办公楼防雷接地系统设计方案

办公楼防雷接地系统设计方案

1.1系统概述

当今人类科学技术的发展已进入了高信息化的发展阶段。基于近些年来电子

技术的匕速发展，各种先进的测量、保拉监控、电信和计算机等电子产品止日益

广泛的应用于各行各业中。

这些微电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低，过电压耐受能力差等致命弱点,

一旦遭受雷击过压的冲击,轻则造成这些电子系统的运行中断，设备永久性损坏；

重的是这些系统所承负的那些须实时运行的后续工作的中断瘫痪所造成的不可

估量的直接与间接的巨大经济损失和影响。

为此，我们认为充雷电电磁脉冲（LEMP）的防护，不但是必要的，而旦是

必须实施的。

1.2需求分析

1.2.1建筑物环境介绍

人民医院位于睢宁市区。睢宁市的年平均雷暴日为45,属于多雷暴日地区。

项目建成后形成以住院综合楼为主体的综合建筑群。气候属于海洋性气候、

盐雾腐蚀，最大相对湿度98%。电源的波动范围为电压15%,频率2%。

1.2.2建筑物的防雷等级

根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中规定，并考虑到是计算机机房

故可定为第一类或第二类防雷建筑，并按第二类防雷建筑物采取相应的防雷措施。

按GB50057-94中第3.3.1条规定："第二类防雷建筑物防直击雷的措施，宜采

用装设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器。”

人民医院弱电系统有大量的信息设备，大楼供电系统的正常与否直接关系到

各系统中的工作顺利进行、网络系统的稳定性和数据存储的安全性，以及通信系

统的正常工作，系统的防雷有着很重要的作用。因此，应对建筑物作好直击雷和

感应雷的防护。

1.2.3雷击损坏设备的渠道

1、电力线是雷电入侵电子设备的重要渠道：

1）雷电迹点袭击电力线：

电力线输电方式是由发电厂通过升压变压器升压后，输电至低压变压器，经

低压变压器的输出给用户。由于电压基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲线，在

电力线上形成每秒50次的交变磁场。如遇雷害发生时，在雷电未击穿大气时，

将呈现出高压电场形式。根据电学基本原理，磁场与电场之间是相互共存可逆变

化的，那么，雷击高压电场通过静电吸收原理，向大地方向运动。假设电力线杆

有5米高，那么在相对湿度25%时，要击穿5米空气，需要15X106V雷击高压

（3000V/mm）。如果在相对湿度95%时（下雨时），击穿5米空气需要5X106V

雷击高压（l（）0（）V/mm）。电力线上的交变磁场对雷云的吸引小于大地的静电吸

引。如果，雷云击穿5米空气入地，需要很高的电压，雷电首先击在电力线上，

并从电力线的负载保护地线入地释放，这样就击穿了设备。在高压线上的表现为

击穿变压器的绝缘，在变压器低压端与负载的连线上遭雷击，损失的是用电器。

由于变压器低压输出端是三条相线，做一条地线，当作零地合一线，变成三相四

线制零地合一方式给用电器供电，雷电击在相线与大地放电，就等于相线与零线

放电通过电力线直接击穿用电器的电子元件。一般电子设备线与外壳的耐压为每

分钟VAC1500V,火线与零线耐压为工业级Vdc550—650V,这么低的耐压一旦

遭受远点雷击，必将击坏用电器。为此，在选择防雷器时，首先考虑远点雷击。

2）雷电近点电力线的侵入：

所谓雷电近点袭击电力线，实际上是雷电袭击用电器所在的建筑物避雷针，

从而引起的雷电电磁脉冲的保护问题。雷电打在建筑物避雷装置上，按照

GB50057-94《建筑物防雷设计规范》规定，定义大楼接闪电能力为波形

10x350g三角波，雷击电流为150KA。避雷针引下线由于线路电感的作用，最

多只能将50%的电流引入大地。100余米高的大楼它的引下线电感为155pH左

右（1.55pH/米），IEC1312定义电感大于37.5pH,则发生测闪雷击，也就是说，

10x350g直击雷引下线只能引下50%的电流，余下的电流将通过电力线屏蔽槽、

水管、暖气管、金属门窗等与地面有连接的金属物质联合引雷，但也只引下少部

分雷电流，余下总电流的25%在大楼流窜至UPS输入输出负载的电源线、局域

网线等，击穿局域网端，最终由逻辑地线处下泄入地。对设备而言，部分雷电流

将由UPS输入电源线对交流地线进行L—PE、N-PE泄放，UPS输出L—PE'

（逻辑地）、N-PE'泄放，小型机L—PE'N-PE'泄放，局域网线对逻辑地

线等进行泄放。最终结果，将击穿UPS输出对地线和输入对地线端、服务器电

源端逻辑地线、网口端逻辑地线。为此，必须对UPS输入输出火线零线对交流

地和直流逻辑地进行保护，必须对服务器及其它重要终端进行等电位保护，对网

口进行保护，只有堵死一切雷电导入的端口，才能有效的保护设备免受雷电的侵

害。

2、雷电作用下，建筑物内感应雷害

雷电击在建筑物避雷针上，由避雷针通过引下线，将雷电流泄放大地，引下

线自上而下产生一个变化旋转快速运动磁场，建筑物内的电源线、网络线等相对

切割磁力线，产生感应高压并沿线路传输击毁设备。

感应雷的能量虽小，但电压较高。对感应雷害的防护，应该是全面的防护，

但防护的级别可以低一些。

3、雷电作用下的网络雷害

1）广域网络

广域网络通常不遭受直击雷的破坏，lmm2的铜线遭受10KA的雷电袭击,

它自身就断了。广域网的雷害主要是感应雷害，击穿方式为线对线和线对机壳

（ilk）,在GA173-I998《计算机信息系统防雷保安器》标准中，广域网保护的

最大雷电流为5KA,连接广域网一般有以下儿类，一类是DDN租用专线，一类

是ISDN专线，一类是帧中继以及微波通讯方式。对于专线的接收端口，它的

耐压应为5倍工作电压，即Vdc25V,传输速率小于等于2M,插入保安器，使

信号线路布置：机房的信号线路从户外引入机房；机房内部信号线路由中心

交换机分出超五类双绞线与服务器和其它网络设备相连。

接地布置：主要机房设立均压环，实现机房设备的等电位联结，机房有单独

设置的接地线。

1.3设计指导思想和相关技术标准

1.3.1设计指导思想

防雷保护设计工作不是简单的避雷设施的安装和堆砌，而是一项要求高、难

度大的系统工程，涉及多方面的因素。为此我们的设计指导思想的主旨是，本着

“安全、经济、实用”的原则，在遵照执行国家有关行业标准的基础上，还参考

和引入IEC国际电工委员会的有关防雷技术标准要求，以期达到更好的防护效

果。

1.3.2相关技术标准

本工程设计原则是综合治理，整体防御，多重保护，层层设防。对整个弱电

系统进行完整的防雷接地设计。本方案依据下列标准和规范编写：

根据中华人民共和国公共安全行业标准

GA371-2001《计算机信息系统实体安全技术要求第一部分：局域计算环

境》

5.4.3电源进线、信号传输线在进入计算机信息系统设备时，必须安装电涌

保护器。

5.4.4电源系统电涌保护器可以进行多级配置，在进行多级配置时应考虑电

涌保护器参数之间的配合，同时还需考虑安装电消保护器损坏时的过流保护装置,

如熔断器、断路器等，电涌保护器应有劣化显示功能。

GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》

11.0.9当电缆从建筑物外面进入建筑物时,应采用过压、过流保护措施，并

符合相关规定。

《计算机场地安全要求》GB2887-89

《电子计算机机房设计规范》GB50174-93

《计算机信息系统防雷保安器》GA173-1998

《电子设备雷击试验》GB3482-3483-83

《建筑防雷》IEC1024-1：1990

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000

年版）

《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》QX3-2000

《建筑物防雷设施安装》99D562（99年版）

1.4方案设计

在IEC-1024《建筑物防雷》和IEC-1312《雷电电磁脉冲的防护通则》标

准中，重点提出了防雷分区和等电位连接的概念。根据雷击在不同区域的电磁脉

冲强度划分防雷区域，井在不同的防雷区域的界面上进行等电位连接，能直接连

接的金属物就直接相连，不能直接连接的如：电力线路和通信线路等，则必须依

据不同的防雷区域的科学划分，采用不同防护等级的防雷设备器件，对后续被保

护设备进行有效的保护且必须实施等电位连接。实践证明，这种分区分级等电位

均压连接，并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是实现有效防护的主要方

法。

在明确防雷区划分的基础上，结合拟进行保护的区域来分析，主要由以下几

部分构成：

直击雷防护

电源系统（电源主配电、UPS电源备分等）

通讯、网络系统

接地系统

1.4.1防雷保护的主要原则

防雷器安装位置十被保护设备越近越好

等电位连接

所有外接线路需进行防雷保护

1.4.2直击雷防护

传统避雷带、避雷针在保护建筑物方面有其适用性，但随着电子计算机的大

量使用，因避雷针遭雷击而造成电子设备损坏的例子已屡见不鲜。其原因有三:

(1)由于避雷针自身为尖端形状，在雷云电场的作用下，其尖端电场产生畸

变，会产生强烈的迎面先导，往往优先引发雷击，造成雷击发生；

(2)避雷针在引雷入地的过程中，引下线(钢筋)周围会产生瞬时强大的电

磁场，直接在内部信号、电源线路上感应出过电压、过电流，从而造成设备的损

坏；

(3)雷电流未经衰减入地后，造成地电位升高，在防雷地网与其它地网，特

别是计算机工作地距离不足20米的情况下，电流会通过大地反窜入机房，造成

设备的损坏。

1.4.3电源系统的雷电防护

目前，经实际运行经验验证，由电源系统耦合进入的感应雷击造成设备的损

坏占雷击灾害损失60%以上的概率。因此，对电源系统的避雷保护措施是整个

防雷工程中必不可少的一个环节。要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁

脉冲的侵入，使其在进入大楼电源系统之前将其泄放入地。

由于机房电力供给是由大楼的建筑物变配电室引入的，电源高压端的防雷保

护已由电力供电部门实施。因此，对于机房的电源系统的雷电防护，我们采取以

下的防雷保护方案：

大楼低压主配电系统做两级防雷保护(三相电源)；

机房进出端采取第三级防雷保护，设备进行末级防雷保护；

1.5接地系统设计

计算机接地系统是为消除公共阻抗的耦合，防止寄生电容耦合的干扰，保护

设备和人身的安全，保证计算机系统稳定可靠的运行的重要手段。如果接地与屏

蔽正确的结合起来，那么在抗干扰设计上最简便、最经济而且是效果最显著的一

种手段。因此，为了能保证计算机系统安全、稳定、可靠的运行，保证设备、人

身的安全，针对不同类型计算机的不同要求，应设计出合适的接地系统。

机房接地类型一般分为以下几种：

直流工作地；

交流工作地；

安全保护地；

防静电接地；

防雷保护地；

接地电阻及其相互关系：

直流工作地的接地电阻应不大于1