建筑物电子信息系统防雷浪涌保护

1、建筑物电子信息系统防雷作者罗凯斌（广州港集团有限公司新港港务分公司）【摘要】随着现代社会的发展，建筑物的规模不断扩大，其内各种电气设备的使用日趋增多，尤其是计算机网络信息技 术的普及，建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生，所造成的损失非常 巨大。因此建筑物电子信息系统防雷就显得尤为重要。【关键词】防雷装置等电位连接共用接地系统电磁屏蔽浪涌保护器随着当前世界，电子技术的飞速发展，电子计算机早已步入社会的各行各业。建筑物内几乎无不设有复杂程度不同的微 电子设备和计算机系统。民用建筑也不例外。雷电电磁脉冲干扰日益成为频发事故。因此如何做好对建筑物电子信

2、息系统防雷直 接影响到人们的切身利益。现从防雷装置、等电位连接及共用接地系统、电磁屏蔽、电源保护器方面分析如何做好电子信息系统 的防雷。一、外部防雷装置与内部防雷装置1. 外部防雷装置（即传统的常规避雷装置）由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器（也叫接闪装置）有三种形式:避雷针、避雷带和避雷网，它位于建筑物的顶部，其作用是引雷或叫截获闪电，即把雷电流引下。引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处，它的作用是使雷电流顺利 流散到大地中去。2. 内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、

3、接触电压、跨步电压等二次雷害。除外部防雷装置外，所有为达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷装置，它包括等电位连接设施（物）、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。3. 电子信息系统应采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护。丼部防雷措施1. 雷电防护分区：根据国家标准建筑物防雷设计规范(GB50057-94)(2000 版) 第六章防雷击电磁脉冲按电磁兼容的原理把信息系统所在建筑物或构筑物按需要保护的空间由外到内分为不同的雷电防护区(LPZ),以确定各LPZ空间的雷击电磁脉冲的强度及应采取的防护措施。建筑物的防雷区划分为：直接雷非防护区(LPZ 0 a)，直接雷防护区(

4、LPZ 0 b)，第一防护区(LPZ1),后续防护区 (LPZ2) 等区。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区,是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等 电位联结点的位置。从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结。2. 雷电防护等级：建筑物电子信息系统的雷电防护等级应按防雷装置的拦截效率划分为A、B C、D四级。3. 雷电防护等级划分方法：(1) 按建筑物电子信息系统所处环境进行雷击风险评估，确定雷电防护等级：(2) 按建筑物电子信息系统的重要性和使用性确定雷电防护等级。(3) 按雷击风险评估确定雷电防护等级。三、等电位连接与共用接地

5、系统1 .标准和规定建筑物防雷设计规范 (GB50057-94)(2000 版)第六章、防雷击电磁脉冲；第三节、屏蔽、接地和等电位连接第6.3.4条要求：所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接； 信息系统的各种箱体、 壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络，并与建筑物的共用接地系统连接。内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体采用 铜材时，最小截面积为 6mrh采用铝材时，最小截面积为 10mm，采用铁时，最小截面积为 16mm；铜或镀锌钢等电位带的截面积 不应小于 50mm2。2. 等电位连接，指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位

6、，即等电位。电子信息系统的机房应设等电位连接网络，目的在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。将机房内的主机金属外壳，UPS及电池箱金属外壳、金属地板框架、金属门框架、设施管路、电缆桥架、铝合金窗的等电位连接，并以最短的线路连到最近的等电位连接带 或其它已做了等电位连接的金属物上，且各导电物之间尽量附加多次相互连接。3. 共用接地：也叫统一接地。它是把需要接地的各个系统统一接到一个接地装置上。或者把各系统原来的接地装置通过 地下或者地上用金属导体连接起来，使它们之间成为畅通的电气接地统一地网，这样的接地方式为共用接地。共用接地是目前应 用最广泛的接地方式。4. 等

7、电位连接与共用接地系统在建筑物防雷区电子信息系统中的应用(1) 在直接雷非防护区(LPZ0a)或直接雷防护区(LPZ0B)与第一防护区(LPZ1)交界处应设置总等电位接地端子板。(2) 共用接地装置应与总等电位接地端子板连接，通过接地干线引至楼层等电位接地端子板。(4) 防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时，接地装置大接地电阻值必须按接入设备中要求大最小值确定。(5) 接地装置应优先利用建筑物的自然接地体，当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体。(6) 当设置人工接地体时，人工接地体宜在建筑物四周散水坡外大于1m处埋设成环形接地体。并可作为总等电位连

8、接带使用。四、电子信息系统设备机房的屏蔽及布线1. 电子信息系统设备主机房的屏蔽(1) 宜选择在建筑物低层中心部位，其设备应远离外墙结构柱，设置在雷电防护区的高级别区域内。电柿廉宓缺缺扌*睑千按地璃子冷设备榇护挟地线9 设备牝石话鼻台设备亠1j iTKl；5 ”13才11田中：八电气竖井内寻电fi接地端子祓B设备址嫖内等电4接地端千擁C防静电地板按地线1)全塌找槽学电位连握线 旦严电子憧息设备图2电子信息系统机房 M型等电位连接示意图(2) 金属导体，电缆屏蔽层及金属线槽等进入机房时，做等电位连接。(3) 当电子信息系统设备为非金属外壳，且机房屏蔽未达到设备电磁环境要求时，设金属屏蔽网或金属屏

9、蔽室。金属屏蔽室应与等电位连接、等电位端子板连接。2. 线缆屏蔽(1) 需要保护的信号线缆，宜采用屏蔽电缆，应在屏蔽层两端及雷电防护区交界处做等电位连接并接地。当采用非屏蔽电缆时，应敷设在金属管道内并埋地引入。金属管应电气导通，并应在雷电防护区交界处做等电位连接并接地。其埋地长度应符合下列表达式要求，但不应小于15m。(3) 当建筑物之间采用屏蔽电缆互联，且电缆屏蔽层能承载可预见的雷电流时，电缆可不敷设在金属管道内。(4) 光缆的所有金属接头、金属挡潮层、金属加强芯等，应入户直接接地。3. 线缆敷设(1)电子信息系统线缆主干线金属线槽敷设在电气竖井内。 电子信息系统线缆与其他管线的间距规定(见

10、表1)。豊电于 ttA AtatAftit小平行冷厘（nun）ftuw300侏护地址50加15020IM21)菸力儈（不SOO3(M)热力管（也对）3003W3(MI20注如线饱敎设高虞越过fttMXJmni曲，与防雷引下岐的克更净距 p5*TA计SO.05H式中-丈又址防常苹下我距范帀的禹度（mm）；S 芟又净捱（mm）a（3）布置电子信息系统信号线缆的路由走向时，应尽量减小由线缆自身形成的感应环路面积。电子信息系统线缆与电力电缆的间距规定（见表2）与电于隹念廉统佶琴践施茯近狀迟(ill m)IV电力电堰客 量小于孕上V魚疔一方衣社地轲佥崩线愉找钢背中7(钛肓邮在接地药全禺圾橹我钠臂中111

11、电力亀址 容量2-5kVA与fl号线缰乎灯救迪31 KJ有一方恭接地蜀会属线槽死钢管屮15(1乱方邮在卷地苗金農孩搶黨1勞中ROMOV电力电缆零 量 kT2-5kVA与汗号薙it平frX*600宵一亦翟換地妁金属疑槽亀僭管中3(10蚁才萍區揍地的金属线ft观钢评中r150注儿 当38OV电力电fll的家*屮于ZkVA、取方卯雇按地的钱槽 中.即两个不同效轉克隹同一缆槽中用金爲板隔开且平 拧枚度小于寻于10(m)时.jR 卜呵犯离可以赴Hhnnr2电话能境申理在操铃虹就时*事宜乃计算龈河烬在同一慢 UKril电缆中_上締最小间趣配电掃LOO t2001*拣A小间1E电禅讯塚2.00空谓札斯2.0

12、(1(5)电子信息系统线缆与配电箱、变电室、电梯机房、空调机房之间最小的净距的规定(见表3)五、浪涌保护器1. 电源线路浪涌保护器的安装(1)电源线路的各级浪涌保护器(SPD)应分别安装在被保护设备电源线路的前端，浪涌保护器各接线端分别与配电箱内线路的同名端相线连接。浪涌保护器的接地端与配电箱的保护接地线(PE)接地端子板连接，配电箱接地端子板应与所处防雷区的等(3)浪涌保护器(SPD)的连接导线最小截面积宜符合下表4表4防护圾別SH)的秦型导线微面眾(加血)SPDSPP#地端逹揍第一缠幵芙整致nt压理16251to16第三级61046注；组合童SPD奏照相应僚护纯别的賀面租选捧2. 天馈线路

13、浪涌保护器的安装(1)天馈线路浪涌保护器 SPD应串接于天馈线与被保护设备之间，宜安装在机房内设备附近或机架上，也可以直接连接在设备馈线接口上。天馈线路浪涌保护器 SPD的接地端应采用截面积不小于6mm的铜芯导线就近连接到直击雷非防护区(LPZOa)或直击雷防护区(LPZOb)与第一防护区(LPZ1)交界处的等电位接地端子板上，接地线应平直。3. 信号线路浪涌保护器的安装(1) 信号线路浪涌SPD应连接在被保护设备的信号端口上。浪涌保护器SPD输出端与被保护设备的端口相连。浪涌保护器SPD也可以安装在机柜内。固定在设备机架上或附近支撑物上。(2) 信号线路浪涌SPD接地端宜采用截面积不小于 1

14、.5mm的铜芯导线，与设备机房内的局部等电位接地端子板连接，接地线应平直。结束语随着信息技术的迅速发展。建筑物内雷电防护已提高了要求，信息系统的雷电保护成为考虑的重点。因此针对建筑物电 子信息防雷的特点，做好外部及内部的防雷装置、等电位连接及共地系统、线路屏蔽等工作，根据系统特点选择适合和有效接地 方式，安装适合此系统线路参数使用的电涌保护器(SPD)，这样才能有效地保护信息系统安全、稳定的运行。2 建筑物防雷设计规范 GB50057-94（2000 年版 3 金磊、王时煦等主编最新现代建筑防雷与电气安全设计资料选集电杂志社出版， 1996 年信息来源：建筑安全（责任编辑：凌云）浪涌保护器（也

15、称防雷器） 的分级防护 由于雷击的能量是非常巨大的， 需要 通过分级泄放的方法， 将雷击能量逐步泄放到大地。 第一级防雷器可以对于直接 雷击电流进行泄放， 或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄 放，对于有可能发生直接雷击的地方， 必须进行 CLASS I 的防雷。第二级防雷 器是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备， 对于前级发生较 大雷击能量吸收时， 仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会 传导过来， 需要第二级防雷器进一步吸收。 同时，经过第一级防雷器的传输线路 也会感应雷击电磁脉冲辐射 LEMP ，当线路足够长感应雷的能量就变得足够大， 需要第

16、二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对 LEMP 和通 过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。1、第一级保护目的是防止浪涌电压直接从 LPZ0 区传导进入 LPZ1 区，将数万至数十万伏 的浪涌电压限制到 2500 3000V 。入户电力变压器低压侧安装的电源防雷器作为第一级保护时应为三相电压开关型电源防雷器， 其雷电通流量不应低于 6 OKA。该级电源防雷器应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容 量电源防雷器。一般要求该级电源防雷器具备每相 100KA 以上的最大冲击容量， 要求的限制电压小于1500V,称之为CLASS I级电源防雷器。这些电磁防雷器 是专为承受雷

17、电和感应雷击的大电流以及吸引高能量浪涌而设计的， 可将大量的 浪涌电流分流到大地。 它们仅提供限制电压 （冲击电流流过电源防雷器时, 线路 上出现的最大电压称为限制电压）为中等级别的保护,因为 CLASS I 级保护器 主要是对大浪涌电流进行吸收, 仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用 电设备的。第一级电源防雷器可防范10/350 “ 100KA的雷电波，达到IEC 规定的最高防护标准。其技术参考为：雷电通流量大于或等于 100KA（10/ 350 s）;残压值不大于2.5KV ;响应时间小于或等于100ns。2、第二级防护目的是进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值限制到15002

18、000V，对LPZ1 LPZ2实施等电位连接。分配电柜线路输出的电源防雷器作为第二级保护时应为限压型电源防雷器，其雷电流容量不应低于20KA，应安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电处。 这些电源防雷器对于通过了用户供 电入口处浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收， 对于瞬态过电压具有极 好的抑制作用。该处使用的电源防雷器要求的最大冲击容量为每相 45kA 以上， 要求的限制电压应小于 1200V ，称之为 CLASS II 级电源防雷器。 一般用户供电 系统做到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了 第二级电源防雷器 采用 C 类保护器进行相 中、相地以及中 地的全模式保护，主要技术

19、参数 为：雷电通流容量大于或等于 40KA（8/20卩s）;残压峰值不大于1000V ;响应时 间不大于 25ns 。3、第三级保护目的是最终保护设备的手段，将残余浪涌电压的值降低到 1000V 以内，使 浪涌的能量有致损坏设备。在电子信息设备交流电源进线端安装的电源防雷器作为第三级保护时应为串联式限压型电源防雷器， 其雷电通流容量不应低于 10KA 。最后的防线可在用电设备内部电源部分采用一个内置式的电源防雷器，以达到完全消除微小的瞬态过电压的目的。 该处使用的电源防雷器要求的最 大冲击容量为每相20KA或更低一些，要求的限制电压应小于1000V。对于一些 特别重要或特别敏感的电子设备具备第

20、三级保护是必要的， 同时也可以保护用电 设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。对于微波通信设备、移动机站通信设备及雷达设备等使用的整流电源， 宜视其工作电压的保护需要分别选用工 作电压适配的直流电源防雷器作为末级保护。4、第四级及四级以上保护根据被保护设备的耐压等级， 假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的 耐压水平， 就只需要做两级保护， 假如设备的耐压水平较低， 可能需要四级甚至 更多级的保护。 第四级保护其雷电通流容量不应低于 5KA。 二、浪涌保护器（也 称防雷器）的分级防护 由于雷击的能量是非常巨大的， 需要通过分级泄放的 方法，将雷击能量逐步泄放到大地。 第一级防雷器可以对于直接

21、雷击电流进行泄 放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放， 对于有可能 发生直接雷击的地方， 必须进行 CLASS I 的防雷。第二级防雷器是针对前级防 雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备， 对于前级发生较大雷击能量吸收 时，仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会传导过来， 需要 第二级防雷器进一步吸收。 同时，经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电 磁脉冲辐射 LEMP ，当线路足够长感应雷的能量就变得足够大， 需要第二级防雷 器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对 LEMP 和通过第二级防雷器 的残余雷击能量进行保护。1 、第一级保护目的是防止

22、浪涌电压直接从 LPZ0 区传导进入 LPZ1 区，将数万至数十万伏 的浪涌电压限制到 2500 3000V 。入户电力变压器低压侧安装的 电源防雷器 作为第一级保护时应为三相电压开关型电源防雷器，其雷电通流量不应低于 60KA 。该级电源防雷器应是连接在 用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防雷器。 一般要求该级电源 防雷器具备每相 100KA 以上的最大冲击容量，要求的限制电压小于 1500V ，称 之为 CLASS I 级电源防雷器。这些电磁防雷器是专为承受雷电和感应雷击的大 电流以及吸引高能量浪涌而设计的， 可将大量的浪涌电流分流到大地。 它们仅提 供限制电压（冲击电流流过电源防雷器时， 线路上出现的最大电压称为限制电压） 为中等级别的保护，因为 CLASS I 级保护器主要是对大浪涌电流进行吸收，仅 靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备的。第一级电源防雷器可防范10/350八100KA的雷电波，达到IEC规定的最 高防护标准。其技术参考为：雷电通流量大于或等于100KA （10/350 ys）;残压值不大于 2.5KV ；响应时间小于或等于 100ns 。2、第二级防护目的是进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值限制到15002000V,对LPZ1 LPZ2实施等电位连接。分配电柜线路输出的电源防雷器作为第二级保护时应为限压型电源防雷器， 其