论建筑物电子信息系统综合防雷技术

1、建筑物电子信息系统综合防雷技术第一节 概 述一、雷电是发生在因强对流天气而形成的雷雨云层间和雷雨层与大地之间强 烈瞬间放电现象。当今还没有一个完整理论能够将全部雷电现象解释清晰。 目前的方法是将不同理论综合起来，尽可能完善地解释各种雷电想象。二、雷电的形成1、雷电形成的三个条件：空气中必须有足够的水汽；有使潮湿水气强烈持久上升的气流；有使潮湿 空气上升凝聚成水珠或冰晶的气象、地理条件。2、带电云层形成的差不多过程：潮湿水气在强烈上升的过程中凝聚成小水滴， 水滴在运动过程中相互碰撞、 摩擦，产生电荷，在碰撞时水滴分裂，大水珠带正电荷，小水珠带负电荷由 上升气流推向云层上部，在大气电场的极化作用下

2、，云层上部带负电荷，下 部带正电荷、形成带不同电荷的云层。3、雷电的形成的差不多理论：1）、雨滴分裂作用理论当潮湿水气上升到高空，由于高空气温较低，产生凝聚，在上升气流运 动过程中逐渐增大形成小水滴。由于上升气流的不稳定，水滴在运动过程中 相互摩擦、碰撞、分裂形成大小不等的水珠，大水珠带正电荷，小水珠带负电荷，小水珠容易被上升气流带到上层云层，大水珠则留在下层或降落到地 面，如此便形成了电荷的分离过程。当带电荷云层逐步积存到足够的电荷量 时，便产生闪电现象，形成雷电。实验证明： 、水滴分裂时确实是大水珠带正电荷，小水珠带负电荷； 、分裂水滴所需气流的速度为 3 8m/S,正是雷云中上升气流的速

3、度。2）、电场极化理论距离地面 80公里以上的电离层具有一定的导电能力， 而且是带正电荷的， 而大地是带负电荷、形成比较稳定的大气电场。因此，电离层和地这两个带 电导体中间被不导电的大气所绝缘，形成一个电容器。使处于其中的任何导 体上端带负电荷，下端带正电荷， （云层也是如此）既发生极化。此外，近地 大气中还常有一定量的离子，其中正离子较重（约为电子的 2000 倍）不大活 动，而负离子则活动性较大，在大气电场的作用下，负离子向上运动，正离 子向下运动形成上负下正离子层；另外，空气中水滴分裂后形成上负下正的 带电云层，进一步被大气电场极化，这些云层电荷量逐渐积存增多，达到了 足够的能量时，便产

4、生闪电现象，形成雷电。三、雷 电的危害自然界的雷击分为直击雷和雷电感应高电压及雷电电磁脉冲辐射（LEMP）两类。1、直击雷直击雷是雷雨云对大地和建筑物的放电现象。它以强大的冲击电流、酷 热的高温、猛烈的冲击波、强烈的电磁辐射损坏放电通道上的建筑物、输电 线、室外电子设备、击死击伤人、畜等造成局部材产损失和人、畜员伤亡。2、电感应高电压及雷电电磁脉冲（ LEMP）雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲是由于雷云层之间和雷云与大地之间 放电时，在放电通道周围产生的电磁感应、雷电电磁脉冲辐射以及雷云电场 的静电感应、使建筑物上的金属部件、管道、钢筋、和由室外进入室内的电 源线、信号传输线、天馈线等感应的雷电

5、高电压，通过这些线路以及进入室 内的管道、电缆、走线桥架等引入室内造成放电，损坏电子、微电子设备。3、因为直击雷和雷电感应高电压及雷电电磁脉冲的入侵通道不同，其次是由于被爱护的系统屏蔽差、没有采取等电位连接措施、综合布线不合理、接地 不规范、没有安装浪涌爱护器 SPD 或安装的浪涌爱护器不符合相关规范的要 求等，使雷电感应高电压及雷电电磁脉冲入侵概率大大提高，损坏相应的电 子、电气设备。全国每年因雷电造成的损失高达数十亿元、因此雷电灾难必 须防治。四、雷电灾难防治的差不多方法1、直击雷和雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲（ LEMP的侵害渠道不同，防 护措施也就不同。 防直击雷要紧采纳避雷针、避雷

6、带（网）等传统避雷装置，只要设计规范，安装合理，这些避雷设施便能对直击雷进行有效的防备。2、然而不管多么完善的避雷针（带） ，对雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲 的防护都无能为力，因为雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲是由于电子、电 气设备的电源线、信号线、天馈线和进入室内的管道等招引而致，损坏相应 的电子、电气设备。3、而当富兰克林发明避雷针时及以后 270 多年间，电子设备并不多，雷电电 磁脉冲的危害现象也不明显，人们自然就想不到要对它进行防备，只要能防 护直击雷就足够了。然而，当今社会电子设备大量应用，特不是电子计算机 技术、通信技术的高速进展和日益普及，雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲 的危害

7、明显增加，仅靠避雷针防雷已远远不能满足电子、通信、微电子设备 和航空设施防雷的实际需求。4、为了确保电子信息设备正常工作， 近年来雷电防护也由富兰克林式避雷针 防直击雷进展到综合防雷工程的新时期。 综合防雷工程是一个系统工程， 它 包括： 直击雷的防护、等电位连接措施、屏蔽措施、规范的综合布线、设计 安装SPD完善合理的接地系统六个部分组成。在一个完善的防雷系统工程中（特不是微电子设备的防雷工程）缺一不可。假如某一个环节考虑不周， 即使进行了防雷方面的工作也起不到防雷作用，还有可能引雷入室而造成电 子设备失灵或永久性损坏。5、雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲的防护是 在入侵通道上将雷电过电压、电

8、流泄放入地，从而达到爱护电子设备的目的。 其要紧方法是 采纳隔离、钳 位、均压、滤波、屏蔽、过压与过流爱护、接地等方法将雷电过电压、过电 流以及雷电电磁脉冲消除在设备外围，从而有效的爱护各类设备。6、目前防雷器要紧由 气体放电管、 放电间隙、 高频二极管、 压敏电阻、 瞬态、 二极管、晶闸管、高低通滤波器等元件依照不同频率、功率、传输速率、阻 抗、驻波、插损、带宽、电压、电流等要求组合成电源线、天馈线、信号线 系列浪涌爱护器（SPD安装在微电子设备的外连线路中，将地线按联合接地 原则接入系统的地线，才不至于造成地电位反击，从而真正起到安全爱护接 地的目的。只要设计合理、安装合格、浪涌爱护器就能

9、对雷电进行有效的防 护。7、我们既要防止直击雷，依靠合格的避雷针、带、网系统；也要防止雷电雷 电感应高电压及雷电电磁脉冲，二者有机结合，相互补充，构成一套完整的 现代综合防雷体系，才能有效地防止雷击事故 , 减少雷击灾难，爱护建筑物、 设备和人身安全。第二节 国内外防雷技术概况一、什么是雷电？ 雷电是因强对流气候而形成的雷雨云层间和云层与大地间强烈瞬间 放电现象。当雷击发生时，产生强大的雷击电流、酷热的高温、猛烈的冲击 波、瞬变的电磁场和强烈的电磁辐射等综合物理效应，是一种严峻的气象自然灾难。二、雷电防护学属新兴高科技边缘学科 。它与电工学、电子技术、微电子技 术、通讯技术、计算机技术、化学、

10、建筑材料及结构等多学科紧密相连。三、国内外防雷技术概况我国防雷理论在世界上处于领先地位。 从实践中总结出一套综合防雷理 论指导防雷工程工作、使我国防雷技术在世界上处于领先地位，达到一个新 的水平。 将雷电灾难的损失降低到最低限度， 达到爱护人身安全以及建筑物、 电子、微电子设备之目的。四川中光公司于 1993 年在重庆召开的首届全国雷电防护工作会议上领 先提出：“综合防雷理论” 。通过全国防雷界十多年的实践和不断完善，现在 以被我国乃至国际防雷界认可和指导防雷工程工作。实践正明“综合防雷理 论”是雷电防护学最重要、最科学的总结。三、国内外防雷产品：1、防直击雷产品；各类避雷针装置；2、防雷电感

11、应产品；电源、天馈、信号线系列浪涌爱护器（SPD）；3、接地产品；低电阻接地模块、电解质接地棒、金属接地极等；四、产品工作原理：国内外产品差不多原理相同。1、过电压爱护； 2、过电流爱护； 五、国内防雷市场上要紧销售的产品有： 1、国外：美国、德国、英国、法国等要紧国家的产品；2、国内：要紧有中光等公司生产的避雷针、SPD系列产品和接地产品。第三节 电子信息系统雷电防护原则一、电子信息系统的防雷防护必须按综合防雷系统的要求进行设计，坚持 预防为主、安全第一 的指导方针。为确保防雷的科学性、先进性，在设计 前宜做现场雷电环境评估。二、电子信息系统的防雷应认真调查地理、地质、土壤、气象、环境条件、

12、 雷电活动规律、雷击事故受损缘故、系统设备的重要性、发生雷灾后果的 严峻程度以及被爱护物的特点等的基础上分不采取相应的防护措施。三、电子信息系统所在建筑物均应按建筑物防雷设计规范的规定安装 外部防雷装置。电子信息系统的防雷设计应坚持 全面规划、综合治理、技 术先进、优化设计、多重爱护、经济合理、定期检测、随机维护 的原则进 行综合设计及维护。四、电子信息系统的防雷应采纳： 直击雷防护技术、等电位连接技术、屏蔽技术、合理布线技术、共用接地技术、设计安装浪涌爱护器（SPD的技术 等六大综合防护技术进行设计。五、电子信息系统应依照所在地区雷暴等级、设备所在不同的雷电防护区 以及系统对雷电电磁脉冲的抗

13、扰度采纳不同的防护措施。第四节 电子信息系统雷暴等级的划分：一、依照年平均雷暴日数将雷暴发生的地区划分为：少雷区、多雷区、高雷 区、强雷区。1、年雷暴日平均值在2C 天以下的地区定为：少雷区。2、年雷暴日平均值在2C 天以上 4C 天以下的地区定为：多雷区。3、年雷暴日平均值在4C 天以上 6C 天以下的地区定为：高雷区。4、年雷暴日平均值在6C 天以上的地区定为：强雷区。、雷电防护区LPZ的划分1、直击雷非防护区（LPZO）:本区内的各类物体都可能遭到直接雷击，本区内的电磁没有衰减，属完全暴露的不设防区；2、直击雷防护区（LPZO）:本区内的各类物体专门少遭到直接雷击，但本区内电磁场没有衰减

14、，属充分暴露的直击雷防护区；3、第一屏蔽防护区（LPZ1）:本区不内的各类物体不可能遭受直接雷 击，流经各类导体的电流比LPZCB进一步减小，由于建筑物的屏蔽措施， 本区内的电磁场得到了初步的衰减；4、第二屏蔽区（LPZ+n） （n=0, 1, 2, 3, 4）：为进一步减小雷电电磁脉冲强度引入的后续防护区；三、电子信息系统雷电电磁脉冲防护等级划分原则 建筑物电子信息系统的雷电防护,应采纳雷击风险评估方法,考虑建筑物的重要性、使用性质、周围环境因数、信息系统设备的重要性、发生雷 击事故的可能性和后果的严峻程度等因数，对电子信息系统雷电防护等级进行综合评估，将信息系统雷电防护等级定为A、B、C、

15、D四级，分不采取不同的防护措施。见表4.1 （雷击风险评估方法见附录 A）。表4.1电子信息设备对LEMP防护等级的选择LEMP防护等级电子信息设备A级国家级、省部级、国际通信枢纽以及其他重要的信息系统 的电子信息设备如：大型计算中心、移动基站、通信枢纽、大型医疗电子 设备B级省部级以下各部门、各行业设置的比较重要的电子信息设 备女口：智能建筑物内通信、安全监管，火灾自动报警与消防 联动等中型医疗电子设备C级对LEMP比较敏感、价值较高的电子信息设备 如：建筑物内有线广播、闭路电视、家用电器等D级除上述A B、C级以外 般用途的电子信息设备第五节电子信息系统的防雷设计一、勘测设计1、电子信息系

16、统的防雷工程应按第 4、5节中关于雷电防护分区原则和风 险评估方法的各参数计算，确定其防雷等级和防护措施。2、建筑物按综合防雷措施要求设置防雷系统，如下图1所示。图1:建筑物综合防雷系统1、据规范要求，将设置有电子信息系统的建筑物需要爱护的空间划分为不同的防雷区，规定各部分空间不同的雷电电磁脉冲的严峻程度，确定各防雷区交界处等电位连接点的位置， 以此作为设计依据。 在同一个 爱护级不里， 还应依照各类电子信息系统的风险等级和重要性， 采取相 应的防护措施。二、勘测、设计资料的依据1、 被爱护建筑物所在地区的地形、地物状况、气象条件（如雷暴日等） 和地质条件（如土壤电阻率等） ；需爱护的建筑物（

17、或建筑物群体）的长、 宽、高及位置分布，相邻建筑物的高度；各建筑物内各楼层及楼顶需爱护 的电子信息系统设备的分布情况；2、 配置于各楼层或设备机房内需爱护的设备名称、功能及性能参数（如 工作频率、功率、工作电平、传输速率、特性阻抗、传输介质等） ；信息系 统的计算机网络拓扑结构；信息系统电子设备之间的电气连接关系；供、 配电情况及其系统接地形式；3、对已建（扩、改建）工程，除上述应收集勘测资料的内容外，尚应收 集勘测下列相关资料：1）、检查防直击雷接闪装置（避雷针、带、网）的施工状况；2）、防雷引下线的施工状况及其信息设备接地系统的安全距离是否符合规范要求；3）、高层建筑物防侧击雷措施及施工情况；4）、强电及弱电竖井内线路布置是否合理；5）、信息系统的安装要求及系统设备特性相关资料，以及电源、信号线路进 入建筑物的方式；6）、总等电位连接及各局部等电位连接施工情况，共用接地装置施工情况等 图纸及测试资料；7）、地下管线分布情况。第六节 直击雷防护一、 建筑物防雷设计应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件 和雷电活动规