电子信息设备防雷选型及接地讲诉

一、雷电防护区划分
1、LPZ0A区：受直接雷击和全部雷击电磁场威胁的区域；
2、LPZ0B区: 直接雷击的防护区域，该区域的威胁仍是全部雷电电磁场；
3、LPZ1区：由于边界处分流和浪涌保护器的作用是浪涌电流受到限制的区域；
4、LPZ2~n后续防雷区：由于边界处分流和浪涌保护器作用使浪涌电流受到进一步的限制的区域。

二、建筑物电子信息系统防雷的一般要求：
1、需要保护的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施，具体如下：1) 等电位连接和接地；
2）电磁屏蔽；
3）合理布线；
2、等电位体和共用接地
1）机房内电子信息设备应作等电位体连接，连接形式分S型和M型以及其组合。

电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管屏蔽线缆金属外层、防静电接地、工作接地、保护接地、浪涌保护器接地端均应以最短的距离与网格进行连接。

机房等电位连接连接网格应与共用接地系统连接。

2）电子信息系统机房设置的局部等电位接地端子板之间要做多股铜芯导线或铜带进行连接：机房局部等电位端子板之间的连接导体截面不小于16mm²；设备与机房等电位连接网络之间的连接导体截面不小于6mm²；机房网络采用铜箔或多股软铜芯导体截面不小于25mm²；
3）电子信息设备中的音、视频等专用设备接地干线应通过专用等电位接地端子板独立引至设备机房；
4）进入建筑物的金属管线（(含金属管、电力线、信号线）应在入口处就近连接到等电位连接端子板上。

在LPZ1入口处应分别设备适配的电源和信号浪涌保护器，使电子信息系统的带电体时限等电位连接。

3、屏蔽和布线
1）为减小雷电电磁脉冲在电子信息系统内产生的浪涌，宜采用建筑物屏蔽、机房屏蔽、设备屏蔽、线缆屏蔽等措施；
2）机房屏蔽的要求：利用建筑物的金属框架、混凝土钢筋、金属墙面、屋顶等金属构件与防雷装置连接构成大空间屏蔽；增加机房屏蔽；机房配置在LPZ1区之后的后续防雷区内，并与雷电防护区屏蔽体留有安全距离；
3）线缆屏蔽要求：应在屏蔽层两端并宜在雷电防护区交界处做等电位连接并接地。

当系统要求单端接地时，宜采用两层屏蔽或穿钢管敷设，外层屏蔽或钢管按前述要求处理；户外采用非屏蔽线缆时，采取穿钢管埋地引入，钢管长度不得大于15米，并在入口做等电位连接；相邻建筑物电子信息系统间采用电缆连接，屏蔽电缆两端和金属管道两端均要与各自的等电位体连接；光缆的所有金属件要在建筑物入口处直接接地。

4）信号线缆与其他设备及线缆的安全距离：
三、电子信息系统的防雷与接地
1、通信接入与电话交换系统：
有线电话通信用户交换机设备芯信号线路，应根据总配线的中继线及用户的接口类型选择适配的浪涌保护器；
浪涌保护器的接地端应与配线架接地端相连，配线架的接地线应采取截面积不小于16mm²的多股铜线接至等电位接地端子板上；
通信设备机柜、机房电源配电箱等的接地线应就近接至机房的局部等电位接地端子板上；
引入建筑物的室外铜缆宜穿管敷设，钢管两端接地。

2、信息网络系统：
进出建筑物的传输线路上，在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1的边界处应设置适配的信号线路浪涌保护器。

被保护设备端口处宜设置适配的信号浪涌保护器。

网络交换机、集线器、光电端及的配电箱内，应加装电源浪涌保护器。

入户处浪涌保护器的接地线应就近接至等电位接地端子板，设备处信号浪涌保护器的接地线宜采用截面积不小于1.5mm²的多股软铜线连接到机架或机房等电位连接网络上。

计算机网络的保护接地、工作接地、屏蔽接地、防静电接地和浪涌保护器的接地均应与局部等电位连接网络连接。

3、安防系统：
置于户外摄像机的输出视频接口应设置视频信号线路浪涌保护器。

摄像机控制信号接口处应设置信号线路浪涌保护器。

解码箱处供电线路应设置线路浪涌保护器。

主控机、分控机的信号控制线、通信线、各监控器的报警信号线，宜在线路进出建筑物LPZ0A或LPZ0B与LPZ1的边界处应设置适配的信号线路浪涌保护器系统视频、控制信号线路及供电线路的浪涌保护器，应分别根据视频信号线路、解码控制信号线路及摄像机供电线路的性能参数来选择，信号浪涌保护器应满足设备传输速率、带宽要求，并与被保护设备接口兼容。

系统的户外供电线路、视频信号接线、控制信号接线应有金属屏蔽层并穿管埋地敷设，屏蔽层及钢管两端应接地。

视频信号线路屏蔽层应单独接地，钢管应两端接地。

信号线与供电线路分开敷设。

系统的接地宜采用共用接地系统。

主机房宜设置等电位连接网络，系统接地干线宜采用多股软铜线。

4、火灾报警系统：
火灾报警系统的报警主机、联动控制盘、火警广播、对讲通信等系统的信号传输线路宜在线路进出建筑物LPZ0A或LPZ0B与LPZ1的边界处应设置适配的信号线路浪涌保护器。

消防控制中心与本地区域或城市“119”报警指挥中心联网的进出线路端口应装设适配的信号线路浪涌保护器。

消防控制室内所有的机架、金属线槽、安全保护接地、浪涌保护器接地端均应就近接至等电位连接网络。

区域报警控制器的金属机架、金属线槽、电气竖井内的接地干线、接地箱的保护接地端等，应就近接至等电位接地端子板。

火灾报警及联动控制系统的接地应采用共用接地系统。

接地干线应采用铜芯线，并宜穿管敷设接至等电位接地端子板。

四、浪涌保护器的选型与使用
1、浪涌保护器的选择
1)电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，从建筑物内部配电箱开始引出的配电线路必须采用TN-S系统的接地形式；
2)220/380V配电系统中设备的耐冲击电压额定值U w，需要保护的电子信息设备耐冲击电压额定值U w为1.5kV;
3)浪涌保护器的最大持续工作电压U C值，我们主要参考TN-S系统：
4）设置多级SPD系统应符合下图所示：
5）LPZ0和LPZ1界面处每条电源线路浪涌保护器的冲击电流I imp，当采用非屏蔽线缆时按照公式：;
当采用非屏蔽线缆时按照公式：；无法确定时应取值不小于12.5kA。

6)当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10米、限
压型浪涌保护器之间的线路长度小于5米时，在两级浪涌保护器之间需加装退耦装置（具备能量自动配合功能的除外）。

7）用于电源线路浪涌保护器的冲击电流和标称放电电流的参数推荐：
8）电源线路浪涌保护器的在各个位置安装时，浪涌保护器的连接导线应短直，其进出线的总长度不应超过0.5米。

有效保护水平U p/f小于设备耐受冲击电压额定值。

2、信号浪涌保护器的选择：
1）电子信息设备应根据线路的工作频率、传输速率、带宽、工作电压、接口形式、和特性阻抗等参数选择适配的SPD。

U c应大于线路上的最大工作电压1.2倍，U p应低于被保护设备的耐冲击电压额定值U w。

2）电子信息系统的信号线路浪涌保护器宜设置在雷电防护区界面处。

根据雷电过电压、过电流幅值和端口的耐冲击电压额定值，可设单级浪涌保护器，也可能量配合的多级浪涌保护器。

3）信号线路浪涌保护器的参数：
注：C1的具体含义为：SPD测试的最低要求冲击试验类型为快上升率；开路电压为0.5或1kV，1.2/50μs；短路电流为0.25kA或1kA,8/20μs的冲击试验。

五、防雷工程的主要问题
防雷工程中电源SP共的设计和施工不规范的主要问题有两个：一是SPD接线过长，导致SPD对被保护设备间的距离过大，浪涌的传播时产生震荡电压超出了设备的耐冲击电压导致设备损坏。

二是多级SPD安装时的能量配合不当。

1、凯文接线法的运用
根据GB50057-94(2000年版)《建筑物防雷设计规范》第6.4.4条的要求：为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最短。

其目的就是为了减少过长的引线而引入的额外的残压对设备的危害，避免降低SPD对设备的保护效果。

凯文接线图
下面举例说明采用普通并联式接线方式与采用凯文式接线方式对设备保护效果的不同：
A点为交流配电箱。

B点为机房接地母排。

假设A点到防雷箱的距离为1米，则L1的电感量大约为1uH。

假设防雷箱到B点的距离为5米，则L2的电感量大约为5uH。

开关电源交流输入侧得到的剩余电压（残压）＝L1的残压＋防雷箱的残压＋L2的残压，并不仅仅是防雷箱的残压。

假设通过防雷箱的雷电流为20KA：
防雷箱的残压为1500V
L1的残压＝L1*di/dt＝1uH*20KA/10uS＝2KV
L2的残压＝L2*di/dt＝5uH*20KA/10uS＝10KV
则最终开关电源交流输入侧得到的剩余电压（残压）＝2＋1.5＋10KV＝13.5KV。

远远大于防雷箱的1500V电压，也远远超过开关电源2500V的耐压，结果失去了防雷的保护效果，导致开关电源会因雷击损坏。

A点为交流配电箱。

B点为机房接地母排。

采用凯文式接法后，假设A点到防雷箱的距离为6米。

而开关电源交流输入侧得到的剩余电压（残压）＝防雷箱的残压。

也就是说把
L1和L2的长度变为0。

假设通过防雷箱的雷电流为20KA：
防雷箱的残压为1500V。

L1的残压＝L1*di/dt＝0uH*20KA/10uS＝0KV。

L2的残压＝L2*di/dt＝0uH*20KA/10uS＝0KV。

则最终开关电源交流输入侧得到的剩余电压（残压）＝1.5KV。

基本上等于防雷箱的1500V残压，也远小于开关电源2500V的耐压，结果防雷的保护效果很好，开关电源不会因雷击损坏。

在实际情况下，使无法保证绝对的凯文接线，即接线总长度为零，但为了降低进出线的残压，也要尽量缩短其长度。

2、电源SPD能量的配合
1）伏安特性配合
这种方法基于SPD的静态伏安特性，适用于限压型SPD的配合，该法对电流波形不敏感，也不需要去耦原件，线路的分布阻抗本身就有一定的去耦作用。

2）使用专门的去耦原件配合
使用足够的浪涌耐受能力的集中原件作去耦元件，其中电阻主要用于信息系统，电感用于电源系统。

3）触发性的SPD可以实现SPD的配合。

触发性的SPD的电子触发电路应当保证被保护的后续SPD的能量耐受能力不会被超出。

这个方法也不需要去耦元件。