机房防雷工程技术方案

机房防雷工程

技

术

方

案

设计单位：***************** 设计时间：2013年1月23日

第一部分雷电概述及破坏性

雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。

在气象学中，常用雷暴日数、年平均雷暴日数、年平均地面落雷密度，来表征某个地方雷电活动的频繁程度和强度。此外，也使用年雷闪频数来评价雷电活动,它是指1000平方公里范围内一年共发生雷闪击的次数。

我国一般按年平均雷暴日数将雷电活动区分为少雷区（<20天）、多雷区（20—40天）、高雷区（40—80天）、强雷区（>80天）。我国的雷电活动，夏季最活跃，冬季最少。全球分布是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。

1．雷电的破坏性

雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度（25—30kV/cm）时，所发生的猛烈放电现象。

通常雷击有三种形式，直击雷、感应雷、球形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压、而发生闪击现象的二次雷。

1）直击雷破坏：当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑物水份受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中接闪器，电流沿引下线向大地泻放时，这时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人身伤亡。

2）感应雷破坏：感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。

3）静电感应雷：带有大量负电荷的雷云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。

4）电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了，对用电设备造成极大危害。因此，避雷针引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。

5）雷电波引入的破坏：当雷电接近架空管线时，高压冲击波会沿架空管线侵入室内，造成高电流引入，这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。

附图：传导雷进入室内

6）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。

由此产生的雷电及过电压对电子设备的破坏主要有以下几个方面：

a、过高的过电压击穿半导体，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；

2008年超过12722多件案例损坏原因的分析：

2．雷电防护原理

雷电防护系统由三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防护，由接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。过渡防护，由合理的设置防雷器、屏蔽、接地、布线组成，可减少入侵引入的感应雷电流。内部防护，由均压等电位连接和过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。

概括地说，当今电子设备的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护五种方法。（1）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。

（2）屏蔽

控制室内所有的电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在控制室建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使其形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）

干扰控制室内设备。

（3）等电位连接

将控制室内所有金属物体，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。

（4）接地

在控制室电源系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护控制室设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。

（5）过电压保护

在电源线上安装相应的过电压保护器(防雷器)，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、快速钳位二极管等，根据需要进行组合，构成完整的防雷保护器。

附图：雷电防护原理

第二部分设计依据

1．设计依据

建筑物防雷设计规范 GB50057-94

建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50543-2004

建筑物防雷—防雷装置保护、级别的选择IEC61024-1-1

质量管理体系认证 ISO9001：2000

民用建筑电气设计规范 JGJ/T16-92

雷电电磁脉冲的防护IECI312

2．方案设计原则

本方案根据机房所处的地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律等的基础上，因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击所发生的财产损失，以安全可靠、技术先进、经济合理为原则，设计本方案，以达到对机房弱电系统的防雷保护。

3．防雷器选型

根据机房弱电系统的重要性及对防雷系统的要求，在对一些知名防雷产品进行分析后，公司决定采用已在气象局备案，通过了北京雷电防护装置测试中心和上海雷电设备测试中心测试的，国内最专业、可靠性最高、使用最广泛的防雷产品——雷科星（LKX）防雷产品。

（1）LKX（雷科星）-系列电源防雷器有如下特点：

●适用范围广—可应用于不同电网制式。

●保护模式新—相线对中线，中线对地线的保护模式。

●设计更安全—故障电流回路由相线与中线完成，不受地阻值高的影响。

●通流量大—内置高能放电极、性能可靠。

（2）LKX（雷科星）-系列信号类防雷器有如下特点：

●多级保护，通流容量大（10--15KA）。

●传输速率高，插入损耗小。

●允通电压限制在损坏接口的电流水平之下。

●内置快速半导体保护器件，响应速度快。

（3）LKX（雷科星）-接地模块有如下特点：

●能吸湿保温、能保持与土壤有效接触、接地电阻低。

●耐大工频和冲击电流冲击，电阻稳定。

●耐腐蚀、无毒、使用寿命长、安装简便。