建筑物电子信息系统综合防雷技术

1、 PAGE 24建筑物电子信息系统综合防雷技术一、雷电是发生在因强对流天气而形成的雷雨云层间和雷雨层与大地之间强烈瞬间放电现象。当今还没有一个完整理论可以将全部雷电现象解释清楚。目前的办法是将不同理论综合起来，尽可能完善地解释各种雷电想象。二、雷电的形成成雷电形成的三个个条件：空气中必须有足足够的水汽；有使潮湿水水气强烈持久久上升的气流流；有使潮湿湿空气上升凝凝结成水珠或或冰晶的气象象、地理条件件。带电云层形成的的基本过程：潮湿水气在强烈烈上升的过程程中凝结成小小水滴，水滴滴在运动过程程中相互碰撞撞、摩擦，产产生电荷，在在碰撞时水滴滴分裂，大水水珠带正电荷荷，小水珠带带负电荷由上上升气流推向向

2、云层上部，在在大气电场的的极化作用下下，云层上部部带负电荷，下下部带正电荷荷、形成带不不同电荷的云云层。3、雷电的形成成的基本理论论：1）、雨滴分裂裂作用理论当潮湿水气上升升到高空，由由于高空气温温较低，产生生凝结，在上上升气流运动动过程中逐渐渐增大形成小小水滴。由于于上升气流的的不稳定，水水滴在运动过过程中相互摩摩擦、碰撞、分分裂形成大小小不等的水珠珠，大水珠带带正电荷，小小水珠带负电电荷，小水珠珠容易被上升升气流带到上上层云层，大大水珠则留在在下层或降落落到地面，这这样便形成了了电荷的分离离过程。当带带电荷云层逐逐步积累到足足够的电荷量量时，便产生生闪电现象，形形成雷电。实验证明：、水滴分

3、裂时时确实是大水水珠带正电荷荷，小水珠带带负电荷；、分裂水滴所所需气流的速速度为38m/S，正正是雷云中上上升气流的速速度。2）、电场极化化理论距离地面80公公里以上的电电离层具有一一定的导电能能力，而且是是带正电荷的的，而大地是是带负电荷、形形成比较稳定定的大气电场场。因此，电电离层和地这这两个带电导导体中间被不不导电的大气气所绝缘，形形成一个电容容器。使处于于其中的任何何导体上端带带负电荷，下下端带正电荷荷，（云层也也是如此）既既发生极化。此此外，近地大大气中还常有有一定量的离离子，其中正正离子较重（约约为电子的22000倍）不不大活动，而而负离子则活活动性较大，在在大气电场的的作用下，负

4、负离子向上运运动，正离子子向下运动形形成上负下正正离子层；另另外，空气中中水滴分裂后后形成上负下下正的带电云云层，进一步步被大气电场场极化，这些些云层电荷量量逐渐积累增增多，达到了了足够的能量量时，便产生生闪电现象，形形成雷电。三、害自然界的雷击分分为直击雷和和雷电感应高高电压及雷电电电磁脉冲辐辐射（LEMMP）两类。1、直击雷直击雷是雷雨云云对大地和建建筑物的放电电现象。它以以强大的冲击击电流、炽热热的高温、猛猛烈的冲击波波、强烈的电电磁辐射损坏坏放电通道上上的建筑物、输输电线、室外外电子设备、击击死击伤人、畜畜等造成局部部材产损失和和人、畜员伤伤亡。2、电感应高电电压及雷电电电磁脉冲（LL

5、EMP）雷电感应高电压压以及雷电电电磁脉冲是由由于雷云层之之间和雷云与与大地之间放放电时，在放放电通道周围围产生的电磁磁感应、雷电电电磁脉冲辐辐射以及雷云云电场的静电电感应、使建建筑物上的金金属部件、管管道、钢筋、和和由室外进入入室内的电源源线、信号传传输线、天馈馈线等感应的的雷电高电压压，通过这些些线路以及进进入室内的管管道、电缆、走走线桥架等引引入室内造成成放电，损坏坏电子、微电电子设备。3、因为直击雷雷和雷电感应应高电压及雷雷电电磁脉冲冲的入侵通道道不同，其次次是由于被保保护的系统屏屏蔽差、没有有采取等电位位连接措施、综综合布线不合合理、接地不不规范、没有有安装浪涌保保护器SPDD或安装

6、的浪浪涌保护器不不符合相关规规范的要求等等，使雷电感感应高电压及及雷电电磁脉脉冲入侵概率率大大提高，损损坏相应的电电子、电气设设备。全国每每年因雷电造造成的损失高高达数十亿元元、因此雷电电灾害必须防防治。四、雷电灾害防防治的基本方方法1、直击雷和雷雷电感应高电电压以及雷电电电磁脉冲（LLEMP）的的侵害渠道不不同，防护措措施也就不同同。防直击雷雷主要采用避避雷针、避雷雷带（网）等等传统避雷装装置，只要设设计规范，安安装合理，这这些避雷设施施便能对直击击雷进行有效效的防御。2、但是无论多多么完善的避避雷针（带），对对雷电感应高高电压以及雷雷电电磁脉冲冲的防护都无无能为力，因因为雷电感应应高电压以

7、及及雷电电磁脉脉冲是由于电电子、电气设设备的电源线线、信号线、天天馈线和进入入室内的管道道等招引而致致，损坏相应应的电子、电电气设备。3、而当富兰克克林发明避雷雷针时及以后后270多年年间，电子设设备并不多，雷雷电电磁脉冲冲的危害现象象也不明显，人人们自然就想想不到要对它它进行防御，只只要能防护直直击雷就足够够了。然而，当当今社会电子子设备大量应应用，特别是是电子计算机机技术、通信信技术的高速速发展和日益益普及，雷电电感应高电压压以及雷电电电磁脉冲的危危害明显增加加，仅靠避雷雷针防雷已远远远不能满足足电子、通信信、微电子设设备和航空设设施防雷的实实际需求。4、为了确保电电子信息设备备正常工作，

8、近近年来雷电防防护也由富兰兰克林式避雷雷针防直击雷雷发展到综合合防雷工程的的新阶段。综综合防雷工程程是一个系统统工程，它包包括：直击雷雷的防护、等等电位连接措措施、屏蔽措措施、规范的的综合布线、设设计安装SPPD、完善合合理的接地系系统六个部分分组成。在一一个完善的防防雷系统工程程中（特别是是微电子设备备的防雷工程程）缺一不可可。如果某一一个环节考虑虑不周，即使使进行了防雷雷方面的工作作也起不到防防雷作用，还还有可能引雷雷入室而造成成电子设备失失灵或永久性性损坏。5、雷电感应高高电压以及雷雷电电磁脉冲冲的防护是在在入侵通道上上将雷电过电电压、电流泄泄放入地，从从而达到保护护电子设备的的目的。其

9、主主要方法是采采用隔离、钳钳位、均压、滤滤波、屏蔽、过过压与过流保保护、接地等等方法将雷电电过电压、过过电流以及雷雷电电磁脉冲冲消除在设备备外围，从而而有效的保护护各类设备。6、目前防雷器器主要由气体体放电管、放放电间隙、高高频二极管、压压敏电阻、瞬瞬态、二极管管、晶闸管、高高低通滤波器器等元件根据据不同频率、功功率、传输速速率、阻抗、驻驻波、插损、带带宽、电压、电电流等要求组组合成电源线线、天馈线、信信号线系列浪浪涌保护器（SSPD）安装装在微电子设设备的外连线线路中，将地地线按联合接接地原则接入入系统的地线线，才不至于于造成地电位位反击，从而而真正起到安安全保护接地地的目的。只只要设计合理

10、理、安装合格格、浪涌保护护器就能对雷雷电进行有效效的防护。7、我们既要防防止直击雷，依依靠合格的避避雷针、带、网网系统；也要要防止雷电雷雷电感应高电电压及雷电电电磁脉冲，二二者有机结合合，相互补充充，构成一套套完整的现代代综合防雷体系系，才能有效效地防止雷击击事故,减少少雷击灾害，保护建筑物、设备和人身安全。第二节 国内外防雷雷技术概况一、什么是雷电电？ 雷电是因因强对流气候候而形成的雷雷雨云层间和和云层与大地地间强烈瞬间间放电现象。当当雷击发生时时，产生强大大的雷击电流流、炽热的高高温、猛烈的的冲击波、瞬瞬变的电磁场场和强烈的电电磁辐射等综综合物理效应应，是一种严严重的气象自自然灾害。二、雷

11、电防护学学属新兴高科科技边缘学科科。它与电工工学、电子技技术、微电子子技术、通讯讯技术、计算算机技术、化化学、建筑材材料及结构等等多学科紧密密相连。三、国内外防雷雷技术概况 我国防防雷理论在世世界上处于领领先地位。从从实践中总结结出一套综合合防雷理论指指导防雷工程程工作、使我我国防雷技术术在世界上处处于领先地位位，达到一个个新的水平。将将雷电灾害的的损失降低到到最低限度，达达到保护人身身安全以及建建筑物、电子子、微电子设设备之目的。四川中光公司于于1993年年在重庆召开开的首届全国国雷电防护工工作会议上率率先提出：“综合防雷理理论”。经过全国国防雷界十多多年的实践和和不断完善，现现在以被我国国

12、乃至国际防防雷界认可和和指导防雷工工程工作。实实践正明“综合防雷理理论”是雷电防护护学最重要、最最科学的总结结。三、国内外防雷雷产品：1、防直击雷产产品；各类避避雷针装置；2、防雷电感应应产品；电源源、天馈、信信号线系列浪浪涌保护器（SSPD）；3、接地产品；低电阻接地地模块、电解解质接地棒、金金属接地极等等；四、产品工作原原理：国内外外产品基本原原理相同。1、过电压保护护；2、过电流保护护；五、国内防雷市市场上主要销销售的产品有有：1、国外：美国国、德国、英英国、法国等等主要国家的的产品；2、国内：主要要有中光等公公司生产的避避雷针、SPPD系列产品品和接地产品品。第三节 电子信息系系统雷电

13、防护护原则电子信息系统的的防雷防护必必须按综合防防雷系统的要要求进行设计计，坚持预防防为主、安全全第一的指导导方针。为确确保防雷的科科学性、先进进性，在设计计前宜做现场场雷电环境评评估。电子信息系统的的防雷应认真真调查地理、地地质、土壤、气气象、环境条条件、雷电活活动规律、雷雷击事故受损损原因、系统统设备的重要要性、发生雷雷灾后果的严严重程度以及及被保护物的的特点等的基基础上分别采采取相应的防防护措施。电子信息系统所所在建筑物均均应按建筑筑物防雷设计计规范的规规定安装外部部防雷装置。电电子信息系统统的防雷设计计应坚持全面面规划、综合合治理、技术术先进、优化化设计、多重重保护、经济济合理、定期期

14、检测、随机机维护的原则则进行综合设设计及维护。电子信息系统的的防雷应采用用：直击雷防防护技术、等等电位连接技技术、屏蔽技技术、合理布布线技术、共共用接地技术术、设计安装装浪涌保护器器（SPD）的的技术等六大大综合防护技技术进行设计计。电子信息系统应应根据所在地地区雷暴等级级、设备所在在不同的雷电电防护区以及及系统对雷电电电磁脉冲的的抗扰度采用用不同的防护护措施。 电子信息系系统雷暴等级级的划分：一、根据年平均均雷暴日数将将雷暴发生的的地区划分为为：少雷区、多多雷区、高雷雷区、强雷区区。年雷暴日平均值值在20天以以下的地区定定为：少雷区区。年雷暴日平均值值在20天以以上40天以以下的地区定定为：

15、多雷区区。年雷暴日平均值值在40天以以上60天以以下的地区定定为：高雷区区。年雷暴日平均值值在60天以以上的地区定定为：强雷区区。二、雷电防护区区LPZ的划划分直击雷非防护区区（LPZOOA）：本区内内的各类物体体都可能遭到到直接雷击，本本区内的电磁磁没有衰减，属属完全暴露的的不设防区；直击雷防护区（LLPZOB）：本区内内的各类物体体很少遭到直直接雷击，但但本区内电磁磁场没有衰减减，属充分暴暴露的直击雷雷防护区；第一屏蔽防护区区（LPZ11）：本区别别内的各类物物体不可能遭遭受直接雷击击，流经各类类导体的电流流比LPZ00B进一步减小小，由于建筑筑物的屏蔽措措施，本区内内的电磁场得得到了初步

16、的的衰减；第二屏蔽区（LLPZ2+nn）（n=00，1，2，33，4）：为进一一步减小雷电电电磁脉冲强强度引入的后后续防护区；三、电子信息系系统雷电电磁磁脉冲防护等等级划分原则则 建筑物物电子信息系系统的雷电防防护，应采用用雷击风险评评估方法，考考虑建筑物的的重要性、使使用性质、周周围环境因数数、信息系统统设备的重要要性、发生雷雷击事故的可可能性和后果果的严重程度度等因数，对对电子信息系系统雷电防护护等级进行综综合评估，将将信息系统雷雷电防护等级级定为A、BB、C、D四四级，分别采采取不同的防防护措施。见见表4.1（雷击风风险评估方法法见附录A）。表4.1 电电子信息设备备对LEMPP防护等级

17、的的选择LEMP防护等等级电 子 信信 息 设 备A级国家级、省部级级、国际通信信枢纽以及其其他重要的信信息系统的电电子信息设备备如：大型计算中中心、移动基基站、通信枢枢纽、大型医医疗电子设备备B级省部级以下各部部门、各行业业设置的比较较重要的电子子信息设备如：智能建筑物物内通信、安安全监管，火火灾自动报警警与消防联动动等中型医疗疗电子设备C级对LEMP比较较敏感、价值值较高的电子子信息设备如：建筑物内有有线广播、闭闭路电视、家家用电器等D级除上述A、B、CC级以外一般般用途的电子子信息设备第五节 电子信息系系统的防雷设设计一、勘测设计电子信息系统的的防雷工程应应按第4、55节中关于雷雷电防护

18、分区区原则和风险险评估方法的的各参数计算算，确定其防防雷等级和防防护措施。建筑物按综合防防雷措施要求求设置防雷系系统，如下图图1所示。图1：图1：建筑物综合防雷系统外 部 防 雷 措 施内 部 防 雷 措 施屏 蔽屏 蔽 （ 隔 离 ）浪涌 保 护 器（SPD）GB5005794 IEC61312 IEC60634 相关国家及行业标准 IEC61643 IEC61024 接闪器（针、网、带、线）引 下 线接 地 装 置合 理 布 线等 电 位 连 接共 用 接 地 系 统据规范要求，将将设置有电子子信息系统的的建筑物需要要保护的空间间划分为不同同的防雷区，规规定各部分空空间不同的雷雷电电磁脉冲

19、冲的严重程度度，确定各防防雷区交界处处等电位连接接点的位置，以以此作为设计计依据。在同同一个保护级级别里，还应应根据各类电电子信息系统统的风险等级级和重要性，采采取相应的防防护措施。二、勘测、设计计资料的依据据被保护建筑物所所在地区的地地形、地物状状况、气象条条件（如雷暴暴日等）和地地质条件（如如土壤电阻率率等）；需保保护的建筑物物（或建筑物物群体）的长长、宽、高及及位置分布，相相邻建筑物的的高度；各建建筑物内各楼楼层及楼顶需需保护的电子子信息系统设设备的分布情情况；配置于各楼层或或设备机房内内需保护的设设备名称、功功能及性能参参数（如工作作频率、功率率、工作电平平、传输速率率、特性阻抗抗、传

20、输介质质等）；信息息系统的计算算机网络拓扑扑结构；信息息系统电子设设备之间的电电气连接关系系；供、配电电情况及其系系统接地形式式；对已建（扩、改改建）工程，除除上述应收集集勘测资料的的内容外，尚尚应收集勘测测下列相关资资料：1）、检查防直直击雷接闪装装置（避雷针针、带、网）的的施工状况；2）、防雷引下下线的施工状状况及其信息息设备接地系系统的安全距距离是否符合合规范要求；3）、高层建筑筑物防侧击雷雷措施及施工工情况；4）、强电及弱弱电竖井内线线路布置是否否合理；5）、信息系统统的安装要求求及系统设备备特性相关资资料，以及电电源、信号线线路进入建筑筑物的方式；6）、总等电位位连接及各局局部等电位

21、连连接施工情况况，共用接地地装置施工情情况等图纸及及测试资料；7）、地下管线线分布情况。第六节 直击击雷防护建筑物防雷设计计应在认真调调查地理、地地质、土壤、气气象、环境等等条件和雷电电活动规律以以及被保护物物的特点等基基础上，详细细研究防雷装装置的形式及及其布置。1、直击雷的防防护以优化避避雷针、避雷雷带、避雷网网、避雷线作作为主要的防防护方法。2、防直击雷装装置，在使用用时应严格执执行国标建建筑物防雷设设计规范的的要求，避雷雷针必须按滚滚球法计算保保护范围和高高度。一类防雷建筑，其其避雷网格尺尺寸不应大于于5m5m或6mm4m；下引引线不应少于于两根，其间间距不应大于于12m；每每根下引线

22、的的冲击接地电电阻不应大于于10。二类防雷建筑避避雷网格尺寸寸不应大于110m10m或112m8m；下引引线不应少于于两根，其间间距不应大于于18m；每每根下引线的的冲击接地电电阻不应大于于10。四、 三类防雷雷建筑避雷网网格尺寸不应应大于20mm20m或224m16m；下下引线不应少少于两根，其其间距不应大大于25m；每根下引线线的冲击接地地电阻不应大大于30。五、高度一类超超过30m，二二类超过455m，三类超超过60m应应采取防侧击击雷措施。六、直击雷防护护可优先选用用中光优化避避雷针，优化化避雷针有降降低雷电流幅幅值、陡度衰衰减倍率K33、减小小感应雷击的的作用。第七节 等等电位连接与

23、与共用接地系系统的设计为保证设备和操操作人员的安安全，所有各各类电气、电电子信息设备备均应采取等等电位连接与与接地措施。配置有信息系统统设备的机房房内应设等电电位连接网络络，电气和电电子设备的金金属外壳、机机柜、机架、计计算机直流地地、防静电接接地、屏蔽线线外层、安全全保护地及各各种SPD接接地端均应以以最短的距离离就近与等电电位连接网络络直接连接。连连接网络的基基本结构型式式有：S型星星形结构和MM型网形结构构。对于复杂杂的信息系统统，宜采用SS型和M型两两种型式的组组合。在建筑物内应设设置总等电位位接地端子板板，每层或若若干层竖井内内设置楼层辅辅助等电位接接地端子板，各各设备机房设设置局部

24、等电电位接地端子子板。各接地地端子板应装装设在便于安安装和检查以以及接近引入入线的位置，避避免装设在潮潮湿或有腐蚀蚀性气体及易易受机械损伤伤的地方，等等电位接地端端子板的连接接点应具有牢牢固的机械强强度和良好的的电气连续性性。接地系统应通过过接地干线引引至各楼层辅辅助等电位接接地端子板，再再通过接地线线引至建筑物物内电子信息息系统各设备备机房的局部部等电位接地地端子板。局局部等电位接接地端子板也也可与各楼层层预留接地端端子板连接。接接地干线应采采用多股铜芯芯电缆或铜带带，在强电或或弱电竖井内内明敷，并与与各楼层主钢钢筋或其它屏屏蔽金属构件件做多点连接接。接地线宜宜采用多股铜铜芯电缆穿镀镀锌钢管

25、敷设设。对重要的的设备机房，接接地系统也可可直接通过接接地引入线与与局部等电位位接地端子板板连接。综合布线应有良良好的接地系系统。当采用用屏蔽线系统统时，应保持持各子系统中中屏蔽层的电电气连续性。在在电缆屏蔽层层两端接地时时，两个接地地装置之间的的接地电位差差不应大于11Vr.m.s。共用接地系统是是将交流工作作地、直流工工作地、安全全保护地、防防静电接地、防防雷接地等共共用一组接地地装置。共用用接地系统是是自然接地体体与人工接地地体的组合。自自然接地体利利用建筑物的的基础钢筋做做接地装置，如如建筑物没有有基础钢筋地地网，宜在建建筑物四周散散水坡外，埋埋设人工垂直直接地体和水水平环形接地地体。

26、共用接地系统其其接地装置的的接地电阻应应按信息系统统设备中要求求的最小值确确定。当有特特殊要求时也也可采用独立立接地。8、接地装置材材料的选择，要要充分考虑其其导电性、热热稳定性、耐耐腐性和承受受电流的能力力。宜选用热热镀锌钢材、铜铜材及其它新新型接地材料料。埋于土壤壤中的人工垂垂直接地体宜宜采用角钢、钢钢管、圆钢或或接地摸块；埋于土壤中中的人工水平平接地体宜采采用扁钢、圆圆钢或接地摸摸块。圆钢直直径不应小于于10mm；扁钢截面不不应小1000mm2，其厚度不不应小于4mmm；角钢不不应小于400404mm；钢钢管壁厚不应应小于3.55mm。人工工垂直接地体体的长度宜为为2m2.5m。人人工垂

27、直接地地体间的距离离应为长度的的2倍，人工工水平接地体体间的距离宜宜为5m。 当受条件限限制时可适当当减小。人工工接地体在土土壤中的埋设设深度不应小小于0.8mm。在冻土区区人工接地体体应埋设在冻冻土层以下。接接地体应远离离由于砖窑、烟烟道等高温影影响土壤电阻阻率升高的地地方。9、当信息系统统机房所在地地土壤电阻率率大于10000m时，宜在建建筑物散水坡坡外埋设环形形人工辅助接接地网，并在在不同方向用用四根以上44mm40mm的镀镀锌扁钢或12的镀锌圆圆钢与建筑物物的基础钢筋筋网焊接，此此时共用接地地系统的接地地电阻值可适适当放宽。10、在高土壤壤电阻率地区区，降低接地地装置接地电电阻，宜采用

28、用多支线外延延加长接地装装置，外延长长度不应大于于60m；选选择潮湿肥沃沃的土壤；为为了保持接地地电阻长年稳稳定，地网应应澆灌降阻剂剂或采用换土土法。接地装置应优先先选择中光低低电阻非金属属接地摸块，低低电阻非金属属接地摸块非非常适合高土土壤电阻率的的土壤、腐蚀蚀性较强的土土壤、高寒冻冻土地区使用用。第八节 屏屏蔽及综合布布线的设计1、减少电磁感感应的屏蔽措措施：1）、当电子信信息系统的导导电金属物、电电缆屏蔽层及及金属线槽（架架）等进入框框架或钢筋混混泥土的建筑筑物时应就近近做等电位连连接。对信息息系统所处的的防雷区宜进进行磁场强度度的衰减计算算，根据计算算结果采用相相应的屏蔽措措施。（磁场

29、场衰减计算见见附录2）2）、信息系统统的机房应避避免设在建筑筑物的高层，宜宜选择在大楼楼的低层中心心部位，信息息设备尽量远远离建筑物的的外墙结构柱柱子，设置在在雷电防护的的最高级别（LLPZ2或LLPZ3）区区域内。应根根据防雷分区区和信息设备备的要求，采采取相应的屏屏蔽措施，使使雷击产生的的电磁场向内内层层衰减。3）、信息系统统设备为非金金属外壳，且且建筑物屏蔽蔽未达到要求求时，根据信信息系统设备备的重要性，可可对机房或设设备加装金属属屏蔽网或金金属屏蔽室，金金属屏蔽网或或屏蔽室应与与等电位连接接带连接。2、户内外线路路屏蔽1）、在需要保保护的空间里里（如户外），应应采用屏蔽电电缆，其屏蔽蔽层宜再两端端及雷电防护护区交界处做做等电位连接接。2）、使用含有有金属部件的的光缆，在入入户处应接通通所有金属插插头、金属挡挡潮层、金属属加强芯 等等，并进行等等电位连接接接地。3）、建筑物之之间的互连电电缆，应敷设设在金属管道道内。金属道道的两端应电电气连通，并并连到各建筑筑物的等电位位连接带上。管管道内的电缆缆屏蔽层应做做等电位连接接。当互相邻邻近的建筑物物之间有电力力和通信电缆缆连通时，应应将其接地装装置互相连接接。3、线缆敷设1）、建筑物电电气线路的主主干线，应敷