辦公樓防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、辦公樓防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)概述當(dāng)今人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已進(jìn)入了高信息化的發(fā)展階段。基于近些年來電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種先進(jìn)的測(cè)量、保護(hù)監(jiān)控、電信和計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品正日益廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中。這些微電子儀器設(shè)備普遍存在著絕緣強(qiáng)度低，過電壓耐受能力差等致命弱點(diǎn)，一旦遭受雷擊過壓的沖擊，輕則造成這些電子系統(tǒng)的運(yùn)行中斷，設(shè)備永久性損壞；重的是這些系統(tǒng)所承負(fù)的那些須實(shí)時(shí)運(yùn)行的后續(xù)工作的中斷癱瘓所造成的不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟(jì)損失和影響。為此，我們認(rèn)為對(duì)雷電電磁脈沖（LEMP）的防護(hù)，不但是必要的，而且是必須實(shí)施的。需求分析建筑物環(huán)境介紹人民醫(yī)院位于睢寧市區(qū)。睢寧市的年平均雷暴日為45，屬于多雷

2、暴日地區(qū)。項(xiàng)目建成后形成以住院綜合樓為主體的綜合建筑群。氣候?qū)儆诤Ｑ笮詺夂?、鹽霧腐蝕，最大相對(duì)濕度98%。電源的波動(dòng)范圍為電壓15%，頻率2%。建筑物的防雷等級(jí)根據(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，并考慮到是計(jì)算機(jī)機(jī)房故可定為第一類或第二類防雷建筑，并按第二類防雷建筑物采取相應(yīng)的防雷措施。按GB50057-94中第3.3.1條規(guī)定：“第二類防雷建筑物防直擊雷的措施，宜采用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)（帶）或避雷針或由其混合組成的接閃器?！?人民醫(yī)院弱電系統(tǒng)有大量的信息設(shè)備，大樓供電系統(tǒng)的正常與否直接關(guān)系到各系統(tǒng)中的工作順利進(jìn)行、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性，以及通信系統(tǒng)的正常工作，

3、系統(tǒng)的防雷有著很重要的作用。因此，應(yīng)對(duì)建筑物作好直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)。雷擊損壞設(shè)備的渠道1、電力線是雷電入侵電子設(shè)備的重要渠道：1)雷電遠(yuǎn)點(diǎn)襲擊電力線：電力線輸電方式是由發(fā)電廠通過升壓變壓器升壓后，輸電至低壓變壓器，經(jīng)低壓變壓器的輸出給用戶。由于電壓基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲線，在電力線上形成每秒50次的交變磁場(chǎng)。如遇雷害發(fā)生時(shí)，在雷電未擊穿大氣時(shí)，將呈現(xiàn)出高壓電場(chǎng)形式。根據(jù)電學(xué)基本原理，磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間是相互共存可逆變化的，那么，雷擊高壓電場(chǎng)通過靜電吸收原理，向大地方向運(yùn)動(dòng)。假設(shè)電力線桿有5米高，那么在相對(duì)濕度25時(shí)，要擊穿5米空氣，需要15106V雷擊高壓（3000V/mm）。如果在

4、相對(duì)濕度95時(shí)（下雨時(shí)），擊穿5米空氣需要5106V雷擊高壓（1000V/mm）。電力線上的交變磁場(chǎng)對(duì)雷云的吸引小于大地的靜電吸引。如果，雷云擊穿5米空氣入地，需要很高的電壓，雷電首先擊在電力線上，并從電力線的負(fù)載保護(hù)地線入地釋放，這樣就擊穿了設(shè)備。在高壓線上的表現(xiàn)為擊穿變壓器的絕緣，在變壓器低壓端與負(fù)載的連線上遭雷擊，損失的是用電器。由于變壓器低壓輸出端是三條相線，做一條地線，當(dāng)作零地合一線，變成三相四線制零地合一方式給用電器供電，雷電擊在相線與大地放電，就等于相線與零線放電通過電力線直接擊穿用電器的電子元件。一般電子設(shè)備線與外殼的耐壓為每分鐘VAC1500V，火線與零線耐壓為工業(yè)級(jí)Vdc5

5、50650V，這么低的耐壓一旦遭受遠(yuǎn)點(diǎn)雷擊，必將擊壞用電器。為此，在選擇防雷器時(shí)，首先考慮遠(yuǎn)點(diǎn)雷擊。2)雷電近點(diǎn)電力線的侵入：所謂雷電近點(diǎn)襲擊電力線，實(shí)際上是雷電襲擊用電器所在的建筑物避雷針，從而引起的雷電電磁脈沖的保護(hù)問題。雷電打在建筑物避雷裝置上，按照GB5005794建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，定義大樓接閃電能力為波形10350S三角波，雷擊電流為150KA。避雷針引下線由于線路電感的作用，最多只能將50的電流引入大地。100余米高的大樓它的引下線電感為155H左右（1.55H/米），IEC1312定義電感大于37.5H，則發(fā)生測(cè)閃雷擊，也就是說，10350S直擊雷引下線只能引下50%的電流

6、，余下的電流將通過電力線屏蔽槽、水管、暖氣管、金屬門窗等與地面有連接的金屬物質(zhì)聯(lián)合引雷，但也只引下少部分雷電流，余下總電流的25在大樓流竄至UPS輸入輸出負(fù)載的電源線、局域網(wǎng)線等，擊穿局域網(wǎng)端，最終由邏輯地線處下泄入地。對(duì)設(shè)備而言，部分雷電流將由UPS輸入電源線對(duì)交流地線進(jìn)行LPE、NPE泄放，UPS輸出LPE（邏輯地）、NPE泄放，小型機(jī)LPE N-PE泄放，局域網(wǎng)線對(duì)邏輯地線等進(jìn)行泄放。最終結(jié)果，將擊穿UPS輸出對(duì)地線和輸入對(duì)地線端、服務(wù)器電源端邏輯地線、網(wǎng)口端邏輯地線。為此，必須對(duì)UPS輸入輸出火線零線對(duì)交流地和直流邏輯地進(jìn)行保護(hù)，必須對(duì)服務(wù)器及其它重要終端進(jìn)行等電位保護(hù)，對(duì)網(wǎng)口進(jìn)行保護(hù)

7、，只有堵死一切雷電導(dǎo)入的端口，才能有效的保護(hù)設(shè)備免受雷電的侵害。2、雷電作用下，建筑物內(nèi)感應(yīng)雷害雷電擊在建筑物避雷針上，由避雷針通過引下線，將雷電流泄放大地，引下線自上而下產(chǎn)生一個(gè)變化旋轉(zhuǎn)快速運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，建筑物內(nèi)的電源線、網(wǎng)絡(luò)線等相對(duì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)高壓并沿線路傳輸擊毀設(shè)備。感應(yīng)雷的能量雖小，但電壓較高。對(duì)感應(yīng)雷害的防護(hù)，應(yīng)該是全面的防護(hù)，但防護(hù)的級(jí)別可以低一些。3、雷電作用下的網(wǎng)絡(luò)雷害1)廣域網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)絡(luò)通常不遭受直擊雷的破壞，1mm2的銅線遭受10KA的雷電襲擊，它自身就斷了。廣域網(wǎng)的雷害主要是感應(yīng)雷害，擊穿方式為線對(duì)線和線對(duì)機(jī)殼（地），在GA173-1998計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器標(biāo)準(zhǔn)

8、中，廣域網(wǎng)保護(hù)的最大雷電流為5KA，連接廣域網(wǎng)一般有以下幾類，一類是DDN租用專線，一類是ISDN專線，一類是幀中繼以及微波通訊方式 。對(duì)于專線的接收端口，它的耐壓應(yīng)為5倍工作電壓，即Vdc25V，傳輸速率小于等于2M，插入保安器，使之在雷電作用下，短路保護(hù)5KA電流，而端口殘壓小于25V；而對(duì)于話線備份來說，它的工作電壓為48V加93V振鈴電壓共計(jì)175V，插入保安器，保安器的啟動(dòng)電壓185V，殘留電壓小于Vdc330V，因?yàn)檎{(diào)制解調(diào)器的耐壓為Vdc330V。保護(hù)模式為線對(duì)地和線對(duì)線，廣域網(wǎng)遭受雷擊的概率較大，一般在28左右。2)局域網(wǎng)在局域網(wǎng)的傳輸電纜中，主干常常采用光纖，由于是光信號(hào)傳輸

9、，不受雷電影響，就不需進(jìn)行雷電保護(hù)。如采用UTP電纜，UTP電纜的4對(duì)線中兩對(duì)線（1-2，3-6線對(duì)）一對(duì)線接收一線發(fā)送，采用RJ45接口方式。既然局域網(wǎng)電纜采用RJ45型是一收一發(fā)，那么，就應(yīng)按兩對(duì)線進(jìn)行雷電保護(hù)。在機(jī)房的綜合布線中，施工人員為了布線工程的美觀漂亮，把很多網(wǎng)線放在墻壁內(nèi)，沒有考慮對(duì)UTP電纜的屏蔽處理，一旦大樓某些鋼筋泄放雷擊電流都將引起感應(yīng)高壓，從而擊毀設(shè)備。3)綜合布線從防雷角度上考慮，布線一定要明確表示：電源線不要與網(wǎng)絡(luò)線同槽架設(shè)，數(shù)據(jù)插座與電源插座保持一定距離；廣域網(wǎng)線纜不要與局域網(wǎng)線纜同槽架設(shè)；網(wǎng)線與墻壁布置時(shí)，有條件應(yīng)遠(yuǎn)距離安裝；屏蔽槽要求兩點(diǎn)接地；4、雷電作用下

10、的二次效應(yīng) - 雷電高壓反擊雷雷電襲擊建筑物避雷針，由引下線將雷電流引入大地，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速全部的與大地負(fù)電荷中和，必然引起局部地電位升高，交流配電地和直流邏輯地將這種高電位引入機(jī)房，這種反擊電壓底則數(shù)千伏，高則數(shù)萬伏，直接燒壞用電器的絕緣部分。5、由雷擊引起的人身安全問題雷電泄放大地，引起地電位升高，由于機(jī)房直流邏輯地線和交流配電保護(hù)地線不在一點(diǎn)入地，將兩個(gè)電位值引入機(jī)房。這時(shí)，若一個(gè)操作人員的一只手摸在UPS輸出負(fù)載外殼上，而另一只手（或身體）摸在交流配電地線上（如空調(diào)），兩個(gè)電位值將通過操作人員的身體短路，造成操作人員傷亡。防雷保護(hù)設(shè)備的確很重要，但是保護(hù)人身安全更

11、重要。所以人民醫(yī)院的防雷保護(hù)可分為電源線路防雷保護(hù)、信號(hào)線路防雷保護(hù)和機(jī)房接地系統(tǒng)防雷保護(hù)。電源線路布置：供電由大樓總配電中心供到樓層分配電柜，再由分配電柜至機(jī)房UPS，UPS后接機(jī)房的用電設(shè)備。信號(hào)線路布置：機(jī)房的信號(hào)線路從戶外引入機(jī)房；機(jī)房?jī)?nèi)部信號(hào)線路由中心交換機(jī)分出超五類雙絞線與服務(wù)器和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連。接地布置：主要機(jī)房設(shè)立均壓環(huán)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房設(shè)備的等電位聯(lián)結(jié)，機(jī)房有單獨(dú)設(shè)置的接地線。 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想防雷保護(hù)設(shè)計(jì)工作不是簡(jiǎn)單的避雷設(shè)施的安裝和堆砌，而是一項(xiàng)要求高、難度大的系統(tǒng)工程，涉及多方面的因素。為此我們的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想的主旨是，本著“安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用”的原則，在遵

12、照?qǐng)?zhí)行國(guó)家有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還參考和引入IEC國(guó)際電工委員會(huì)的有關(guān)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，以期達(dá)到更好的防護(hù)效果。相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)本工程設(shè)計(jì)原則是綜合治理，整體防御，多重保護(hù)，層層設(shè)防。對(duì)整個(gè)弱電系統(tǒng)進(jìn)行完整的防雷接地設(shè)計(jì)。本方案依據(jù)下列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫:根據(jù)中華人民共和國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA371-2001計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)實(shí)體安全技術(shù)要求 第一部分：局域計(jì)算環(huán)境5.4.3 電源進(jìn)線、信號(hào)傳輸線在進(jìn)入計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，必須安裝電涌保護(hù)器。5.4.4 電源系統(tǒng)電涌保護(hù)器可以進(jìn)行多級(jí)配置，在進(jìn)行多級(jí)配置時(shí)應(yīng)考慮電涌保護(hù)器參數(shù)之間的配合，同時(shí)還需考慮安裝電涌保護(hù)器損壞時(shí)的過流保護(hù)裝置，如熔斷器、斷路器等，

13、電涌保護(hù)器應(yīng)有劣化顯示功能。GB/T50311-2000建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范 11.0.9當(dāng)電纜從建筑物外面進(jìn)入建筑物時(shí)，應(yīng)采用過壓、過流保護(hù)措施，并符合相關(guān)規(guī)定。計(jì)算機(jī)場(chǎng)地安全要求 GB288789電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范 GB5017493計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器 GA1731998電子設(shè)備雷擊試驗(yàn) GB3482348383建筑防雷 IEC102411990建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50057-94（2000年版）氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范 QX 3-2000 建筑物防雷設(shè)施安裝 99D562 (99年版)方案設(shè)計(jì)在IEC1024建筑物防雷和IEC1312雷電電磁脈沖的防

14、護(hù)通則標(biāo)準(zhǔn)中，重點(diǎn)提出了防雷分區(qū)和等電位連接的概念。根據(jù)雷擊在不同區(qū)域的電磁脈沖強(qiáng)度劃分防雷區(qū)域，并在不同的防雷區(qū)域的界面上進(jìn)行等電位連接，能直接連接的金屬物就直接相連，不能直接連接的如：電力線路和通信線路等，則必須依據(jù)不同的防雷區(qū)域的科學(xué)劃分，采用不同防護(hù)等級(jí)的防雷設(shè)備器件，對(duì)后續(xù)被保護(hù)設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)且必須實(shí)施等電位連接。實(shí)踐證明，這種分區(qū)分級(jí)等電位均壓連接，并以防雷設(shè)備來確保被保護(hù)設(shè)備的防護(hù)措施是實(shí)現(xiàn)有效防護(hù)的主要方法。在明確防雷區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合擬進(jìn)行保護(hù)的區(qū)域來分析，主要由以下幾部分構(gòu)成：直擊雷防護(hù)電源系統(tǒng)(電源主配電、UPS電源備分等)通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接地系統(tǒng)防雷保護(hù)的主要原則防

15、雷器安裝位置于被保護(hù)設(shè)備越近越好 等電位連接 所有外接線路需進(jìn)行防雷保護(hù) 雷擊點(diǎn) 傳 導(dǎo) 設(shè) 備 防雷器安裝在雷擊發(fā)生點(diǎn) 到被保護(hù)設(shè)備之間直擊雷防護(hù)傳統(tǒng)避雷帶、避雷針在保護(hù)建筑物方面有其適用性，但隨著電子計(jì)算機(jī)的大量使用，因避雷針遭雷擊而造成電子設(shè)備損壞的例子已屢見不鮮。其原因有三：(1)由于避雷針自身為尖端形狀，在雷云電場(chǎng)的作用下，其尖端電場(chǎng)產(chǎn)生畸變，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的迎面先導(dǎo)，往往優(yōu)先引發(fā)雷擊，造成雷擊發(fā)生；(2)避雷針在引雷入地的過程中，引下線（鋼筋）周圍會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，直接在內(nèi)部信號(hào)、電源線路上感應(yīng)出過電壓、過電流，從而造成設(shè)備的損壞；(3)雷電流未經(jīng)衰減入地后，造成地電位升高，在防

16、雷地網(wǎng)與其它地網(wǎng)，特別是計(jì)算機(jī)工作地距離不足20米的情況下，電流會(huì)通過大地反竄入機(jī)房，造成設(shè)備的損壞。電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)目前，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，由電源系統(tǒng)耦合進(jìn)入的感應(yīng)雷擊造成設(shè)備的損壞占雷擊災(zāi)害損失60以上的概率。因此，對(duì)電源系統(tǒng)的避雷保護(hù)措施是整個(gè)防雷工程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。要防止由外輸電線路的感應(yīng)雷電波和雷電電磁脈沖的侵入，使其在進(jìn)入大樓電源系統(tǒng)之前將其泄放入地。由于機(jī)房電力供給是由大樓的建筑物變配電室引入的，電源高壓端的防雷保護(hù)已由電力供電部門實(shí)施。因此，對(duì)于機(jī)房的電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)，我們采取以下的防雷保護(hù)方案：大樓低壓主配電系統(tǒng)做兩級(jí)防雷保護(hù)（三相電源）；機(jī)房進(jìn)出端采取第三級(jí)防雷

17、保護(hù)，設(shè)備進(jìn)行末級(jí)防雷保護(hù)；接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)接地系統(tǒng)是為消除公共阻抗的耦合，防止寄生電容耦合的干擾，保護(hù)設(shè)備和人身的安全，保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行的重要手段。如果接地與屏蔽正確的結(jié)合起來，那么在抗干擾設(shè)計(jì)上最簡(jiǎn)便、最經(jīng)濟(jì)而且是效果最顯著的一種手段。因此，為了能保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，保證設(shè)備、人身的安全，針對(duì)不同類型計(jì)算機(jī)的不同要求，應(yīng)設(shè)計(jì)出合適的接地系統(tǒng)。機(jī)房接地類型一般分為以下幾種：直流工作地；交流工作地；安全保護(hù)地；防靜電接地；防雷保護(hù)地；接地電阻及其相互關(guān)系：直流工作地的接地電阻應(yīng)不大于歐姆；安全保護(hù)地、交流工作地、防雷保護(hù)地采用聯(lián)合接地，接地電阻應(yīng)不大于1歐姆；防靜電接地的接地電阻應(yīng)不大于2歐姆；計(jì)算機(jī)直流工作接地電阻的大小，接法以及諸地之間的關(guān)系，應(yīng)依據(jù)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求而定。一般要求該電阻應(yīng)不大于歐姆。為避免主機(jī)或電腦用電設(shè)備，因閃電時(shí)導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞，并顧及人員之安全，必須鋪設(shè)良好的接地系統(tǒng)。直流工作接地采用網(wǎng)格地線做為直流地，也稱為網(wǎng)格地。把一定截面積的銅線或銅帶在活動(dòng)地板下交叉排成12001200mm的方格，交點(diǎn)處壓接在一起。直流網(wǎng)格地