综合防雷技术概述(ppt 46页).ppt

综合防雷技术 中光高科产业发展集团张金辉 一 什么是雷电 雷电是因强对流气候而形成的雷雨云层间和云层与大地间强烈瞬间放电现象 当雷电发生时 产生强大的雷击电流 炽热的高温 猛烈的冲击波 瞬变的电磁场和强烈的电磁辐射 二 雷电防护学属新兴高科技边缘学科 自1749年富兰克林发明避雷针以来 已经253年了 从实践中可了解到 它对保护建筑物及其内部工作人员的防雷安全 起到了积极的保护作用 然而250多年前科学家富兰克林万万没想到250年后的时代竟然进入了电子时代 信息时代和数字化时代 对当今信息设备的防雷特点主要是对付LEMP这个问题上 由于历史及科学技术发展的局限性 我们不能苛求富兰克林预见到这一点 从而采取预防LEMP的措施 计算机信息系统的娇嫩性和脆弱性 当我们看到它灵通广大 功能优越 效率高超的同时 我们也应看到它的娇嫩性和脆弱性 保证信息系统安全 正常运行 不仅仅要考虑使用它的环境因素及如何增强它对各种病毒的免疫力 抗毒性 更重要的是如何增强它抗御自然灾害 即雷电灾害的能力 三 自然界的雷击主要分为两类 直击雷感应雷及雷电电磁脉冲 LEMP 直击雷的特点 直击雷声光并发 电闪雷鸣 老少皆知 直击雷是雷雨云对大地和建筑物的放电现象 感应雷及雷电电磁脉冲的特点 感应雷及雷电电磁脉冲是由于雷雨云的静电感应 放电时的电磁感应以及雷电电磁脉冲辐射的作用 使建筑物上的金属部件 如管道 钢筋 电源线 信号传输线 天馈线等感应出雷电高电压 通过电源线 信号线 天馈线以及进入室内的管道 电缆 走线桥架等引入室内造成放电 破坏电子设备 感应雷及雷电电磁脉冲的破坏作用悄然发生 不易察觉 后果远比直击雷严重得多 四 直击雷和感应雷及雷电电磁脉 LEMP 的侵害渠道不同 防护措施也就不同 直击雷防护 主要采用避雷针 避雷带 网 等传统避雷装置 只要设计规范 安装合理 这些避雷设施是能够对直击雷进行有效的防御 保护建筑物及户外设备的安全 但是无论多么完善的防直击雷装置 对感应雷及雷电电磁脉冲的防护都无能为力 五 电防护由避雷针防直击雷发展到综合防雷理论的新阶段 在治理雷电灾害方面总结出了 整体防御 综合治理 多重保护 层层设防 的基本原则 四川中光公司于1993年在重庆召开的首届全国雷电防护工作会议上率先提出 综合防雷理论 经过十年的实践现在以被我国和国际防雷界认可和指导防雷工程工作 实践正明 综合防雷理论 是中光公司对雷电防护学的最大贡献 六 综合防雷工程是一个系统工程 综合防雷工程包括 直击雷防护措施 等电位连接措施 屏蔽措施 规范的综合布线措施 设计安装SPD 完善合理的共用接地系统 七 综合防雷的主要方法是 采用隔离 钳位 均压 滤波 屏蔽 过压与过流保护 接地等方法将雷电过电压 过电流及雷电电磁脉冲消除在设备外围 从而达到保护电子设备的目的 八 电涌保护器 SPD 的组成原理 主要由 气体放电管 放电间隙 高频二极管 压敏电阻 瞬态二极管 晶闸管 高低通滤波器等元件根据不同频率 功率 传输速率 阻抗 驻波 插损 带宽 电压 电流等要求组合成电源线 天馈线 信号线系列电涌保护器 SPD 安装在微电子设备的连接线路中 只要设计合理 安装合格 电涌保护器就能对雷电进行有效的防护 综合防雷技术 因此 我们既要防止直击雷 也要防感应雷及雷电电磁脉冲 二者有机结合 构成一套完整的防雷体系 就是现代防雷新理论 综合防雷技术 九 国内外防雷技术概况 我国防雷理论在世界上处于领先地位 我们提倡综合防雷理论 采取综合防治措施 将雷击损害降低到最低限度 达到防雷减灾 保护建筑物 电子 微电子设备之目的 十 国内外防雷产品主要分为两大类 防直击雷产品 防感应雷产品 电源 天馈 信号线系列电涌保护器 SPD 防雷原理国内外产品基本相同 第二节电子信息系统雷电防护原则 雷电防护必须坚持预防为主 安全第一的指导方针 应根据设备所在地区雷暴等级 设备放置在不同的雷电防护区 系统对雷电电磁脉冲的抗扰度等因素采取不同的综合防治措施 电子信息系统的防雷设计应坚持全面规划 综合治理 优化设计 多重保护 技术先进 经济合理 定期检测 随机维护的原则进行综合设计及维护 第三节电子信息系统雷暴等级的划分 一 根据年平均雷暴日数将雷暴发生的地区划分为 少雷区 中雷区 多雷区 强雷区 年雷暴日平均值 20天以下的地区定为 少雷区 20天以上40天以下的地区定为 中雷区 40天以上60天以下的地区定为 多雷区 60天以上的地区定为 强雷区 二 电子信息系统雷电电磁脉冲防护等级划分原则 电子信息系统的雷电防护 应采用雷击风险评估方法 将信息系统雷电防护等级划分为A B C D四级 分别采取不同的防护措施 第四节建筑物电子信息系统的雷电防护 第五节直击雷防护 建筑物直击雷的防护以避雷针作为主要的防护方法 保护范围按滚球法计算确定 避雷针可优先选用中光优化避雷针 优化避雷针有降低雷电流幅值和陡度 减小感应雷击的作用 幅值衰减可达80 陡度衰减可达33 中光优化避雷针 ZGU系列优化避雷针是一种新颖的避雷针 是中光公司具有发明专利权的产品它采用气隙放电 阻抗限流等综合技术 既保留了传统避雷针的吸引雷电和疏导入地的作用 又明显地改变了雷电流的放电过程使波形展宽 幅度降低80 以上 波头陡度衰减大于33倍 从而有效的抑制和削弱地电位反击和感应雷击效应 第六节等电位连接与共用接地系统的设计 一 等电位连接二 共用接地系统 一 等电位连接 为保证设备和操作人员的安全 各类电气 电子信息设备均应采取等电位连接与接地措施 进入建筑物的所有金属导体 管道 电缆的外屏蔽层 应在LPZ0B区与LPZ1区交界处作等电位连接与接地 在LPZ1区与LPZ2区交界处作等电位连接与接地 配置有信息系统设备的机房内应设等电位连接端子板 端子板应可靠接地 机房内的电气和电子设备的金属外壳 机柜 机架 屏蔽线外层 及各种SPD接地端均应以最短的距离就近与等电位连接端子板连接 等电位连接网络的基本结构型式有 S型星形结构和M型网形结构 二 共用接地系统 共用接地系统是将交流工作地 直流工作地 安全保护地 防静电接地 防雷接地等共用一组接地装置 共用接地系统是自然接地体与人工接地体的组合 自然接地体利用建筑物的基础钢筋做接地装置 人工接地体宜在建筑物四周散水坡一米外 埋设人工垂直接地体和水平环形接地体 自然接地体与人工接地体应多处并连 组成共用接地系统 二 共用接地系统 共用接地系统的接地电阻应以接入设备中最小值确定 接地装置材料的选择 要充分考虑其导电性 热稳定性 耐腐性和承受电流的能力 信息系统的接地电阻不宜大于4 当机房所在地土壤率大于1000 m时 宜在建筑物外不大于5m处埋设环形人工辅助接地网 此时共用接地系统的接地电阻值可适当放宽 在高土壤电阻率地区 降低接地装置接地电阻 宜采用多支线外延接地装置 外延长度不应大于60m 选择潮湿肥沃的土壤 中光非金属接地模块 ZGD系列低电阻接地模块是一种以非金属导电材料为主体的接地体 是中光公司获得发明专利权的产品 它具有吸湿 保湿和改善周围土壤导电特性的作用 能耐高温和低温 能经受工频电流冲击和雷电流冲击 与普通金属接地体建造地网相比 用低电阻接地模块建造地网 用料少 造价低 稳定性好 寿命长 是特别适宜于解决高土壤电阻率地区建造地网难题的优势产品 第七节屏蔽及综合布线的设计 一 减少电磁感应的屏蔽措施二 综合布线设计 一 减少电磁感应的屏蔽措施 信息系统设备放置在的防雷区的位置空间宜进行磁场强度的衰减计算 根据计算结果采取相应的屏蔽措施 信息系统的机房宜选择在大楼的低层中心部位 信息设备应尽量远离建筑物的外墙结构柱 设置在雷电防护的最高级别 LPZ2或LPZ3 区域内 应根据信息设备的要求 采取相应的屏蔽措施 使雷击产生的电磁场由外向内层层衰减 信息系统设备为非金属外壳 且建筑物屏蔽又未达到要求时 根据信息系统设备的重要性 可对机房或设备加装金属屏蔽网或金属屏蔽室 金属屏蔽网或屏蔽室应与等电位连接带连接 需要保护的重要设备 应采用屏蔽电缆 其屏蔽层宜再两端及雷电防护区交界处做等电位连接 使用含有金属部件的光缆 在入户处应接通所有金属插头 金属挡潮层 金属加强芯等进行等电位连接接地 建筑物之间的互连电缆 应敷设在金属管道内 管道的两端应电气连通 建筑物之间的接地装置应互相连接组成共用接地系统 第八节电涌保护器SPD的设计 一 供电电源线路的要求 电子信息系统机房内电源的进 出线不应采用架空线路 电子信息系统设备交流配电系统的接地应采用TN S系统 配电系统耐冲击电压的类别及电涌保护器分级见下图 耐冲击电压类别及电源SPD设计位置 图例 空气断路器 隔离开关 熔断器 电涌保护器 等电位连接端子 6KV总配电柜 耐冲击过电压类别耐冲击电压额定值SPD设计位置 1 5KV信息设备 2 5KV信息机房配电柜 4KV分配电柜 二 电源线路SPD的选择要求1 1 低压架空线路引入宜安装三相电压开关型SPD或限压型SPD作为一级保护 埋地电缆引入的宜安装限压型SPD作为一级保护 可选择中光ZGB153B 100或ZGB153B 60 2 分配电柜输出端宜安装限压型SPD作为二级保护 可选择中光ZGB149A 403 电子信息设备机房配电柜宜安装限压型SPD或可安装串联式限压型SPD作为三级保护 可选择中光ZGB149B 20 二 电源线路SPD的选择要求2 4 使用直流电源的信息设备 视其工作需要 宜分别选用适配的直流电源SPD 作为末级保护 可选择中光ZGB系列直流电源SPD 5 SPD连接导线应短而直 SPD连接导线长度不宜大于0 5m 当开关型SPD1至限压型SPD2的线距长度小于10m时 SPD2至SPD3的线距长度小于5m时 应在两SPD之间加装退耦装置 6 为防止SPD老化造成短路 SPD安装线路上应有过电流保护装置 应选用有劣化显示功能的SPD 供电线路的SPD技术性能参数表 注 1 SPD应有劣化显示和故障自动切除功能 2 SPD的外封装材料应为阻燃型材料 三 信号线路的防护 雷击风险评估为A B等级的电子信息系统 应安装二至三级信号线SPD进行防护 雷击风险评估为C D等级的电子信息系统 应安装一至两级信号线SPD进行防护 信号线SPD保护 一级安装在总配线架上二级安装在MODEM前三级安装在MODEM后与主设备间 信号线应选择中光系列产品 SPD1 ZGB235j 110接线柱 SPD2 ZGH235H 110Rj11 SPD3 ZGB235F 12Rj45 计算机信号避雷器 中光公司应用气放管 瞬态电压抑制二级管 固体放电管和降容设计及组合设计等多种技术设计的各种计算机信号避雷器具有标称放电电流大 10KA 限制电压低 20V 传输速率高 155Mbit s 响应速度快 1ns 插入损耗小 0 1dB 安装方便等优点 四 计算机网络系统的防护 计算机网络系统的防雷与接地 应以中心机房网络设备为主要保护对象 实施综合防雷措施 计算机网络中的服务器 路由器 交换机 集线器 调制解调器 配线柜等设备的输入输出端口处 根据设备的重要性 装设适配的计算机信号SPD 计算机网络数据信号线路SPD应根据被保护设备的工作电压 接口类型 特性阻抗 信号传输速率 频带宽度及传输介质等参数选用插入损耗小 限制电压不超过设备端口耐压的SPD 信号线路SPD选择参数表 注 Uc 额定工作电压 防直击雷示意图 电源防雷示意图 信号防雷示意图 五 天馈线的防护 天馈线SPD其标称导通电压Un 1 5Uc 标称通流容量In 5KA 8 20 s 插入损耗对甚高频系统