庄严的防雷

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一、       设计总则及依据：

1．1依据国际电工委员会IEC标准、法国NFC标准、德国VDE标准和中国GB标准与部委颁发的设计规范的要求，该建筑物和大楼内之计算机房等设备都必须有完整完善之防护措施，保证该系统能正常运作。这包括电源供电系统、不间断供电系统，空调设备、电脑网络、微波通信设备等装置应有防护装置保护。

 

1．2  GB50057-94〈建筑物防雷设计规范〉

为使建筑物防雷设计因地制宜的采用防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠，技术先进，经济合理。本规范不适用于天线塔，共用天线电视接收系统，化工厂户外装置的防雷设计。

 

1．3  GB50174-93〈计算机房防雷设计规范〉

本规范适用于陆地上新建、该建和扩建的主机房建筑面积大于或等于140M²的电子计算机机房的设计。而本规范不适用于工业控制用计算机房和微型计算机机房。为了使电子计算机机房确保电脑网络系统稳定可靠运行和保障机房安全使用，应符合现行有关标准规范的规定。

 

1．4  GB2887-89 〈计算站场地技术文件〉

本标准规定了计算场地技术要求与测试方法，并适用于各类地面计算站依据计算站的性质、任务、工作量的大小，计算机类型的不同，计算机对供电、空调等的要求。至于测试方式从环境因素的不同采用合适测试仪表，这包括磁场干扰环境场强的测试和接地电阻测试。

 

1．5  GB9361-88 〈计算站场地安全要求〉

     本标准规定了计算站场地的安全要求，并适用于各类地面计算站，不建站的地面计算机机房，按本标准对计算机机房的有关要求执行；改建的或非地面计算机机房可参照本标准执行。

     至于计算机机房的安全分类为A、B、C三个基本类别，因应实际设备和环境需求选择在安全机房下操作。

 

1．6  JGJ/T16-92  〈民用建筑电气执行规范〉

     为在民用建筑电气设计中更好地贯彻执行国家的技术政策，作到安全可靠，技术先进、经济合理、维护方便。

     本规范使用于城镇新建、改建和扩建的单体及群体民用建筑的电气设计，并应选用合适的定型产品及经过检测的优良产品。

 

1．7  GA173-1998  〈计算机信息系统防雷保安器〉

     计算机信息系统加装有效可靠的防雷保安器，是国际上通用的最有效的防护措施。防雷保安器是保证计算机信息系统安全的专用产品，因此它应符合本标准的技术要求、实验方法、检验规则、标志、包装、运输及储存，并能有效防止感应雷电破坏该系统受保护设备。

 

1．8  IEC1312〈雷电电磁脉冲的防护〉

本标准为建筑物内或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护；并对装有这系统（如电子系统）的建筑物评估LEMP屏蔽措施的效率的方法。针对现有的防雷器（SPD）应用在防雷区概念安装上提出相关的要求。

 

1．9   IEC 61643 〈SPD电源防雷器〉

本标准对电源防雷器用于交直流电源电路和设备上，额定电压在1000a.c.或1500d.c.。电源防雷器分级分类测试和应用。

 

1．10  IEC 61644  〈SPD 通讯网络防雷器〉

本标准对通讯网络防雷器用于通信信号网络系统，这类防雷器内置过压过流元器件，额定电压在1000a.c.或1500d.c.。电源防雷器分级分类测试和应用。

 

1．11  VDE0675〈过电压保护器〉

过电压放电保护器（电源防雷器）适用于额定交直流电压在100V至1000V范围内之供电配电系统，对应于防雷器作出分级分类要求。

 

 

二、设计方案

1、概述：

油田研究院整体系统由电源系统、院内局域网系统（计算机机房、中继传输系统、终端等）构成的一个综合系统，防雷的目的是保证各系统都能正常工作，不受雷电的干扰和破坏。将需保护的各部分作为一个整体，堵塞所有的雷击入侵渠道，实行分区和等电位连接的原则，在工程实施中按规范执行，才能起到全面的保护效果。

根据防雷分区的概念可以知道，不同防雷区之间的电磁强度不同，除直击区外，内部防雷区因电磁衰减而与外部防雷区的雷击电磁强度不一样。因此，作好屏蔽措施，在一定程度上可以防止雷电电磁脉冲的进入。那么，穿越防雷区界面的线路就成了雷击的主要通道。作好穿越防雷区的线路上的防雷，无疑是整体防雷的重点。

除了线路入侵和电磁感应之外，雷电电磁脉冲进入内部防雷区的渠道还有接地系统。当雷击在地网附近，雷电流通过接地线下地，地网瞬间的高电位可能通过接地线反击设备，造成破坏。由此可以得出，综合防雷不仅仅包括避雷针和电源避雷器，还包括屏蔽与接地等其它有助于减少电磁强度的措施。

目前各种建筑大楼大多数仍采用避雷针（带）保护建筑物的安全，经多年使用避雷针（带）防止直击雷害，不但是行之有效的方法，而且是非常经济的措施。但是，随着现代电子技术的不断发展，精密电子设备被广泛应用在各行业的计算机、通信网络的运行系统中。这些高精度的微电子计算机设备内置大量的CMOS半导体集成模块，导致过压、过流保护能力极其脆弱。（美国通用研究公司提供磁场脉冲超过0.07高斯，就可引起计算失效；磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏。）无法保证在特定的空间遭受雷击时仍能安全运行。本方案制定的目的是考虑我们研究院整体实际环境因素和实际需要而作出一套比较完整而易于操作的防雷设计及安装技术的防雷方案，从而达到整个研究院网络设备系统安全地运行。

IEC /TC-81将整体防雷总结为：DBSE技术—即分流（Dividing）、均压（Bonding）、接地（Earthing）、屏蔽（Shielding）四项技术的综合。只要综合考虑四项措施，严格符合防雷接地规范，就能起到理想的防护效果。

在工程实施中，四项核心技术必须贯穿始终。必须从合理安装避雷器、改善接地系统等角度入手解决问题。按照全面防护，综合治理的原则进行防护。以下是整体防雷示意图。（见图一）

 

图一  整体防雷六点示意

 

根据以上可以提出以下整体防雷方案。

a.    控制直击雷 

b.    内部电源防护

c.    内部数据线传输防护

d.    良好的接地

e.等电位的连接

 

2、外部防雷（防直击雷）

外部防雷系统是整体防雷中最重要部分。IEC－1024中指出，预期雷击的能量强度200KA，10/350μs，外部防雷承担其能量的50％以上。因此，直接雷击的能量泄放的主要通道是外部防雷系统。

根据研究院建筑物其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按二类防雷建筑物要求进行研究院建筑物外部防雷的设计（从严）。

根据防雷国标GB50057-94第4.1.4条规定，除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器并应符合下列要求：

一、金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm;

二、金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm;

三、金属板下面有易燃物品时，其厚度，铁板不应小于4mm，铜板不应小于5mm，铝板不应小于7mm;.

四、金属板无绝缘被覆层。

注 .薄的油漆保护层或0.5mm厚沥青层或1mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层。

五、引下线间距不大于18米。

因此，所有彩钢坡顶屋面均应利用作为防直击雷的接闪器，彩钢坡顶屋面金属构架与建筑物主钢筋进行良好的电气联接。

其它未安装彩钢坡顶屋面的建筑由于在原避雷设计上存在缺陷，未能达到现行国标的技术要求，可以考虑采用技术上较为可靠和成熟的非传统避雷针。

目前技术上较为可靠和成熟的非传统避雷针为提前放电式避雷针，经过大量的实地验证，是外部防雷系统中比较理想的选择。

其原理是提前发射高压脉冲主动迎击雷云下降先导，大大提高落雷点的准确性，有效保护范围比常规避雷针在5倍，并可以减少支撑铁塔的高度或完全不需要支撑铁塔。

它解决了传统避雷针被动接闪、二次雷击效应严重的局限，在我国获得了越来越广泛的应用。

新一代的ESE提前放电式避雷针无源、无辐射，其能量来自闪电发生前地面和云层之间的电势差。它在雷击发生临界点提前产生一个向上先导，形成雷电优先通路，克服了传统避雷针被动接闪的不足，大幅提高了防雷保护范围。

其组成通常包括：中心轴（尖端放电、雷电泄放通路）、上部电极（产生火花）、放电触发装置（储能及触发放电）、底部电极（形成瞬间电势差）。

新一代ESE提前放电式避雷针的主要特点：

1、精确的提前放电，完全主动式引雷。

2、落雷点更准确，大大减小了雷击点落于非避雷体的概率。

3、同等条件下，比普通避雷针保护范围大。避雷针提前产生向上先导，相当于将避雷针增长了数十米，因而增大了保护范围。

4、减小了二次雷击效应影响。由于在远离建筑物的高空处接闪，地面场强大幅降低。

5、安全可靠，免维护。

6、无放射元素，耐腐蚀，抗风能力强。

7、无源、无耗能元件，本身不会受浪涌冲击影响，寿命长。

 

 

正确选用和安装避雷针，由它控制雷击点，使保护范围内的各个建筑等设施免遭直接雷击。我们还应本着安全可靠、经济合理的原则进行全面考虑。

在此，推荐使用法国”satelit”ESE2500型避雷针。

法国”satelit”ESE型避雷针是提前放电避雷针的代表，”satelit”ESE型避雷针体积小，重量轻，在起到关键的保护作用同时，不影响整体建筑的美观；并且此针质保期二十年，并提供中保财险公司第三者（即用户）财产损失责任保险，即应用ESE避雷针后仍受到雷击及损失，用户将得到赔偿。

方案后附产品检测报告、保险单（样）、性能表

 

3、内部防雷（防感应雷、传导雷）

据IEC统计，在所有的雷害中，大约85%以上的损失是由感应雷造成的。

GB50057-94规范中第3.1.9条规定要求在低压电力线进入交流屏前，安装可靠的防雷器件。国际电工委员会防雷技术组织（IEC/TC81）的国际通行规范IEC61312-1给出了防雷保护区概念，并对各级避雷器提出具体技术要求。

根据IEC的统计，自然界中首次雷击电流幅值超过200KA的机率不到2%，首次雷击电流波形为10/350μs。由于外部防雷的接闪和电磁的衰减，约有50%的雷电能量入地，因此IEC-1312规定了作为处在LPZ 0-A 和LPZ 0-B 防雷区之间的首级避雷器的放电流，应达到100KA (10/350μs)。考虑到符合电气安全的设备，其耐过压能力一般是工作电压的2-3倍，因此作为最内部的防雷器的残压要求在600V左右，对精细的电子设备要求更低。由于雷击的强度与设备的耐压水平悬殊，IEC经过实践证明只有分级保护才能达到这一要求。根据设备的不同位置和耐压水平，可将保护级别分为两级或更多。

3．1、电源防雷

参照以上规范的有关条文，对于研究院各个机房的电源感应雷防护，为达到良好的防护效果，应该采取如下措施：

a、            进线路宜采用电缆埋地方式，不得将架空线路直接引入机房；当难于全长采用电缆时，允许从架空线路上换接一段有金属铠装的电缆或护套电缆穿钢管埋地引入。在入户端电缆的金属外皮、钢管等必须与接地汇集排相连。

b、            做好等电位连接，其目的在于减小大楼内各金属部件及各（信息）系统相互间的电位差。不仅对大楼内部的金属部件及（信息）系统，而且对进入大楼的金属部件及（信息）系统均应在入户端作等电位连接。

c、            在电源的进线端和各分配电箱加装多级性能良好的避雷器。加装电源避雷   

器可以迅速泄放雷电流能量，箝制雷电流的高电压。

推荐使用德国OBO浪涌保护器

MC-50B/3+125B（过流型）：使用在变压器低压端；

V20-C/3+NPE（限压配合型）：使用在各楼总配电室出线端或各个机房分配电箱内

UK-30（精细型插座）：使用在重要设备前端

（以上各产品其技术参数祥见后附表格和资料）

      根据我院特点，应在每一需要保护的建筑物进行电源分级保护。

3．2、数据、通讯及信号线浪涌冲击的防护

    加装有效的信号避雷器，防止雷击浪涌自信号线引入损坏设备。

具体来说：由外部引入（或由大楼内部引出）之信号线，数据线路，在进入设备前端应安装，与设备相适应之避雷器，以达到保护设备之目的。

推荐使用德国OBO数据线保护器UR-E100/24  UR-E100/16

注：以上避雷器必须做好良好接地。

３．３、相关介绍

a、公司简介

    OBOBettermann集团是制造尖端电子科技产品的全球首屈一指的生产商之一，产品包括：电源防雷器、通讯网络保护、防火墙物料、电缆线槽及支持系统、电器连接及固定系统。公司的生产、分销及服务网络遍布全球。OBO的安防产品在中国已经销售了八年。使用单位几乎覆盖国内各行各业（用户名单见后附表）。OBO现在在中国已经建成三个培训中心，为中国各地区及各行业培训安防专业人士，并与一些系统用户共同举办防雷讲座，为中国的安防事业做出贡献。

b、产品简介

    OBO防雷系列产品全部为德国原厂生产，保证品质。

OBO防雷产品进入中国销售八年，全部产品经过信息产业部、公安部、铁科院检测并下发检测报告。

OBO防雷产品在中国人民财产保险公司投保第三者财产损失险。

OBO防雷产品还可选择遥信触点、声光报警。

OBO防雷产品与国内产品相比较，在安全性和可靠性方面要大大超过。残压要低于国内品牌。