航天电子网络机房防雷方案

目录一、现代雷电防护原理（一）雷电灾害概述（二）雷电袭击途径分析（三）雷电及过电压的基本防护方法（四）防雷分区的划分二、现场勘测报告（一）外部防雷环境（二）现场勘测情况三、设计原则和指导思想四、设计依据五、雷击风险评估六、防雷工程设计方案（一）总体解决方案（二）直击雷防护设计（三）供电系统防护设计（四）信号系统防护设计（五）接地系统防护设计七、施工组织方案（一）、施工准则（二）、施工方案流程八、工程验收九、工程预算一、现代雷电防护原理（一）雷电灾害概述雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷击造成人员伤亡，财产损失不计其数，导致火灾、爆炸，建筑物毁坏等事故频繁发生，从卫星、通信、导航、计算机网络直到每个家庭的家用电器都遭到雷电灾害的严重威胁。据不完全统计，我国每年雷击造成人员伤亡达30004000人，财产损失在100亿元人民以上。2005年雷电灾害事故分析近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市高层建筑的日益增多，雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有的行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子业、石油化工、金融证券等。（2）从二维空间入侵变为三维空间。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无孔不入的造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。前面是指雷的受灾行业面扩大了，这里指雷电灾害的空间范围扩大了。（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨2点，某移动基站遭受雷击，导致通讯中断数小时，其直接损失是有限的，但间接损失将大大超过直接损失。（4）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上，雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域。微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔子不入的LEMP的作用。造成微电子设备的失控或者损坏。因此，防雷减灾工作已引起各级政府和全社会的广泛关注，被列为估算安全生产的重要内容，国家和各地方及行业的强制性防雷标准和法规纷纷出台，并加大了防雷安全检查的执法力度，以保障广大人民群众的人身和国家财产安全。国务院和国家气象局于2000年分别颁布并实施的中华人民共和国气象法及防雷减灾管理办法成为各级地方政府和行业执行防雷减灾管理的指导性方针，并制定了建筑防雷设计规范GB5005794、建筑物电子信息系统防雷技术规范GB503432004等国家强制性规范，作为防雷减灾工作的执行标准。（二）雷电袭击途径分析1、直接雷击雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备、各种架空金属线缆（如电力电缆、通信线路、网络线路等）。它能在数微秒之内产生数万伏的高压，产生火花放电，形成巨大的热能和机械能量，摧毁建筑物、设备、危及人身安全。2雷电波入侵雷电虽然未直接击中建筑物或设备，但击中与本建筑物或设备相连的金属管线，通过传导的方式将雷电波引入建筑物内，破坏与之相连接的用电设备、通信设备、计算机网络等设备，乃至危害人身安全。雷电波入侵的途径3雷电电磁脉冲辐射雷击发生时，由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，形成强烈的雷击电磁脉冲辐射，使附近导体上感应出极高的电动势，产生强大的暂态耦合电流，破坏相关设备。感应与耦合现象4地电位反击当设备没有采取等电位连接措施的情况下，由于各接地系统本身的接地途径不同，冲击接地电阻差异，以及在泄放雷击电流时，所通过的雷击电流存在差异，导致地电位升高和不平衡，当地电位差超过设备的绝缘强度时，即造成击穿放电，损坏设备。地电位反击图例（三）雷电及过电压的基本防护方法1、接闪设置避雷针（避雷带、避雷网）、引下线和接地装置构成外部防雷系统暴露在直击雷区的建筑物和设备设施纳入避雷针（避雷带、避雷网）的保护范围。当雷电袭来时，避雷针（避雷带、避雷网）接闪，强大的雷电流通过引下线接入地网泄放，从而保护设备免遭侵害。2分流进入建筑物的电源线和通信数据线及天线馈线应在不同的防雷区交界处以及终端设备的前端，根据雷电电磁脉冲防护标准IEC1312的规定，安装上不同类别的电源类SPD、通讯网络类SPD及天馈类SPD（SPD瞬态过电压保护器），将侵入室内的雷电过电流通过SPD瞬时导通入地中合，SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。3均压均压就是等电位连接。在需要保护的某一范围设置均压环，通过建筑物主钢筋，上端与接闪器连接，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，或者对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理，使整座建筑物成为一个良好的等电位体，当雷电袭击的时候在建筑物内部和附近大体上是等电位的，因而不会发生内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。4屏蔽屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，为避免金属设备和线路受雷电电磁脉冲的辐射，可以通过使用带金属屏蔽层的线缆，建筑物本身的钢筋构成的法拉第笼，设备金属网格及金属屏蔽层，以及线路埋地和使用金属槽等措施。5合理布线为防止不同线路和路线与其它设备间由于雷击导致的高、低电位不同而产生的反击，应按建筑物防雷设计规范的要求，保持一定的电气距离，以及采用合理的布线方式。6接地接地是防雷工程的基本组成部分，是为雷电流的释放提供一条低阻抗通道，接地的作用是把雷云对接闪器闪击的电荷及SPD的分流电流尽快地散逸到大地，使之与大地的异种电荷中和。因此，现代防雷是一个系统工程。包括建筑物构架防雷和室内电子电气设备防雷，即外部防雷和内部防雷，防雷工程的设计应强调全方位的系统保护。（四）防雷分区的划分根据国际电工委员会IEC13121雷电电磁脉冲的防护标准，建筑物防雷保护区分为几个区域，各区交界处应用相应的防雷处理。各区划分如下LPZ0A区直击雷作用区，处于建筑避雷针系统保护区以外的区域，由于本区所有物体均有可能遭受直接雷击，并可能导走全部雷电流，另外本区内所有物体均处于雷电电磁场最强处，故对于雷电的感应最强。LPZOB区感应雷主作用区，处于建筑物避雷针系统保护区内，但未经空间电磁屏蔽，雷电作用电磁场并不衰减，处于此空间的所有可导电物体均可感应较强雷电流的区域。LPZ1区建筑物屏蔽电区，本区内各物体不可能遭受直击雷，流往各导体的雷电流比LPZOB进一步减少，本区内电磁场也可能会衰减，取决于建筑物的屏蔽措施。LPZ2区房间屏蔽电区，对于计算机主机房所处空间，应采用屏蔽措施，以进一步减少空间电磁场的干扰。LPZN区需要进一步减少雷击电磁脉冲，以保护敏感度水平高的设备的后续防护区。IEC标准规定穿过各防雷区界面的金属物和系统，应在各区交界处装设防雷保护器和作等电位连接，以保护设备和人身安全。二、现场勘测报告勘测时间2014年6月参加人员冯莹莹（一）东莞市航天电子有限公司监控机房防雷环境11地质地貌东莞市航天电子有限公司位于东莞市常平镇地势开阔，地质结构为沙石结构。12气候、雷电活动规律常平镇临近南海，属于南亚热带海洋性季风气候区，年平均温度在220C。无霜期314天。降水主要集中在夏、秋季，年平均降雨量在1970毫米，东莞市平均年雷暴日82天，最长113天，每平方公里有6次以上落地雷。危害最大的落地雷电压高达数千万伏。因此，做好防雷工作，尤其重要。（二）现场勘测情况21东莞市航天电子有限公司总体情况简介东莞市航天电子有限公司位于东莞市常平镇地势开阔，是人口稠密的地方，最高雷暴日达到113天属于雷击多发区，如没有效设置雷电防护措施，每年雷雨季节都会面临不同程度的雷击灾害，将会严重影响人身安全和大楼各系统的安全稳定运行。22东莞市航天电子有限公司直击雷防护系统东莞市航天电子有限公司厂房设计已经考虑防直击雷防护措施，接地情况有接地线引入但是接地电阻不符合国家标准（防直击雷接地电阻10；机房接地电阻4），因此，按照国家标准建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版）的要求进行整改。23东莞市航天电子有限公司监控机房供电系统由于监控机房没有采用独立的接地系统，我们建议采用独立的接地系统并且做三级防雷。雷灾隐患说明东莞市航天电子有限公司的供电系统没有SPD感应雷防护措施，因此，按照国家标准建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版）的要求采取雷电电磁脉冲防护措施。必须做好三级SPD措施，当架空线路在远处遭受直接雷击或感应周围的雷电电磁脉冲辐射，都将在供电线路上产生极大的雷击过电压，此暂态过电压沿线路侵入到各个用电设备，必将破坏设备。24东莞市航天电子有限公司监控机房网络系统东莞市航天电子有限公司的交换机系统都没有安装SPD，都是采用的标准接口RJ45非屏蔽线，整个网络没有设置雷电电磁脉冲防护措施，我们建议在每个交换机系统上加入SPD保护交换机设备不被感应雷损坏。雷灾隐患说明当周围发生雷击时，机房的网络设备将感应到雷击电磁脉冲，产生极大的雷击过电压，此暂态过电压沿线路侵入到各个设备，必将破坏设备，而网络系统是整个监控系统的神经中枢，一旦某一个设备损坏将影响一大片的网络中断导致监控系统无法正常运作，因此，按照国家标准建筑物电子信息系统防雷技术规范GB503432012的要求采取雷电电磁脉冲防护措施。25东莞市航天电子有限公司监控机房接地及等电位连接系统监控机房内没有设接地汇流排、防静电地板、门窗、走线架等和各个楼层弱点井的交换设备都没有作等电位连接，机房也没有独立的接地系统。我们必须将机房中所有的电器设备、防静电地板、门窗设置等电位连接并通过接地汇流排和接地系统将雷电泄流入地从而保护设备不被雷击，机房地板必须需采用防静电地板。雷灾隐患说明当周围发生雷击时，机房的某一设备感应到雷击电磁脉冲，产生极大的雷击过电压，此暂态过电压沿线路侵入到设备，必将破坏设备。如果机房安装了SPD那么此暂态过电压沿线路侵入到设备前端的SPD，而SPD对地泄放使得地点位升高，让设备之间产生电位差，必将破坏设备，所以机房需要做等电位连接等电位连接。26东莞市航天电子有限公司前端监控设备防雷措施航天电子有限公司前端监控设备都没有安装SPD，网络都是采用的标准接口RJ45非屏蔽线，电源都是采用的215线缆。整个监控系统的前端监控设备都没有设置雷电电磁脉冲防护措施，我们建议在每个监控设备上加入SPD保护交换机设备，并且将监控设备移到远离柱子等容易被雷击的地方两米以上，防止感应雷通过线路入侵到设备。雷灾隐患说明当周围发生雷击时，前端的设备和线路感应到雷击电磁脉冲，产生极大的雷击过电压，此暂态过电压沿线路侵入到设备将破坏设备。三、设计原则和指导思想1、认真贯彻执行国家政策、法规和有关规定，严格按照国家防雷规范进行设计，并按照中华人民共和国标准化法的有关要求，积极采纳国际标准，提高设计技术要求。2、积极采用成熟的新技术、新设备、新工艺，坚持按照“严谨科学、安全可靠、技术先进、经济合理”的原则设计。3、认真贯彻“综合治理、整体防御、多重保护、层层设防”的基本原则，进行综合防护的防雷工程思想。4、按照建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版）对大楼由外到内不同的雷电防护区（LPZ）及雷电防护等级的划分，以确定各LPZ空间的雷击电磁脉冲强度和采取相应防护措施，实行多重保护。5、根据技术人员对防雷工程的技术要求和现场勘察的实际情况进行的防雷方案设计。四、设计依据本设计方案我们严格执行国家相关技术标准规范，主要依据下列国际、国家、行业和部颁标准1、建筑物电子信息系统防雷技术规范国家标准GB500572010（2010年版）2、国家标准建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版）3、国家标准电子计算机机房设计规范GB5017420084、国家标准有线电视系统工程技术规范GB502009455、国家标准建筑物防雷设施安装图集6、国家标准电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB5016920047、IEC61312雷电电磁脉冲的防护8、IEC1024建筑物防雷9、DL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合10、DL/T6211997交流电气装置的接地方案主要执行新颁国家强制性规范建筑物电子信息系统防雷技术规范GB503432004与建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版），也参照了其它规范及国际标准的相关部分。五、东莞市航天电子有限公司雷击风险评估东莞市航天电子有限公司的雷电防护应按照建筑物防雷设计规范GB500572010的要求，根据其重要性、使用性、发生雷电事故的可能性和后果，本着安全可靠的原则，并结合现场的地理、气候、地质和雷电活动的情况，划分其雷电防护等级，按照国家2010年新颁标准建筑物电子信息系统防雷技术规范503432004的要求，建筑物电子信息系统的雷电防护分级应对系统进行雷击风险评估确定其防护等，才能使防雷工程做到安全可靠。经过现场勘测，环境因素、设备的重要性和发生雷击事故的后果严重程度等因素进行雷击风险评估。供电、信息系统电磁脉冲各级的电涌防护B级宜在低压系统中采取34级SPD进行保护。因此，东莞市航天电子有限公司的雷电防护应按照二类防雷建筑物设计，供电、信息系统雷电电磁脉冲防护应按B级防护设计。六、防雷工程设计方案根据现场勘测报告、发生雷电事故的可能性和后果，本着安全可靠、技术先进、经济合理的原则，并结合该地方的地理、气候、地质和雷电活动情况，因地制宜的采取防雷措施。最大限度的减少和避免因雷电灾害导致的人身伤亡和财产损失。绵阳市中心医院门诊部的雷电防护应按照二类防雷建筑物设计，供电、信息系统雷电电磁脉冲防护应按B级防护设计。经过对东莞市航天电子有限公司的现场勘测以及雷击风险评估，雷击过电压对东莞市航天电子有限公司的损坏途径主要表现为以下三方面第一、东莞市航天电子有限公司监控供电系统第二、东莞市航天电子有限公司监控网络系统第三、东莞市航天电子有限公司接地系统及等电位连接因此应对东莞市航天电子有限公司存在的以上三种雷击途径进行防护设计。（一）总体解决方案如下1、直击雷防护按照原来的设计不变。2、供电系统在东莞市航天电子有限公司到机房的供电线路上安装三级SPD，防止从供点线路传导的雷击过电压对系统设备的损坏。第一级安装在总配电室380V的机房专线上，第二级在机房或各楼层配电箱380V，第三级安装在各个设备电源的输入端220V。3、监控网络系统在东莞市航天电子有限公司监控系统的光电转换器、交换机、摄像头分别安装专业SPD。4、接地系统及等电位连接在每个机房内加装接地汇流排一个；让机房内的设备就近接地做好等电位连接。5、前端监控摄像设备及线路将前端摄像头远离柱子、铁架等容易被雷击的建筑物。（二）直击雷防护设计直击雷防护应根据国家标准建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版）的规定合理的装设避雷针、引下线和接地装置，将被保护物纳入保护范围内，当雷击时通过避雷针接闪入地，从而起到保护作用。（原设计已安装）（三）供电系统防护设计机房供电系统是电子信息系统设备雷电电磁脉冲防护的重要部分，是防止感应雷沿供电线路侵入室内破坏设备的有效措施。依据国际电工委员会IEC标准及国家GB标准的设计规范要求，建筑物和建筑物内的电子信息设备都必须设置完善的感应雷（雷电电磁脉冲）防护措施，以保证各系统的正常安全运行。根据东莞市航天电子有限公司现场勘测以及雷击风险评估，雷电防护设计按B级设计，结合实际情况，确定对电源系统作三级保护，安装三级SPD进行保护。1、第一级电源浪涌保护器（SPD）依据国家标准建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版）第647条“在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区交界处，在从室外引来的线路上安装的SPD，应选用符合I级分类的产品。应该按本章第634条的规定通过SPD的10/350US雷电模拟脉冲信号。具体措施11、建议在机房总配电室安装电源放电器1台（SPD），作为电源线路的一级保护，安装位置见SPD安装位置图1，具体参数见产品技术参数1产品技术参数11型号ALDB380P80M备注2额定通流量（IN）80KA3工作电压UN380V4最大持续工作电压UC399V5保护电平（UP）2500V6响应时间（TA25NS7雷击计数器无8接线方式并联SPD安装位置图12、第二级电源浪涌保护器（SPD）依据国家标准建筑物防雷设计规范GB500572010（2010年版）的要求，应该逐级泄放，降低残压。具体措施21、在东莞市航天电子有限公司机房配电箱安装电源放电器1台（SPD），作为电源线路的二级保护，安装位置见SPD安装位置图2，具体参数见产品技术参数2产品技术参数21型号ALDB220P100M2额定通流量（IN）100KA3工作电压UN220V4最大持续工作电压UC240V5保护电平（UP）20006响应时间（TA25NS7雷击计数器无8接线方式并联SPD安装位置图23、第三级电源浪涌保护器（SPD）31、在东莞市航天电子有限公司监控机房每个设备电源输入端分别安装电源放电器1台（SPD），作为电源线路的三级保护，安装位置见SPD安装位置图3，具体参数见产品技术参数3产品技术参数31型号LOD3802额定通流量（IN）10KA3工作电压UN220V4最大持续工作电压UC285V5保护电平（UP）800V6响应时间（TA25NS7接线方式串联SPD安装位置图3电源SPD线路图（四）网络系统防护设计1、东莞市航天电子有限公司信息科机房、财务室的防护设计应该采用8/20US波形的SPD，传输速率在10100MBIT/S，外观美观、安装维护方便的SPD我公司的5TRJ8424均满足以上要求具体措施在光电转换器RJ45接口处分别安装一个AL20KCPN信号避雷器，8/20US波形，具体参数见产品技术参数表4在交换机上安装AL23KNUP24N信号避雷器，8/20US波形，具体参数见产品技术参数表5在前端监控摄像头处安装1个5TRJ84信号避雷器，8/20US波形，具体参数见产品技术参数表4产品技术参数表4产品技术参数表5（五）接地及等电位系统防护设计信号SPD型号AL20KCPN额定通流量（IN）32KA8/20US工作压（UN）220V防护电平（UP）220V使用线数1/23/6插入损耗（DB）03传输速度（BIT/S）100M响应时间（TA）1NS接线方式串联信号SPD型号AL23KN示意图额定通流量（IN）40KA8/20US工作压（UN）220V防护电平（UP）220V使用线数1/23/6插入损耗（DB）03传输速度（BIT/S）100M响应时间（TA）1NS接线方式串联图180M150M非金属接地极30M非金属接地极地上地下接地是防雷工程的基本组成部分，是为雷电流的释放提供一条低阻抗通道，接地的作用是把雷云对接闪器闪击的电荷及SPD的分流电流尽快地散逸到大地，使之与大地的异种电荷中和。我们在机房旁边做一个接地地网。设备做等电位连接。具体施工方法我们采用非金属的接地材料用作垂直接地体，该接地材料采用非金属的石墨材料做成，具有良好的导电特性和抗腐蚀性能。不会因长时间在土中而变化接地电阻，选用2E02V30（规格80018040见图1）非金属接地体，在空地处挖6个150M08M08M的地坑。每坑间的间距为3M（见图2），成网状排列。在每个地沟里放置一根非金属接地极，其顶端距地面应大于06M，挖好地坑后按下列做地网施工将接地体带有金属一端向上垂直放入挖好的土坑中；回填更换后的土壤，再在每根接地极周围，倒入事先调制好的1E01V36高分子化学降阻剂稀释液（每根接地极1袋的用量，具体使用方法详见产品说明书），呆其完全融入土壤后，再回填余土并夯实。在将所有模块安装完后，再作地极间的连接首先在地极间挖一个能连接两极金属端的水平槽，再将镀锌扁钢（40MM4MM）放入挖好的槽中，并用电焊把两地极端跟扁钢触处焊接。在所有的地极都用扁钢连接后对扁钢作防锈处理，然后回填图2平整地面,并夯实；等电位具体步骤如下、机房用35铜芯线引接1个接地汇流排；、把所有的设备就近接地；、设备外壳及其他接地采用共用一个接地；以上这种连接方式可以减小设备相互之间的1/4干扰和对过电压的抑制。七、施工组织方案（一）、施工准则根据中国气象局制定的防雷工程专业施工资质管理办法中的若干规定及我公司防雷工程施工质量手册相关标准，结合工程施工具体实际，特制定本实施细则。（二）、施工方案流程（三）、施工技