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机房及监控系统防雷工程方案

一、分析概述

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大楼实际环境因素和用户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，从而达到整个计算机房设备系统安全地运行。其中包含：

建筑物和计算机房的安全要求；

避雷装置的技术要求；

等电位连接的必要性。

经多年的实际的雷灾事例发现，设备遭受雷击损坏一般是由如下途径：一、直击雷经过接闪器（如避雷针（带））而直放入地，导致地网地电位上升，高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。二、雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管（线）上经感应而产生过电压。三、进出大楼或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入，入侵电子设备。

因此，应对以上三种途径对整个入侵的雷电压及过电流进行防护。

A 、大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。这样就形成一个法拉第笼式接地系统。它是消除地电位反击有效的措施。应符合下列要求：1、安装的避雷针或避雷线（网）应使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应大于5m*5m或6m*4m。2、所有避雷针应采用避雷带互相连接。3、建筑物应装设均压环。4、防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环型接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。

B、机房内通信电缆以及地线的布放和连接，通过模拟不同的布线、屏蔽和接地方式时，空间电磁场对通信线路的电磁感应影响情况试验，对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式有如下要求：

通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。

通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁并沿建筑物立柱或横梁布线较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。

C、根据IEC（国际电工委员会）雷电保护区的划分要求，建筑物大楼外部是直接雷的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区，为0区;建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,可将其分为1区、2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入(如图1)。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成。电气通道以及金属管则通过这些界面，穿过各级雷电保护区的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。

进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ₀与LPZ₁、LPZ₁与LPZ₂区交界处，以及终端设备的前端根据IEC1312——雷电电磁脉冲防护标准，安装上OBO之不同类别的电源类SPD，以及通讯网络类SPD(如图2)。(SPD瞬态过电压保护器)，SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。

选用和使用SPD注意事项：

应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。在选用电源SPD时要考虑供电系统的形式、额定电压等因素。LPZ₀与LPZ₁区交界处的SPD必须是经过10/350us波形冲击试验达标的产品。对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的相容性。

SPD保护必须是多级的，例如对大楼电子设备电源部分雷电保护而言，至少应采取泄流型SPD与限压型SPD前后两级进行保护。为各级SPD之间做到有效配合，当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规定要求时，应在两级SPD之间采用适当退耦措施。

信号SPD应满足信号传输速率、工作电平、网络类型的需要，同时接口应与被保护设备兼容。信号SPD由于串接在线路中，在选用时应选用插入损耗较小的SPD。在选用SPD时，应让供应商提供相关SPD技术参数资料。正确的安装才能达到预期的效果。SPD的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行安装。

卫星接收机高频电缆在进入机房前其金属屏蔽外皮应接地。

D、等电位连接的要求：实行等电位连接的主体应为：设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道；供电线路含外露可导电部分；防雷装置；由电子设备构成的信息系统。

实行等电位连接的连接体为金属连接导体，如图3。和无法直接连接时而做瞬态等电位连接的电涌保护器(SPD)。

大楼的计算机房六面应敷设金属屏蔽网，屏蔽网应与机房内环形接地母线均匀多点相连。通过星型(S型结构或网形M型)结构(见图4)把设备直接地以最短的距离连到邻近的等电位连接带上。小型机房选S型，在大型机房选M型结构。机房内的电力电缆(线)、通信电缆(线)宜尽量采用屏蔽电缆。架空电力线由终端杆引下后应更换为屏蔽电缆，进入大楼前应水平直埋50m以上，埋地深度应大于0.6m，屏蔽层两端接地，非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平直埋50m以上，铁管两端接地。

二、设计依据

2．1依据国际电工委员会IEC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。

2．2 GB50057-94〈建筑物防雷设计规范〉

2．3 GB50174-93〈计算机房防雷设计规范〉

2．4 GB2887-89 〈计算站场地技术文件〉

2．5 GB9361-88 〈计算站场地安全要求〉

2．6 JGJ/T16-92 〈民用建筑电气执行规范〉

2．7 GA173-1998 〈计算机信息系统防雷保安器〉

2．8 IEC1312〈雷电电磁脉冲的防护〉

2．9 IEC 61643 〈SPD电源防雷器〉

2．10 IEC 61644 〈SPD 通讯网络防雷器〉

2．11 VDE0675〈过电压保护器〉

三、设计方案

根据“分析概述”及“设计依据”对防雷系统的要求，结合机房的具体实际情况设计本方案。

1、中集集团现场勘察情况

1地处雷击频繁地带。由于在早期的建设及设计原因，基本上没有屏蔽措施，也基本上没有安装过电压保护装置。机房的配电箱和UPS做了防雷保护。

2电话系统

电话交换机在所有进线和出线端都没有做防雷措施，感应雷电流很容易通过室外进线进入交换机造成设备的损坏，出线端口由于从交换机出口到设备终端或跨越楼层或距离很长（跨越防雷分区），因此很容易在线路上感应出雷电流从而造成设备的损坏。因此要在交换机的进线端口和出线端口做防雷保护。机房配电箱已经做了防雷保护因此电源部分可以不考虑。

3网络系统

网络系统的进线以及从车间到机房都是用光纤引入雷电流没有进入通道因此可以不用做防雷保护，而从交换机出口端到设备终端或跨越楼层或距离很长，（跨越防雷分区）比较容易感应出雷电流造成设备的损坏，因此要在交换机的出口端做防雷保护

4视频监控系统

视频监控系统采用一对光端机和一路同轴线传输，其中光端机为3路视频型号输入3路控制信号输入，3个摄像头距光端机有很长的距离（跨越防雷分区），很容易感应到雷电流，通过视频信号线和控制信号线造成光端机和摄象机的损坏，考虑到摄像机是采用球型机，设备比较昂贵，为了保障图象的连续性和减少设备的损坏在在摄象机端和光端机端的视频信号线和控制信号线以及电源线做防雷保护，另外一个摄象头是采用同周线缆传输在视频信号线和控制信号线以及电源线做防雷保护。监控室配电箱做防雷保护

5地网系统

1）外面4个摄象机立杆地阻值经测量为180Ω远远大于要求的4Ω，因此要求重新做接地或用30×4（㎜）镀锌扁铁与建筑物基础地焊接连接

2）光端机所在地点没有接地排，需在光端机所在处做一地排并与建筑物基础地焊接连接

3）机房内机柜没有做接地处理，需要做接地处理。

四、维护与保修

每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。

接地网的接地电阻应每年进行一次测量。

每年雷雨季节前应对运行中的OBO防雷器利用OBO元件老化测试仪进行一次检测，雷雨季节中要加强外观巡视，发现OBO防雷模块显示窗口出现红色及时处理。

设备遭受雷击后应对损坏情况进行调查分析，调查分析内容主要包括：

各种电气绝缘部分有无击穿闪络的痕迹，有无烧焦气味，设备元件损坏部位。

OBO防雷器损坏情况，利用OBO元件老化测试仪，测试元件老化或损坏情况。

安装OBO峰值电流记录卡，记录测量数据，寄回OBO培训中心，量度峰值电流数据加以记录存档。