综合防雷技术

综合防雷技术

目录一、雷电的危害二、雷电侵害的渠道及防护措施三、电子信息系统的防护设计四、工程设计实例五、防雷工程勘察六、防雷工程勘察报告的编制七、防雷工程设计方案的编制八、防雷工程竣工文件的编制一、雷电的危害方式及特点

1、雷电的危害方式

雷电是因强对流天气而形成的雷云层间和云层与大地间强烈的瞬间放电现象。雷电是一种严重的气象自然灾害。当雷云放电时，将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等综合物理效应。自然界的雷击主要有直击雷和雷电电磁脉冲（LEMP）两大类。直击雷声光并发，电闪雷鸣，老少皆知。而雷电感应及雷电电磁脉冲是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应以及雷电波辐射作用在建筑物上的金属部件上如管道、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、电缆等引入室内，造成放电破坏电子设备。雷电感应及雷电电磁脉冲悄然发生，不易察觉，后果严重。2、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。

05年商丘市气象站观测场边树被雷击断树木劈裂和建筑物的崩塌雷击烧毁树木3、雷电电磁脉冲的特点雷电感应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。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。新乡市金环小商品批发城雷灾引起大火，造成3000多万元经济损失

二、雷电侵害的渠道及防护措施

1、直击雷和雷击电电磁脉（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，对雷电电磁脉冲的防护都无能为力；雷击电磁脉冲的侵入路径不同，对其进行防范的技术措施也不同。雷电电磁脉冲产生各种危害的示意图2、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；过电压、过电流（SPD）；完善合理的共用接地系统。综合防雷的主要方法：采用隔离、均压、分流、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。因此，我们既要防止直击雷，也要防雷电感应及雷电电磁脉冲，二者有机结合，构成一套完整的防雷体系，就是现代防雷理论：“全方位的综合防护，层层设防，多级保护，综合治理”。防雷是一个系统工程，就如防洪、防汛一样。3、电涌保护器（SPD）的组成主要由：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）；它是一个或多个非线性原件。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。4、国内外防雷技术及产品概况提倡系统防雷理论，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、电子设备之目的。防直击雷产品；防雷电波侵入产品；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。

直击雷产品

过电压（浪涌）防护产品：三、电子信息系统的防护设计

1、雷电防护设计的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。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。2、电子信息系统的防护设计要求电子信息系统的防雷与接地，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。供电线路采用TN-S接地方式，过电压采取多级防护。

3、现代防雷技术框架

外部防雷措施内部防雷措施

接引屏接共屏等合电闪下蔽地用蔽电理涌器线装接隔位布保针置地离连线护网系器带统

4、直击雷（外部）防护技术措施

防雷参数的选择：一类：滚球半径＝30米二类：滚球半径＝45米三类：滚球半径＝60米（对于露天堆场，滚球半径100米）建筑物防直击雷的有效措施是避雷装置，俗称避雷针三个组成部分：接闪器、引下线和接地体原理：将雷电能量沿合理设计的路线（分流）导入大地接闪器：设置在建筑物最高处的金属物，用以吸引雷电；常见避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等引下线：连接接闪器和接地体的金属导线，用以将雷电导入大地接地体：保持与大地接触的金属导体接闪器形式避雷针避雷针是人为设立的最突出的良导体。在雷云的感应下，针的顶端形成的电场强度最大所以最容易把雷电流吸引过来，完成避雷针的接闪作用。避雷带、避雷线、避雷网格、曼哈顿区高层埃菲尔铁塔俄罗斯红场美国国会大厦应县木塔海胆式波斯宫遗址

5、内部防雷系统的雷电防护设计（1）、等电位连接（2）、共用接地系统（3）、减少电磁感应的屏蔽措施（4）、综合布线设计（5）、过电压、过电流（电涌保护器）的设计（1）、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。

（2）、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。（2）、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4Ω。当机房所在地土壤率大于1000Ω·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；共用接地系统示意图（3）、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。（3）、减少电磁感应的屏蔽措施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。1）电子信息系统线缆与电力电缆的间距规定。2）电子信息系统线缆与配电箱、变电室、电梯机房、空调机房之间最小的净距的规定。（4）、综合布线设计要求（5）、电涌保护器SPD的设计1）、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

2）、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。Ⅳ6KV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Ⅰ1.5KV信息设备

Ⅱ2.5KV信息机房配电柜Ⅲ4KV分配电柜L3L2L1NPEL1NPE3）、电源线路SPD的选择要求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；②、分配电柜输出端宜安装限压型SPD作为二级保护；③、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；3）、电源线路SPD的选择要求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。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。

3）、电源线路SPD的选择要求（技术性能参数表）SPD性能要求防护等级保护级数

第一级通流容量（KA）第二级通流容量（KA）第三级通流容量（KA）第四级通流容量（KA）架空进线埋地进线A级四级≥20（10/350μs）≥80（8/20μs）≥60（8/20μs）≥40（8/20μs）≥20（8/20μs）在直流配电系统中视其工作电压选用通流容量≥10KA适配的SPD。B级三级≥15（10/350μs）≥60（8/20μs）≥40（8/20μs）≥40（8/20μs）≥20（8/20μs）C级二级≥10（10/350μs）≥40（8/20μs）≥40（8/20μs）≥20（8/20μs）D级一级≥10（10/350μs）≥40（8/20μs）≥20（8/20μs）≥10（8/20μs）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。

4）、信号线路防护规范要求雷击风险评估为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。

①、数据信号线路SPD选择参数表

注：Uc—额定工作电压

线缆类型参数要求普通双绞线同轴电缆屏蔽多芯电缆普通多芯电缆多路双绞线标称导通电压Un≥1.2Uc≥1.2Uc≥1.2Uc≥1.2Uc≥1.2Uc测试波形1.2/50μs8/20μs1.2/50μs8/20μs混合波1.2/50μs8/20μs混合波1.2/50μs8/20μs混合波1.2/50μs8/20μs混合波标称通流容量1.5KA—3KA3KA—5KA5KA5KA3KA②、数据信号线SPD保护安装

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

钢绞绳终端接线盒SPD1SPD2SPD3ModemIBM

墙体

电缆③、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（8/20μs）。插入损耗对甚高频系统（30—300MHz）应≤0.2db；对高频系统（0.3GHz—10GHz）应≤0.3db。SPD的响应时间一般应低于10ns。天馈线上选用的SPD最大传输功率应为平均功率的1.5—2.0倍。其它参数，如工作频率、驻波、插损、特性阻抗、接口等均应符合系统的要求。在视频传输线同轴电缆上，宜在设备或系统的输入、输出端口上安装视频信号SPD。其工作频率、带宽、驻波、特性阻抗、插损、接口均应满足系统的要求。

④、天馈线路的防护名称插入损耗≤（db）电压驻波比≤响应时间≤（ns）用于收发通信系统的SPD平均功率（kw）特性阻抗（Ω）传输速率（bps）工作频率（MHz）接口形式数值0.201.310>1.5倍系统平均功率应满足系统要求应满足系统要求应满足系统要求应满足系统要求天馈线路SPD性能参数

接收机室外单元≧30m注：馈线长度超过30m

宜两端安装SPD。

SPD1、SPD2可在

ZGB003系列中选用。

SPD1SPD2

卫星站天馈线SPD的设计安装示意图防直击雷示意图机房地网<4Ω防雷引下线地阻<10Ω水平连接>5米机房引下线引下线引下线

机房避雷带电源防雷示意图信号防雷示意图

MP9400是电信运营网络中运用广泛的DDN接入平台四、工程设计实例LPZ1LPZ2LPZ0LPZ0和LPZ1的分区线LPZ1和LPZ2的分区线电力电缆通信电缆金属管道天线实例一：有一信息系统机房、位于框架结构的建筑物内、面积不大于100平米），现场勘查情况见图示。要求考虑直击雷的防护设计，内部防护本着经济、安全的原则做出简单设计方案（1)由微机、服务器、HUB、路由器、MODEM和PC组成（2)微机服务器通过ADSL拨号MODEM与INTERNET相连（3)微机服务器通过HUB、5类双绞线与各终端相连（4)网络设备供电由总配电箱（电源总进线有一短距的架空）的交流端接UPS提供（配电接地方式为TN-S）1、明确其防雷类别为三类。2、以滚球法架立避雷针进行室外天线的直击雷防护（与被保护对象的距离不小于3米。3、电源防护两级防护：供电方式为市电（单相）经配电箱后为UPS供电，UPS分别为微机服务器、HUB和PC供电；第一级选择雷电通流量为40KA（8/20)电源避雷器安装在电源闸刀的电源出线端，第二级选择雷电通流量为20KA电源避雷器安装在UPS电源进线端。两级电源SPD之间距离大于10米。答案：（主要设计思路）4、信号防雷措施网络设备由微机服务器，HUB、路由器、MODEM和PC组成。通过ADSL拨号线MODEM与INTERNET相连；此措施的保护对象主要针对于进出大楼的信号线路，防止雷过电流从ADSL拨号线侵入计算机网络设备。在电话线MODEM前加装避雷器，可采用的避雷器选型为RJ11接口，工作电平110V，选择雷电通流量小于等于5KA的SPD。5、屏蔽及布线进入室内的各金属线缆屏蔽接地，电源与信号线缆隔离屏蔽敷设。。6、机房等电位及接地系统A：采用公用接地系统，利用建筑物基础接地系统，并将进入室内的各金属管道接地。且利用建筑内侧主钢筋作为机房接地引入。B：利用16mm2铜芯线作为接地引入线与建筑主钢筋连接；C：信号避雷器接地线直接与机房接地汇集排相连，机房内各个可导电的设备外壳与机房接地汇集排相连。D：接地线规格为6mm2铜芯线；E：机房接地电阻小于4Ω；如建筑物基础接地电阻达不到要求，则补打人工接地装置。（作图示解答也可，但图中必须标注明确）实例二：有一幢即将建设的高20层，二类防雷的框架结构的建筑物，试写出该大楼的综合防雷设计方案。要求从以下几个方面:1.直击雷的防护方面2.内部高电位引入方面3.电磁脉冲方面答案：主要设计思路：（1）利用建筑物内主钢筋作为垂直接地体,（为对角的两条主钢筋）（2）承台,利用承台周围钢筋作为水平接地体（3）利用建筑物的主钢筋作为引下式,利用对角的两条主钢筋(4)屋面部分设计：避雷带:沿着墙一般为(20-30cm)保护范围计算:屋面等同于地面,按单针计算方法。避雷网:(用于接闪屏蔽)利用建筑物内板筋(5)侧击雷的防护:当建筑物的高度大于滚球半径时,每层两层设一均压环,利用建筑物的圈梁并与引下线相连,两层楼之间的金属门,窗也要与之相连,并于引下线相连,为了防止雷电感应对建筑物内的设备进行破坏,也采取这种方法⑹如为低压架空线，则改换一段埋地金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不小于15m。入户端电缆的金属外皮、钢管应与建筑物的防雷接地装置（或局部等电位接地端子）相连。在电缆与架空线连接处装设15KA（10/350μs）或60KA（8/20μs）开关型避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚等连在一起接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。

⑺进入建筑物的各类金属管、线缆（需有金属屏蔽层并两端接地）在进入建筑物后与设计预留的局部等电位接地端子连接。⑻电源防护①在低压开关室内在配电母排上安装通流量大于40Ka（8/20）SPD两组；②、在楼层的配电箱内安装通流量为20KA的SPD；③、电梯机房的配电电源处安装通流量为20KA的SPD；⑻电源防护④、在弱电（信息系统）机房的配电电源处安装通流量为20KA的SPD；⑼、信号系统的雷电防护①信息系统的机房屏蔽设计；②室内设备的等电位设计可采用S型、M型或者S、M混合型并与设计预留的等电位接地端子连接③信号SPD的设计⑽和大楼的接地系统做可靠的等电位连接（接地）。五、防雷工程勘察

防雷工程设计应建立在现场踏勘、调查研究的基础上进行。在现场踏勘中应解决以下两个问题：1、了解建筑物，确定建筑特性类别，对建筑物作雷击风险评估；2、选择防雷的方法，确定防雷装置安装方法与位置。（一）、现场踏勘应包括下列内容（需做好现场记录）

1、建筑物、建筑群外形尺寸及相互关系；

2、建筑物或建筑群与周围建筑群的关系；

3、建筑物的类型，属性和功能；

4、建筑物的结构形式及建筑材料特性；

5、建筑物的屋顶形式、形状和坡度等；

6、屋顶外露设施及特性；

7、建筑物的装饰工艺、材料8、建筑物内常住人员和流动人员情况；9、建筑物的出入口状况和疏散的方便程度；10、建筑物内被保护对象的性质与特性；11、建筑物所在地区的气象、水文地质及雷暴资料；12、建筑物内及周围的各系统、设置、管道的状况；13、建筑物易遭雷的部位和其内易遭雷损坏的设备；14、可能影响雷击路径的建筑物或其它障碍物；15、周围环境或土址的电阻率及土址的高腐蚀性或污染物等。（一）、现场踏勘应包括下列内容（二）、现场踏勘可采用调查、访问、目测和仪器测试相结合的方式进行，踏勘记录整理形成报告，且作为设计依据之一。（三）、现场踏勘的报告，除了写明踏勘时间，参加人员以外，还应对防雷的方法，防雷装置以及防雷装置的安装方法与位置提出建设性的建议。（四）、现场踏勘报告应作为设计文件的内容或其附件存档保存。六、防雷工程勘察报告的编制

1、前言(概述及缘由）

2、勘察时间

3、勘察人员

4、勘察情况⑴被保护对象的基本情况⑵防雷现状⑶地理和气候资料⑷被保护对象易遭雷击的建筑结构特点⑸被保护对像的雷击风险评估）①防雷类别的确定（年预计雷击次数)4、勘察情况②因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数。C=C1+C2+C3++C4+C5（C—各类因子）③信息系统雷击电磁脉冲防护分级。依据公式E=1-Nc/N⑸被保护对像的雷击风险评估5、勘察图片⑴勘察照片⑵勘察平面图6、勘察结论-----(需采取的防雷技术措施)⑴外部防雷⑵内部防雷七、防雷工程设计方案的编制1概述2依据标准3保护对象和具体要求4防护方案5图纸资料6工程预算7质量管理8附件1、概述1）.防护对象所处环境位置地理地貌雷电分布雷灾史地质状况（含土壤电阻率）2）.防护对象基本情况建筑物——结构、高度、面积、布局设备——布局、传输系统、耐过电压水平配电——高压、变压器、低压型式、走线方法防雷——已具备的防雷装置状况管道——水、暖、燃气等状况其他——树木、人流等状况3）、设计由来2、依据标准

国家标准行业标准军用标准国际标准国外先进标准

1）.防雷标准

2）.相关标准涉及到防护对象、防护设备的有关标准

3）.也需将工程项目对防雷系统建设要求作为项目设计依据3保护对象和具体要求

明确：

——防雷空间范围

——建筑物的防雷类别

——要求保护的设备清单

——设计应能承受的雷电流和过电压水平1)、建筑物防雷类别的确定（有计算公式）例：某地区年平均雷暴日为40天，有一建筑群长200m，宽100m，高40m，判定该建筑群防雷防雷类别。Ng=0.024Td^1.3=0.024×40^1.3=?N=KNgAe=?4、防雷技术方案（对各个部分分别进行设计描述）2).建筑物防雷区的划分（有示意图）4、防雷技术方案（续2）3)、直击雷防护措施（外部防雷装置）①接闪器采用避雷带和短避雷针（有保护范围计算和图纸）②引下线（有图纸和材料规格）③接地装置（有图纸和材料规格）4、防雷技术方案（续3）机房地网<4Ω防雷引下线地阻<10Ω水平连接>5米机房引下线引下线引下线

机房避雷带4）、防侧击的措施（外窗等）5）、防雷电波侵入和雷击电磁脉冲的措施