弱电设备防雷接地系统

弱电设备防雷接地系统
研究
上海宜事机电设备有限公司
二零零九年
目录
一、概述 (3)
三、设计思想 (4)
四、设计范围 (4)
五、方案设计 (4)
5.1.2电源电涌保护器设备选型 (5)
5.1.3电源电涌保护器配置 (6)
5.1.4电源电涌保护器的功能 (6)
5.1.5电源电涌保护器的技术指标 (7)
5.2信号系统浪涌保护器措施 (7)
5.2.1电源电涌保护器的选择和应用原则 (7)
5.2.2信号电涌保护器设备选型 (8)
5.2.4信号电涌保护器的功能 (8)
5.2.5信号电涌保护器的技术指标 (9)
5.3地线系统的措施 (9)
一、 概述
雷击是严重自然灾害，被世界气象组织列为十大自然灾害之一。

随着计算机技术和电子信息的不断发展，日益繁忙庞杂的事务通过高速电脑、自动化设备及通讯设备得以井然有序，而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过压特别是雷电袭击而受到损害的可能性就大大增加，其后果可能使整个系统的运行中断，重要数据丢失，造成难以估算的经济损失，雷电和浪涌电压已成为当今信息电子化时代的一大公害。

因此，避雷防电涌过压已成为具有时代特点的一项迫切要求。

安徽省尤其是合肥市地处我国中部内陆，位于中国第一阶梯与第二阶梯的交界处，随着大洋来的暖湿云气与高原冷空气在合肥上空汇合，极易发生强雷暴天气。

38所是国家重点单位，在建设过程当中，应考虑到弱电智能化各系统高度集成化的电子设备对雷电非常敏感，做好防雷接地措施，从而保证设备和工作人员的安全。

我方按照“整体防护、技术先进、经济合理、安全可靠、维护方便”的原则，根据客户的具体要求，结合现场勘察情况，拟定了本防雷技术方案，供参考。

二、设计依据
(1) GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
(2) QX3－2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》
D562《建筑物、构筑物防雷设施安装》
(3) GB7450-87《电子设备雷击保护导则》
(4) GA173-1998《计算机信息系统防雷保安器》
(5) VDE0675《过电压保护器》
(6) GB50174-93《电子计算机机房设计规范》
(7) GB/T2887-2000《计算机场地通用规范》
(8) YDJ26-89：《通信局(站)接地设计暂行技术规定》。

(9) YD 5078-1998：《通信工程电源系统防雷技术规定》。

(10) YD/T 1051-2000：《通信局（站）电源系统总技术要求》。

(11) 国际电信联盟ITU-T（原CCITT）相关建议及标准：
l K.27 Bonding Configurations and Earthing inside a Telecommunication Building.
l K.31 Bonding Configurations and Earthing of Telecommunication Installation inside a Subscriber’s Building.
l K.41 电信中心内部通信设备接口抗雷击能力
(12) 国际电工委员会(IEC)有关标准系列：
l IEC1024-1992 Protection of Structures against Lightning
l IEC1312-1996 Protection against LEMP
l IEC 61643-1-1998 接至低压电力配电系统的浪涌保护器
(13)GA/T670-2006《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》
三、设计思想
防雷工程是一项系统工程，要求将外部防雷装置和内部防雷装置统一考虑，着眼于全方位的雷电综合防护，把机房建筑物的防雷、雷电电磁脉冲（LEMP）防护、设备防雷、电源系统防雷、线路防雷、接地系统、保护装置等综合因素考虑在内。

任何方面的遗漏带来的危害都是不能低估的。

综合楼各弱电系统设备机房作为一个欲保护的区域，从EMC（电磁兼容）的观点来看，由外到内可分为几级保护区。

运营楼建筑物外部是直接雷的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区，为0区；建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,可将其分为1区、2区，越往内部，危险程度越低。

如图1所示。

我们对大楼各弱电智能化系统的防雷接地采取如下措施：
1.综合运营楼各弱电系统设备机房雷击电磁脉冲防护按A类要求设计，供电电源应采取3-4级电涌保护器
（SPD）进行保护。

从而将雷电过电压降低到设备能够承受的水平。

2.各弱电智能化系统，建议对于进出大楼的电缆、电线在设备端接口安装数据或信号接口电涌保护器（SP
D）。

3.大楼的弱电接地采用联合接地，建立合格的接地系统，对所有的弱电设备间、弱电机房均设置接地汇流
排，所有的接地主干均在接地体处采用联合接地汇流铜牌统一接地。

4.接地系统贯串所有弱电井及设备机房，对进出保护区界面的管、线、槽实行等电位连接。

为防静电感应，
各个弱电设备间室内用电设备实现保护接地。

四、设计范围
本工程为三十八所办公主楼防雷接地系统，主要包括以下方面的安装调试：
(1) 电源电涌保护器的安装调试；
(2) 接地系统的安装设计。

五、方案设计
5.1电源系统多级电涌保护器措施
5.1.1电源电涌保护器的选择和应用原则
⑴ 为了安全起见及使用和维护方便，电源系统的多级防雷，原则上均选用并联型电源电涌保护器。

⑵ 电源电涌保护器的保护模式有共模和差模两种方式。

共模保护指相线-地线(L-PE)间、零线-地线(N-PE)间的保护；差模保护指相线-零线(L-N)间、相线-相线(L-L)间的保护。

⑶ 但考虑到我国电网电压普遍不稳定、波动范围大的实际情况，在尽量选择残压较低的电源电涌保护器的同时，还必须考虑电涌保护器有足够大的最大连续工作电压。

如果最大连续工作电压偏低，则容易造成电涌保护器自毁。

⑷ 电源系统低压侧有一、二、三、四级不同的保护级别，应根据保护级别的不同，选择合适标称放电电流（额定通流容量）和电压保护水平的电源电涌保护器，并保证电涌保护器有足够的耐雷电冲击能力，交流电源线路超过25m以上且有跨楼走向，都应做该级相应的保护。

⑸ 电源系统低压侧保护用的电源电涌保护器，应该选择有失效告警指示、并能提供遥测端口功能的电源电涌保护器，以方便监控、管理和日后维护。

⑹ 电源电涌保护器必须具有阻燃功能，在失效或自毁时不能起火。

⑺ 电源电涌保护器必须具有失效分离装置，在失效时，能自动与电源系统断开，而不影响电源系统的正常供电。

⑻ 电源电涌保护器的连接端子，必须至少能适应10mm2的导线连接。

安装电涌保护器时的引线应采用截面积不小于10mm2的多股铜导线（建议使用16mm2的多股铜导线），并尽可能短（引线长度不宜超过1.0m）。

当引线长度超过1.0m时，应加大引线的截面积。

引线应紧凑并排或绑扎布放。

⑼ 电源电涌保护器的接地：接地线应使用不小于25～35mm2的多股铜导线，并尽可能就近与交流保护地汇流排、总汇流排或接地网直接可靠连接。

5.1.2电源电涌保护器设备选型
本方案中，对于电源系统电涌保护器，我们选用加拿大IES的浪涌保护器。

IES公司是加拿大乃至世界第一流的避雷和过电压保护设备专业制造商，集中了加拿大最优秀的防雷专家和技师，半个多世纪以来，一直从事过电压保护技术和器件的研究及生产，已获得ISO9001认证，符合国际IEC专业标准，质量精湛，设计先进，功能卓越，安全可靠，在全球数万家用户中一直享有极高的声誉。

IES的产品有以下有点：
Ø 符合国际IEC标准，通过国家信息产业部、公安部检测和防雷检测中心认证。

Ø 加拿大产品，质量精湛，安全可靠。

Ø 防雷击强度高，大能量防雷器，测试波形10/350μs和8/20μs。

Ø 响应快速，5NS
Ø 插入损耗低。

Ø 标准模块式设计，安装非常方便。

Ø 拥有独立知识产权的浪涌识别技术，能使残压降为900V以下。

5.1.3电源电涌保护器配置
作为弱电智能化系统不仅对供电系统要求高，而且对电源系统的防雷也同样要求高。

供电电源采取四级电涌保护器（SPD）进行保护。

表11-1：
电源避雷器配置概况
电源电涌保护器安装位置 电源系统 型号规格 防护级
别
通流容量要求(8/20μs)
数量
（台）
UPS输入柜DPS-01电源进线
端 三相～
380V
EC-100/1P-480*4一级 ≥60KA
根据图
纸要求
UPS输出柜DPS-02母联开关
后 三相～
380V
EC-80/1P-480*4二级 ≥40KA
根据图
纸要求
网络机房配电箱CAB-01母联
开关后 三相～
380V
EC-50/4P-480 三级 ≥20KA
根据图
纸要求
楼层配电箱CAB-02、CAB-09
母联开关后 三相～
380V
EC-30/4P-480 三级 ≥20KA
根据图
纸要求
弱电井楼层UPS配电箱CAB-03～08、CAB-10～15进
线开关后 三相～
380V
EC-15/4P-480 四级 ≥10KA
根据图
纸要求
5.1.4电源电涌保护器的功能
(1) 浪涌识别避雷器EC-100/1P-480
EC-100/1P-480是一种避雷/浪涌识别式电源避雷器，用于将电源线接入防雷等电位系统中，能够对雷击和操作过电压进行识别，防止误动作，提高响应灵敏度、降低残压。

即方案中的电源系统一级防雷保护。

协调处理高能量泄放和低残压的功能。

已获得加拿大和中国专利。

（过压类别IV+III依据DIN VDE 0110-1：1997-04）
图11-2 EC-100/1P-480
如图所示，EC-100/1P-480
带远程报警端子（内置，分常开/常闭型）；采用8/80µs波形的测试电流，依据DIN V
DE 0675-6: 1989-11。

(2)B+C级避雷器EC-80/1P-480*4（依据DIN VDE 0675-6：1989-11标准）。

—多级并联安装氧化锌压敏电阻（带监控装置）；
—压敏电阻故障监控，灯光指示
—遥测信号输出；
—在L1/地之间连接LED灯指示。

(3) 三相浪涌吸收保护器EC-50/4P-480、EC-30/4P-480、EC-15/4P-480；
三相电子设备的精细过压保护，防止雷电浪涌和供电系统操作过电压，依据DIN VDE 0110-1：1997-04（过压类别II）。

D 类保护器依据DIN VDE 0675-6A：1989-11和1996-03。

外形见图3所示。

—四线过压保护器带监控装置和内置温度熔断器保护； —双指示灯，绿灯表示正常工作，红灯表示故障； —两线过压保护，有遥控和脱扣装置；
—远程报警联结（常开触点）作为故障指示（电源不会被中断）。

图11-3
5.1.5电源电涌保护器的技术指标
等级分类
型号
标称通流量
最大通流量
保护级数
适配
前置熔断器
适配前置断路器
残压值
响应时间
安装方式
LED 状态显示
电压保护水平
第一级 EC-100/1P-480 70KA 100KA
100A 850V 2.0KV
第二级 EC-80/1P-480 60KA 80KA
单级
850V
2.1KV
EC-50/4P-480 40KA*4 50KA*4
63A
850V
1.9KV
第三级
EC-30/4P-480 20KA*4 30KA*4
32A 850V 1.5KV
第四级 EC-15/4P-480 10KA*4 15KA*4四级
内置10A 850V ≤5nS
标准
35mm 轨道，符合EN50022
有
1.4KV
5.2信号系统浪涌保护器措施
5.2.1电源电涌保护器的选择和应用原则
为了防止浪涌雷电流通过户外信号线传导至传输设备，我们需要在信息交换机及其云台摄像机传输线的两端安装必要的浪涌保护器；这里我们选用加拿大IES 的EC 系列信号浪涌保护器。

EC 系列信号浪涌保护器有以下有点：
Ø 符合国际IEC 标准，通过国家信息产业部、公安部检测和防雷检测中心认证。

Ø 防雷击强度高，大能量防雷器，测试波形8/20μs 及混合波形。

Ø 接口丰富，适用于各种不同设备前端的防雷。

Ø 插入损耗低，符合
Ø符合GA/T670-2006《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》
Ø 标准模块式设计，安装非常方便。

5.2.2信号电涌保护器设备选型
安装位置 接口 传输协议选用型号 总机房网络交换机网络进线 RJ45 TCP/IP EC-RJ45/16
楼层网络交换机网络进线 RJ45 TCP/IP EC-RJ45/16 网络服务器网络进线 RJ45 TCP/IP EC-RJ45
机架插座 三线插孔 - ECP-100A
视频矩阵 BNC 模拟视频EC-CSS75-BNC90
云台控制 双绞线固定头 RS485 USLP-36
火灾报警控制 双绞线固定头 RS422 USLP-36 固定摄像机视频传输 BNC 模拟视频EC-CSS75-BNC90
高速球型摄像机传输 电源、信号、视频 - EC-DVSP-3 网络摄像机传输 RJ45 TCP/IP EC-RJ45
5.2.4信号电涌保护器的功能
(1) 网络接口避雷器EC-RJ45
EC-RJ45是一种网络接口串联式浪涌保护器，由于采用八线保护模式，具有很好的共模信号保护性能，非常低的插入损耗，可以根据用户采用标准的网络机架的形式固定，方便灵活。

图12-2 EC-RJ45 EC-RJ45/12
(2) 防雷标准插座ECA-100A
ECA-100A防雷插座内部采用串联式防雷电路，其特有的共模滤波不仅可以有效滤除电源网
络上的各种杂波成分，而且对共模高频冲击波有良好的抑制作用，真正解决了雷电波形前
沿陡峭的问题，前沿波形变化率大大降低，确保设备处于安装状态；有多重状态显示，方
便检测状态。

(3)万能线路浪涌保护器 EC-USLP-36
EC-USLP-36拥有内部三级保护功能，有过电压及其自恢复电流保护，响应速度极快，采用标准
3.5CM导轨安装，方便灵活。

(4)模拟视频信号浪涌保护器
EC-CSS75-BNC90
EC-CSS75-BNC90采用浮地的大功率气体放电管作为主要部件，有通流量大，插入损耗低等特点，适合用于监控模拟视频信号的传输保护。

(5)三合一浪涌保护器EC-DVSP-3（ECSP-3）
EC-DVSP-3集电源保护，信号保护、视频保护于一体，残压低，保护能力极强，可提供遥信组件，拥有故障显示功能，产品通过ISO9001-2000认证。

5.2.5信号电涌保护器的技术指标
IES 信号浪涌保护器相关参数
型号
通流量
插入损耗
响应时间
安装方式
EC-RJ45 500A*8 <0.4dB 预埋或卡轨附件安装 EC-RJ45/16 500A*8*16 <0.4dB 9U 标准机架
ECA-100A 10KA*4 - - EC-USLP-36 20KA*2 <0.4dB 3.5CM 标准卡
轨 EC-CSS75-BNC90
20KA <0.4dB 预埋或卡轨附件安装 电源
20KA - 视频 20KA EC-DVSP-3
信号
2.5KA
<0.4dB
≤1nS
预埋或卡轨附件安装
5.3地线系统的措施
5.3.1接地网
大楼采用联合接地体，应由综合办公楼的基础（含地桩）、接地（体）装置、电力地网等组成。

此外，联合地网还应充分利用地下其他金属设施作为接地体的一部分。

对于敏感的弱电智能化系统设备的防雷，接地系统的良好与否，直接关系到防雷的效果和质量。

特别是对于作为重要网络和控制管理机房而言，其接地电阻值通常要求小于1.0Ω，一般的最佳要求不大于0.5Ω。

接地地网的分布面积从科学防雷的角度看，除了接地电阻值要满足要求外，还应考虑地网的结构和分布面积。

因为，小面积地网的冲击接地电阻与低频接地电阻会有很大的差别，当直击雷打下来时，尽管接地电阻为1.0Ω左右，但地网还会产
生很大的地电位升。

因此，如果地网达不到要求，建议另设接地装置（铜包钢联合接地系统）。

适当扩大地网面积和改善地网结构，使雷电流尽快地泄放，缩短雷电流引起的高过电压的保持时间。

5.3.2接地端子排
网络机房、配线间和各控制室内设备地线系统采取星形IBN结构，并保证整个系统内的所有设备防雷接地只有一个公共接地参考点。

地线系统的合理设置和入地，对于静电防护和从电源系统（电力电缆）或从楼外信号电缆入侵的雷电流的防护有很好的作用。

因此，为了更好地发挥设备联合接地系统和电涌过压保护装置（包括电源电涌保护器、信号电涌保护器等）的作用，设备地线系统配置如下：
(1) 在－1/F楼1＃、2＃配电室，分别设置配电系统总地端子排（MGB1和MGB2）各一块，共2块。

MGB1与MGB2分别用4 0×4mm的镀锡扁铜带连接，并各自就近下地（与基础地网就近可靠连接）。

(2) 在每个弱电井、配线间、设备间，分别设置分接地端子排（MGB3～MGB25），共23块。

(3) 弱电接地设置两条独立的接地引下线，将各楼层弱电井分接地端子分别用40×4mm的镀锡扁铜带汇接于大楼配电室总 接地端子排，作为弱电系统的防雷、保护接地、屏蔽接地。

各设备间配线间分接地端子采用35mm2多股铜缆，就近与 弱电井分接地端子排连接。

(4) 对于网络机房的网络设备接地要求按具体情况设置，直流地建议根据设备的具体要求独立设置。

(5) 设备接地端子排配置见表4。

6.设备材料表。