弱电系统防雷解决方案上课讲义

1、弱电系统防雷解决方案一、概述1、浅析弱电系统的雷电危害雷击是一种自然现象， 它能释放出巨大的能量、 具有极强大的破 坏能力。几个世纪来，人类通过对雷击破坏性的研究、探索，对雷电 的危害采取了一定的预防措施，有效地降低了雷害。近年来， 随着微电子技术的不断发展， 弱电系统在生产生活各个 方面的使用越来越广， 人们在受益于微电子的极大方便的同时， 也受 到其一旦损坏就损失巨大的困扰。实际中，在增加弱电系统的时候， 往往对弱电系统的防雷未加考虑或考虑不够的情况较多， 一旦有雷电 波侵入，设备损坏一般是巨大的，有的甚至使整个系统瘫痪，造成无 可挽回的损失。 分析这些类雷击事故的主要原因是由于一次设备发

2、生雷击后在弱电 设备造成的浪涌超过了设备承受的能力而损坏设备的， 浪涌的主要形 式是电源浪涌、 信号浪涌。 而这种浪涌在新建或扩建设备时又往往不 被重视，所以才会造成严重的损失。2、弱电系统雷害的主要原因分析雷电会导致多种不同形式的危害， 没有任何一种办法可以全面防 止雷电的危害， 通过各种有效的办法可将雷害的程度降到最低， 在多 年的实际中人们对直击雷、感应雷、球形雷的认识比较高，防护也相 对完善，但对雷电浪涌的防护意识和防护措施相对比较薄弱， 对弱电 系统的雷电浪涌考虑不够造成的雷击事件屡见不鲜。 主要的雷电形式 及雷害情况有以下几种情况：(1) 直击雷是指雷电直接击在建筑物构架、 动植物

3、上， 因电效应、 热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。(2) 感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外 传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备， 使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。 感应雷虽然没有直接 雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。(3) 雷电浪涌是近年来由于微电子的不断使用引起人们极大重视 的一种雷电危害形式， 同时其防护方式也不断完善。 最常见的电子设 备危害不是由于直接雷击引起的， 而是由于雷击发生时在电源和通讯 线路中感应的电流浪涌引起的。 一方面由于电子设备内部结构高度集 成化，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷

4、电 ( 包括感应 雷及操作过电压浪涌 ) 的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径 增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。 浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜人电脑设备。 信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷 击、电磁干扰、 无线电干扰和静电干扰。金属物体 （如电话线 ）受到这 些干扰信号的影响， 会使传输中的数据产生误码， 影响传输的准确性 和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线（110V）在10000h （约一年零 两个月） 内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达 到800余次，其中超过1000V的就有300余次。这样

5、的浪涌电压完全 有可能一次性将电子设备损坏。3、弱电系统雷害的影响弱电系统的雷击危害所带来的影响是很严重的，如下图所示：、弱电系统防雷设计依据GB50057-94建筑物防雷设计规范YD/T1235-2002通信局（站）低压配电系统用电涌保护器YD/T5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范YD5078-98通信工程电源系统防雷技术规定YDJ26-89通信局（站） 接地设计暂行技术规范GA173-2002计算机信息系统防雷保安器GA267-2000计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范DL/T621-97交流电气装置的接地DL548-94电力系统通信站防雷运行管理规程IEC610

6、24建筑物防雷IEC61312雷电电磁脉冲的防护IEC61643连接至低压配电系统的浪涌保护器IEC60664低压系统内设备的绝缘配合IEC 、ITU及UL有关标准及规范三、弱电系统的防雷措施我公司是一家专门从事现代防雷理论研究、 防雷产品研发生产制 造、防雷工程设计施工的专业防雷公司。根据多年来的防雷经验，对 弱电系统的特点进行细致的分析，总结出以下措施：按照防护范围可将弱电系统的防雷措施分为两个部分进行： 外部 防护和内部防护。 其中外部防护主要是指对安装有弱电系统的建筑物 本体的雷电防护（即直击雷防护）；内部防护指在建筑物内部弱电系 统对过电压的雷电防护（即感应雷防护）。如下图所示：1、

7、弱电系统的外部防护：弱电系统的外部防护首先是使用建筑物的避雷针将主要的雷电流引人大地；其次是在将雷电流引人大地的时候尽量将雷电流分流， 避免造成过电压危害设备； 第三是利用建筑物中的金属部件以及钢筋 可以作为不规则的法拉第笼， 起到一定的屏蔽作用， 如果建筑物中的 设备是低压电子逻辑系统、遥控、小功率信号电路的电器，则需要加 装专门的屏蔽网， 在整个屋面组成符合规范要求大小的网格， 所有均 压环采用避雷带等电位连接； 第四是建筑物各点的电位均衡， 避免由 于电位差危害设备； 第五是保障建筑物有良好的接地， 降低雷击建筑 物时接点电位损坏设备。2、弱电系统的内部防护：从EMC电磁兼容）的观点来看

8、，防雷保护由外到内应划分为多级 保护区。最外层为 0 级，是直接雷击区域，危险性最高，主要是由外 部（建筑）防雷系统保护， 越往里则危险程度越低。 保护区的界面划分 主要通过防雷系统、钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层而形成， 从 0级保护区到最内层保护区， 必须实行分层多级保护， 从而将过电 压降到设备能承受的水平。 一般而言， 雷电流经传统避雷装置后约有 50%是直接泄人大地，还有 50%将平均流人各电气通道 （ 如电源线，信 号线和金属管道等 ）。随着电脑通信设备的大规模使用， 雷电以及操作瞬间过电压造成 的危害越来越严重。 以往的防护体系已不能满足电脑通信网络安全的 要求。应从单纯一维

9、防护转为三维防护，包括：防直击雷，防感应雷 电波侵入， 防雷电电磁感应， 防地电位反击以及操作瞬间过电压影响 等多方面作系统综合考虑。 多级分级（类）保护原则：即根据电气、微电子设备的不同功能及不同 受保护程序和所属保护层确定保护要点作分类保护； 根据雷电和操作 瞬间过电压危害的可能通道从电源线到信号线路都应做多级层保护。2.1 电源部分的防雷措施 弱电设备的电源雷电侵害主要是通过线路侵入。 高压部分有专用 高压避雷装置，电力传输线把对地的电压限制到小于 6000V（1EEEEC62.41）而线对线则无法控制。所以，对 380V低压线 路应进行过电压保护， 按国家规范应有三部分： 建议在高压变

10、压器后 端到二次低压设备的总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加防雷器， 作一级保护；在二次低压设备的总配电盘至二次低压设备的配电箱间 电缆内芯线两端应对地加装防雷器，作二级保护；在所有重要的、精 密的设备以及UPS的前端应对地加装避雷器或保护器，作为三级保 护。目的是用分流 （限幅） 技术即采用高吸收能量的分流设备 （避雷器 ） 将雷电过电压 （脉冲） 能量分流泄人大地，达到保护目的，所以，分流 （限幅） 技术中采用防护器的品质、 性能的好坏是直接关系网络保护的 关键，因此，选择合格优良的避雷器或保护器至关重要。2.2 信号部分的防雷措施对于信息系统， 应分为粗保护和精细保护。 粗保护量级根据所

11、属 保护区的级别确定， 精细保护要根据电子设备的敏感度和重要性来进 行确定。在重要设备和敏感设备的前端安装相应的避雷器。2.3 等电位连接及接地处理 均衡弱电系统各设备设施间的电位差对其防护来说是至关重要的，另外一定要有一个良好的接地系统， 因所有防雷系统都需要通过 接地系统把雷电流泄人大地， 从而保护设备和人身安全。 如果机房接 地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危 害工作人员的生命安全。 另外还有防干扰的屏蔽问题， 防静电的问题 都需要通过建立良好的接地系统来解决。3、弱电系统的接地措施：一个良好的接地系统是保护人身、 设备安全、 系统稳定工作的重 要保证，也是防雷

12、系统的重要基础。 在电子计算机房防雷设计规范(GB 50174-93中，第643条明确提出：交流工作接地、安全保 护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置， 其接地电阻按其中最小值确定； 若防雷接地单独设置接地装置时， 其 余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值， 并应按现行国标建筑防雷设计规范要求采取防止反击措施。接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷、或其他 形式的雷，最终都是把雷电流送入大地。 接地电阻越小， 散流就越快， 被雷击物体高电位保持时间就越短， 危险性就越小。 对于场地的接地 电阻要求W 4欧姆，并且采取共用接地的方法将避雷接地

13、、电器安全 接地、交流地、 直流地统一为一个接地装置。如有特殊要求设置独立 地，则应在两地网间用地极保护器连接，这样，两地网之间平时是独 立的，防止干扰，当雷电流来到时两地网间通过地极保护器瞬间连通， 形成等电位连接。总结来说， 弱电系统的防雷问题是一个综合性的工作， 尤其是弱电系统的雷电浪涌防护还重视不够，也常常由其而引起设备的损坏，所以在完善弱电系统外部防护的同时，要加强弱电系统的内部防护， 建议加强以下几方面的工作；(1) 首先要完善弱电外部雷电防护，将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散。(2) 其次要阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波。(3) 第三限制钳位被保护设备上浪涌过压过流

14、幅值在设备可承受的范围。四、应用实例1 、某公司办公区的防雷： 一般办公区防雷，一般指：仅针对有限区域进行防护，办公大楼 主体防护另论。根据贵公司要求， 主要针对办公区各种通用办公设备、 安防设备等进行防雷保护。主要从两个方面加以防护：1.1 、电源系统针对独立办公区域的电源开关盒位置， 应该做两级防护 (视大楼整体 已做直击雷防护为前提)，可选用 40KA 三相/单相交流电源防雷器， 根据办公区域实际供电情况来选择， 一般均为三相供电， 型号分别为：TP40B/4 （三相）。对于办公区域内贵重设备/重要设备/独立于办公 区域外的设备，如：各种专用贵重设备、服务器、独立于办公区域之 外的监控器

15、 /摄像头 /防盗告警感应器等，应考虑单独做一级电源防 护，产品选型同上，一般为单相电源供电，选用单相交流电源防雷器 （型号： TP20B/2）。1.2 、信号系统如信息系统计算机网络系统， 通讯系统信号， 安防系统各类 信号等等。从各种系统角度细分，一般有：1.2.1 信息系统离开有限办公区域的一切进出线，均应考虑做防雷保护，如进 / 出户电脑网线，或DDN专线、ADSL专线、电话线MODE线路，主要 选用产品有：网络信号防雷器（型号：TS05H/J4）； DDN专线防雷保 护器（型号：TS180L/R2； ADSL专线、电话线一般用音频信号防雷 器（型号： TS180L/R2）。1.2.2

16、 通讯系统主要针对办公区域内（电话）用户交换机的外线进行防雷保护，主要选用产品有：单口音频信号防雷器（型号：TS180L/R2 ;多口音频信号防雷箱，有 8 口音频信号防雷箱（型号： TS180L/B8R2）； 16 口音频信号防雷箱（型号： TS180L/B16R2）。1.2.3 安防系统（包括视频监控、防盗告警系统等）视频监控系统，对每一台监控器，以及监控主机，进行电源、信号防 雷保护，一般每台设备需选用一只单相交流电源防雷器（型号： TP20B/2）;每一个视频口（主机、监控器/摄像头侧均需要）安装一 只视频信号防雷器（型号：TS05L/BNC ;对于有控制线的监控器与 主机间各需安装一

17、只 控制线信号防 雷器（ 型号： TS05L/P2 或 TS05L/P4）。防盗告警系统，一般情况，主要针对，防盗告警系统输 出线路（如告警用电话线路等）;设于独立办公区域之外的感应器进 户线，以及其自身的电源和信号线应进行防雷保护。 防雷产品选用同 上（视频监控系统），信号部分一般仅选用控制线信号防雷器。防雷措施的实施：对于一切防雷设备， 一般必须做有效防雷接地， 方可保障防雷保 护效果。“接地与等电位连接”，对于防雷保护而言是关键性环节。 一般有两种做法： 做完整的合乎标准要求的独立的接地系统; 或仅针 对有限办公区域，做闭合式均压环路以进行等电位连接，同时，将闭 合式均压环路与办公大楼主

18、结构钢筋有效连接。 其次，才是防雷器的 标准的、有效的安装。防雷措施的实施，一般应由专业人员来完成！ 雷电来临时高处云层中含有大量的电荷， 而现在城市中高楼林 立极易遭受雷击， 因此各楼都装有避雷针以泄流雷电能量， 避免雷击 损害，避雷针从 200 多年前富兰克林发明至今基本没有什么大变化，但其造型已变得各式各样丰富多样，适用各类功能及用途不同的避雷 针也应有尽有，为此在安装避雷针前应了解其特性以便启到良好的防 雷效果。现在市场上避雷针的类型有：空中放电型避雷针、架空输电线路防绕 击先导避雷针、 雷电、雷击及避雷针的原理演示器、输电线路阻尼 式防绕击避雷针、感应避雷针、输电线路阻尼式防绕击避雷针、架空 输电线路防绕击避雷针、优化避雷针、头部均压式新型避雷针、升降 式避雷针、抱箍式避雷针头部均压环、降压式避雷针、断续式脉冲电 晕放电避雷针、新型避雷针、避雷针式椰树形路灯、新型带橡胶垫的 架空输电线路防绕击避雷针、架空输电线路防绕击雷避雷针、折叠式 场变放电避雷针、带有利用沿绝缘