后接地。將各種進(jìn)入大樓的電纜的外層和其它管線外層在進(jìn)入大樓前進(jìn)行等電位連接后接地。
5-4-2將分開(kāi)的外導(dǎo)電裝置用等電位連接導(dǎo)體連接后接地，以減少系統(tǒng)設(shè)備所在的建筑物金屬構(gòu)件與設(shè)備之間或設(shè)備與設(shè)備之間因雷擊產(chǎn)生的電位差。利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)所有金屬構(gòu)件的多重連接建立一個(gè)三維的連接網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)等電位連接的最佳選擇。為方便等電位連接施工，應(yīng)在一些合適的地方預(yù)埋等電位連接預(yù)留件。
進(jìn)入系統(tǒng)所在建筑物的各類水管、采暖和空調(diào)管道等金屬管道的金屬外層在進(jìn)入建筑物處應(yīng)做等電位連接，燃?xì)夤艿廊霊艉髴?yīng)在法蘭盤連接處插入一塊絕緣板，并在絕緣板兩端用開(kāi)關(guān)型SPD連接后戶內(nèi)金屬管道要參加等電位連接，并與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件連接在一起，按GB50054的要求做總等電位連接之后，接向總等電位連接帶，并可靠連通接地。
5-4-3在建筑物入口處，即LPZOB與LPZ1區(qū)交界處進(jìn)行總等電位連接后接地，在后續(xù)的雷電防護(hù)區(qū)交界處按總等電位連接的方法進(jìn)行局部等電位連接，連接主體應(yīng)包含系統(tǒng)設(shè)備本身（含外露可導(dǎo)電部分）、PE線、機(jī)柜、機(jī)架、電氣和電子設(shè)備的外殼、直流工作地、防靜電接地、金屬屏蔽線纜外層、管道、屏蔽槽、電涌保護(hù)器SPD的接地等均應(yīng)以最短的距離就近與這個(gè)等電位連接帶直接連接。連接基本方法應(yīng)采用網(wǎng)型（M）結(jié)構(gòu)或星型（S）結(jié)構(gòu)。網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的環(huán)行等電位連接帶應(yīng)每隔5m經(jīng)建筑物墻內(nèi)鋼筋、金屬立面與接地系統(tǒng)連接。當(dāng)采用S型等電位連接網(wǎng)格時(shí)，系統(tǒng)的所有金屬組件除在接地基準(zhǔn)點(diǎn)，即ERP處連接外，均應(yīng)與共同接地系統(tǒng)的各組件有足夠的絕緣（大于10KV，1.2/50μs）。
5-4-4宜利用建筑物的基礎(chǔ)鋼筋地網(wǎng)作為共同接地系統(tǒng)。如建筑物沒(méi)有基礎(chǔ)鋼筋地網(wǎng)，宜在建筑物四周埋設(shè)人工垂直接地體和水平環(huán)型接地體。接地體的接地電阻不宜大于４Ω。原則上應(yīng)在各雷電防護(hù)區(qū)界面處做等電位連接，但由于工藝要求或其它原因，被保護(hù)設(shè)備的安裝位置不會(huì)正好設(shè)在界面處而是設(shè)在其附近，在這種情況下，當(dāng)線路能承受可能發(fā)生的電涌電壓時(shí)，電涌保護(hù)器安裝在被保護(hù)設(shè)備處，而線路的金屬保護(hù)層工屏蔽層宜首先在界面處做一次等電位連接接地。
5-4-5埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用銅包鋼接地極。其直徑不應(yīng)小于10mm扁鋼截面不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm；角鋼不應(yīng)小于40X40X4mm；鋼管壁厚不應(yīng)小于3.5mm。人工垂直接地體的長(zhǎng)度宜為2.5m。人工垂直接地體間的距離及人工水平接地體間的距離為5m，當(dāng)受條件限限制時(shí)可適當(dāng)減小。人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m，在凍土區(qū)人工接地體應(yīng)埋設(shè)在凍土層以下。接地體應(yīng)遠(yuǎn)離由于磚窯、煙道等高溫影響土壤電阻率升高的地方。
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