办公楼防雷接地系统设计方案.docx

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飞速发展，各种先进的测量、保护监控、电信和计算机等电子产品正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，我们认为对雷电电磁脉冲（LEMP）的防护，不但是必要的，而且是必须实施的。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）雷电远点袭击电力线：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（3000Vmm）。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（I（MM）VZmm）o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VACI500V,火线与零线耐压为工业级Vdc55O650V,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10x350S三角波，雷击电流为150KAo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。IOO余米高的大楼它的引下线电感为155H左右（1.55H/米），IECI312定义电感大于37.5H,则发生测闪雷击，也就是说，10×350S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LPE、N-PE泄放，UPS输出L-PE,（逻辑地）、N-PE7泄放，小型机LPE'N-PEz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IOKA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（地），在GA173-1998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几类，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，使之在雷电作用下，短路保护5KA电流，而端口残压小于25V；而对于话线备份来说，它的工作电压为48V加93后V振铃电压共计175V,插入保安器，保安器的启动电压185V,残留电压小于Vdc33OV,因为调制解调器的耐压为Vdc33OV°保护模式为线对地和线对线，广域网遭受雷击的概率较大，一般在28%左右。2）局域网在局域网的传输电缆中，主干常常采用光纤，由于是光信号传输，不受雷电影响，就不需进行雷电保护。如采用UTP电缆，UTP电缆的4对线中两对线（1-2,3-6线对）一对线接收一线发送，采用RJ45接口方式。既然局域网电缆采用RJ45型是一收一发，那么，就应按两对线进行雷电保护。在机房的综合布线中，施工人员为了布线工程的美观漂亮，把很多网线放在墙壁内，没有考虑对UTP电缆的屏蔽处理，一旦大楼某些钢筋泄放雷击电流都将引起感应高压，从而击毁设备。3）综合布线从防雷角度上考虑，布线一定要明确表示：电源线不要与网络线同槽架设，数据插座与电源插座保持一定距离；广域网线缆不要与局域网线缆同槽架设；网线与墙壁布置时，有条件应远距离安装；屏蔽槽要求两点接地；4、雷电作用下的二次效应一雷电高压反击雷雷电袭击建筑物避雷针，由引下线将雷电流引入大地，由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速全部的与大地负电荷中和，必然引起局部地电位升高，交流配电地和直流逻辑地将这种高电位引入机房，这种反击电压底则数千伏，高则数万伏，直接烧坏用电器的绝缘部分。5、由雷击引起的人身安全问题雷电泄放大地，引起地电位升高，由于机房直流逻辑地线和交流配电保护地线不在一点入地，将两个电位值引入机房。这时，若一个操作人员的一只手摸在UPS输出负载外壳上，而另一只手（或身体）摸在交流配电地线上（如空调），两个电位值将通过操作人员的身体短路，造成操作人员伤亡。防雷保护设备的确很重要，但是保护人身安全更重要。所以人民医院的防雷保护可分为电源线路防雷保护、信号线路防雷保护和机房接地系统防雷保护。电源线路布置：供电由大楼总配电中心供到楼层分配电柜，再由分配电柜至机房UPS,UPS后接机房的用电设备。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. 计指导思想和相关技术标准1.4. 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O1.3.2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涌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。GB2887-89GB50174-93GA173-1998GB3482348383IEC1024-1： 1990GB50057-94 (2000计算机场地安全要求电子计算机机房设计规范计算机信息系统防雷保安器电子设备雷击试验建筑防雷建筑物防雷设计规范年版）QX3-200099D562 （99 年版）气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范建筑物防雷设施安装1-4方案设计在IEC-Io24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，并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于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欧姆；安全保护地、交流工作地、防雷保护地采用联合接地，接地电阻应不大于1欧姆；防静电接地的接地电阻应不大于2欧姆；计算机直流工作接地电阻的大小，接法以及诸地之间的关系，应依据不同计算机系统的要求而定。一般要求该电阻应不大于1欧姆。为避免主机或电脑用电设备，因闪电时导致严重损坏，并顾及人员之安全，必须铺设良好的接地系统。直流工作接地采用网格地线做为直流地，也称为网格地。把一定截面积的铜线或铜带在活动地板下交叉排成1200×1200mm的方格，交点处压接在一起。直流网格地可通过接地母线与机房辅助等电位接地铜排相连。直流网格地系统不仅有助于更好地保证逻辑电路电位参考点的一致性，而且还大大提高了计算机系统的抑制内部噪声和外部干扰的能力。交流接地：计算机系统中使用的交流设备,其中性点用绝缘导线串联起来接到配电柜中线上，具体实施是在机房内安装L、N、PE三孔电源插座。计算机房内的安全保护地是将所有机箱的机壳,用一根绝缘导线串联起来,再用接地母线将其与机房辅助等电位接地铜排相连。接地施工：接地引接线连接点应以加热熔接。在接地线上不得加装开关。在计算机房直流接地系统中，建议为了设备与人身的安全，防雷保护地与直流地应隔一定的距离。