机房防雷、接地子系统的设计与运行维护

1、机房防雷子系统及解决方案机房防雷子系统及解决方案3/14/202226. 防雷防雷器选型器选型安装指引以及要注意的几个问题安装指引以及要注意的几个问题5. 防雷元件类型和典型应用防雷元件类型和典型应用2. 雷电的种类及其效应雷电的种类及其效应1. 整体整体介绍介绍3. 浪涌过电压的危害浪涌过电压的危害雷电保护系统的等电位连接雷电保护系统的等电位连接4. 对雷击放电及其效应的保护体系对雷击放电及其效应的保护体系雷电保护分区的概念雷电保护分区的概念7. 简单简单应用举例应用举例9. 总结总结 /问题和解答问题和解答 !8. 国际国际/国内标准、规范和测试国内标准、规范和测试防雷子系统的内容和顺序防

2、雷子系统的内容和顺序 3/14/202231.0 整体介绍整体介绍防雷保护系统防雷保护系统外部防雷保护外部防雷保护 接闪器接闪器 引下线引下线 接地网接地网 建筑物外部屏蔽建筑物外部屏蔽 安全距离安全距离内部防雷保护内部防雷保护浪涌保护浪涌保护浪涌保护装置浪涌保护装置SPDSPD是防雷是防雷保护系统的一部分。浪保护系统的一部分。浪涌保护器的配置必须与涌保护器的配置必须与内部防雷保护相配合。内部防雷保护相配合。外部防雷保护系统须和外部防雷保护系统须和内部防雷系统有机组合内部防雷系统有机组合。才构成更有效和完善。才构成更有效和完善整体防雷保护。整体防雷保护。 雷电过电压保护的等电位雷电过电压保护的

3、等电位连接连接 建筑物屏蔽建筑物屏蔽 安全距离安全距离等电位连接包含：非带电金属导体的等电位连接和带电金属导体（如：电源线、等电位连接包含：非带电金属导体的等电位连接和带电金属导体（如：电源线、通讯线）通过防雷器的等电位连接。通讯线）通过防雷器的等电位连接。3/14/202241.1 EMC 电磁兼容的历史电磁兼容的历史19501960197019801990干扰变量干扰变量/设备内置电子元件数量设备内置电子元件数量时间时间抗干扰能力抗干扰能力真空管晶体管集成电路2000个人电脑3/14/20225Chapter 2.0 雷电的种类及其效应雷电的种类及其效应雷电的种类：直击雷感应雷击传导雷操作

4、过电压3/14/202262.1.1 雷电流波形雷电流波形-40-2000200400600800t (s)100300500700900经过几毫秒（ms）在一个放电通道内的主放电和后续放电的能量效应与模拟雷电波形在一个放电通道内的主放电和后续放电的能量效应与模拟雷电波形10/350 s相似，在相似，在 IEC 61024-1“建筑建筑物防雷保护物防雷保护”，以及，以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。中提出和确认。首次雷击后续雷击实测的雷电流脉冲波形雷电流脉冲模拟波形, 10/350 s Iimp1100I (kA) 3/14/202272.1.2 直击

5、雷波形与感应雷波形的区别直击雷波形与感应雷波形的区别-10010203040506001002003004005006007008009001000time scurrent kA直击雷电流脉冲波形, 10/350 s感应浪涌电流波形, 8/20 s3/14/202282.2 雷雷击电流大小的分布（欧洲）击电流大小的分布（欧洲）05101520250-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-8080-9090-100100-110110-120120-130130-140140-150150-160160-170170-180180-190190-200雷电流幅值

6、雷电流幅值 kA, 包含正和负的雷击包含正和负的雷击雷击概率雷击概率, %III和IV类II类建筑物I类建筑物分类原则依据德国DIN V VDE 0185 Part 1 (11/02) ,也可参照GB50057-943/14/202292.3 首次雷击的测试参数首次雷击的测试参数根据根据 IEC 62305-4; DIN V VDE 0185 Part 4 保护类别保护类别峰值电流峰值电流 I (kA)脉冲电流携带的电荷脉冲电流携带的电荷 Qs(C)单位能量单位能量 W/R (MJ/ohm)负极性首次雷击负极性首次雷击正极性雷击正极性雷击防护雷电放电的总和防护雷电放电的总和I II III-I

7、V雷电流参数雷电流参数100502.5100%80%98%150755.6100%85%98.5%20010010100%90%99%3/14/202210Chapter 3.0浪涌过电压的危害浪涌过电压的危害3/14/2022113.0 暂态电压浪涌暂态电压浪涌什么是暂态浪涌电压什么是暂态浪涌电压?暂态浪涌电压是持续时间很短的过电压，持续时间只有几个微秒，而电压峰值可以达到正常供电电压的数十倍。30262218106214K/ 过电压过电压因数因数1500(I)2500(II)4000(III)6000(IV)rv雷电浪涌雷电浪涌开关浪涌开关浪涌临时电压升高临时电压升高谐波导致的谐波导致的快

8、速和慢速电压改变快速和慢速电压改变电压下降电压下降电压短时中断电压短时中断3/14/2022123.1 效应效应 (直击雷直击雷)雷电击中没有外部避雷系统的建筑物雷电击中没有外部避雷系统的建筑物02dtiRW0idtQ雷电直接对建筑物放电，使大电流流过建筑雷电直接对建筑物放电，使大电流流过建筑物，雷电流的能量将发生转换。建筑物某些物，雷电流的能量将发生转换。建筑物某些部分的温度将急剧升高，产生火灾现象。部分的温度将急剧升高，产生火灾现象。另外，雷电流通过时，材料可能被熔化或产另外，雷电流通过时，材料可能被熔化或产生爆炸。生爆炸。效应效应:火灾火灾原因原因:雷电流携带的电量和能量。雷电流携带的电

9、量和能量。3/14/2022133.2 效应（传导雷）效应（传导雷）雷电击中高压架空线雷电击中高压架空线当雷击架空线时，瞬时的阻抗是由导线本身的浪涌当雷击架空线时，瞬时的阻抗是由导线本身的浪涌阻抗决定的。阻抗决定的。对于单一导线，该阻抗对于单一导线，该阻抗(ZW)通常在通常在400-500 ohms 之之间。间。2IZUW效应效应: 过电压过电压 （电压浪涌）（电压浪涌）原因原因: 雷击脉冲电流峰值雷击脉冲电流峰值3/14/2022143.3效应（传导雷）效应（传导雷）雷击低压架空线雷击低压架空线低压架空线上的雷击的效应与高压架空线上的雷击低压架空线上的雷击的效应与高压架空线上的雷击的效应是不

10、同的。的效应是不同的。基本的区别是：低压架空线上的雷击非常接近建筑基本的区别是：低压架空线上的雷击非常接近建筑物，导线上可传导部分的雷击电流进入邻近建筑物物，导线上可传导部分的雷击电流进入邻近建筑物内。内。资料来源资料来源: 德国雷电防护和德国雷电防护和EMC技术中心技术中心 (BET)效应效应: 在低压供电系统产生过电压（浪涌）在低压供电系统产生过电压（浪涌） 和传导部分雷击电流。和传导部分雷击电流。原因原因: 雷电电流脉冲峰值。雷电电流脉冲峰值。3/14/2022153.4.1远处的雷击引起的电压浪涌耦合远处的雷击引起的电压浪涌耦合远处的雷击远处的雷击当雷电流通过某导体时，在该导体周围将会

11、形成磁场。如果某一导线环路靠近有雷电流通过的导体（雷电放电通道），根据电磁感应原理，导线上就会产生感应过电压。 maxdtdi效应效应 ： 感应耦合感应耦合引起原因引起原因 ：雷电流的最大陡度：雷电流的最大陡度Lightning arrestersLines running parallelConductor loop导线环路导线环路3/14/2022163.4.2效应（感应雷击）效应（感应雷击）雷击发生时产生极大峰值和陡度的雷电流 雷电流在周围空间产生强 大的变化磁场磁场中的导体感应出较大的过电压感应过电压通过传导线击毁设备3/14/2022173.5效应（操作过电压）效应（操作过电压）电源

12、开关转换电源开关转换开关转换几乎发生在任何有用电设备的地方。特别是在一些有大容量电感设备的场合，例如： 电动机 变压器 扼流线圈 空调装置 焊接设备 长的灯串效应效应 : 电源线上的过电压（浪涌）电源线上的过电压（浪涌）原因原因 : 在电源线上的开关转换所致的暂态浪涌在电源线上的开关转换所致的暂态浪涌 （操作过电压）的高电流陡度。（操作过电压）的高电流陡度。资料来源资料来源: Kopecky/Aachen3/14/2022183.6.1 浪涌过电压导致的损害浪涌过电压导致的损害 2003在湖南，一次晚上雷击，在湖南，一次晚上雷击，使烟叶自动化收购的使烟叶自动化收购的10条线、条线、40多台设备

13、全部陷入瘫痪状多台设备全部陷入瘫痪状态态 2000年年5月月31日，三明市尤溪日，三明市尤溪县烟草局遭雷击县烟草局遭雷击,击坏计算机击坏计算机服务器、电话端口、电话机、服务器、电话端口、电话机、网卡等设备，直接经济损失网卡等设备，直接经济损失万多元万多元3/14/2022193.6.2 浪涌过电压导致的损害浪涌过电压导致的损害 2001年年7月月13日，兴化市烟草公司遭雷击，击坏计算机设备，经济日，兴化市烟草公司遭雷击，击坏计算机设备，经济损失约损失约5万元。万元。 20032003年年6 6月月6 6日晚的雷雨，造成南宁市烟草专卖局多台设备受损。日晚的雷雨，造成南宁市烟草专卖局多台设备受损。

14、主楼二楼电脑室的一个交换机损坏，该交换机连接至主楼三楼；主楼二楼电脑室的一个交换机损坏，该交换机连接至主楼三楼；与电信局连接的与电信局连接的XDSL modemXDSL modem、交换机（交换机（3 3个端口）、路由器（个端口）、路由器（LANLAN端口）损坏。附楼二楼安保科电脑的鼠标接口及网卡损坏；资料端口）损坏。附楼二楼安保科电脑的鼠标接口及网卡损坏；资料室电脑主机及显示器损坏。附楼三楼交换机有两个端口损坏（不室电脑主机及显示器损坏。附楼三楼交换机有两个端口损坏（不是装有是装有SPDSPD的那两个端口）。经现场调查，此次雷击损失是由于雷的那两个端口）。经现场调查，此次雷击损失是由于雷击电

15、磁场在电源线、电信局专线、网络线感应，产生雷电波，并击电磁场在电源线、电信局专线、网络线感应，产生雷电波，并沿这些线路侵入，造成电脑、交换机、设备端口等受损。沿这些线路侵入，造成电脑、交换机、设备端口等受损。3/14/2022203.6.3 浪涌过电压导致的损害浪涌过电压导致的损害 2000年上海。年上海。8月月27日日14时左右，时左右，某烟草公司仓库遭雷击，击坏二楼某烟草公司仓库遭雷击，击坏二楼控制室控制室11块仪表板。块仪表板。 2002年年6月月2日，广东烟草云浮市有日，广东烟草云浮市有限责任公司被雷击，损坏电视机限责任公司被雷击，损坏电视机1台。台。 20052005年年6 6月，四

16、川省乐山烟草公司遭月，四川省乐山烟草公司遭受雷击，损坏设备达受雷击，损坏设备达2020余万元。余万元。3/14/2022213.6.4 浪涌过电压导致的损害浪涌过电压导致的损害 2004年年9月月5日日,长春市远达大街某仓长春市远达大街某仓库遭雷击起火后现场库遭雷击起火后现场,该仓库损失逾该仓库损失逾百万。百万。 2005-7-72005-7-7上海宝山顾村镇变电站昨上海宝山顾村镇变电站昨遭遭7 7次雷击次雷击 造成大面积停电被雷击造成大面积停电被雷击的断路器烧得面目全非。的断路器烧得面目全非。3/14/2022223.6 浪涌过电压导致的损害浪涌过电压导致的损害 直接损失直接损失 火灾危险火

17、灾危险 人员伤亡人员伤亡 浪涌导致物理器件损坏浪涌导致物理器件损坏 间接损失间接损失 数据和信息的丢失数据和信息的丢失 不能提供服务之损失不能提供服务之损失 传递错误指令使设备停产传递错误指令使设备停产 信誉损失信誉损失 系统技术可靠性下降系统技术可靠性下降 重新投资重新投资3/14/2022233.7损害统计损害统计雷电浪涌引致的损坏报告，包括直接雷击和雷击产生的效应导致的损坏雷电浪涌引致的损坏报告，包括直接雷击和雷击产生的效应导致的损坏风暴1%其它 27%疏忽23%雷电和过电压浪涌雷电和过电压浪涌31%失窃7%水灾6%火灾5%根据9000例损失报告的分析3/14/202224Chapter

18、 4.0雷击放电及其效应的保护体系雷击放电及其效应的保护体系3/14/2022254.0雷电保护系统方案雷电保护系统方案接闪器引下线地网外部屏蔽建筑物外部雷电保护内部屏蔽防雷器等电位连接建筑物内部雷电保护雷电保护系统 GB50057-94IEC 1024、1312、16433/14/2022264.1 IEC 61312-1 关于雷击保护等电位系统的分流模式关于雷击保护等电位系统的分流模式一个完整的雷击电流通过如下途径泄放：50%雷电流泄放入地另外50%通过其他途径泄放：大约10%从水管泄放（金属）大约10%通过煤气管道泄放（金属）大约10%通过输油管泄放（金属）大约10%通过电力线缆泄放最多

19、大约5%或5KA的电流通过通信线缆泄放50 %50 %3/14/202227被保护空间必须首先被分成不同的防雷保护区。被保护空间必须首先被分成不同的防雷保护区。这是为了定义雷电电磁脉冲（这是为了定义雷电电磁脉冲（LEMP）影响程度不同的空间，也是为了选择等电）影响程度不同的空间，也是为了选择等电位连接点的适当位置。位连接点的适当位置。4.2 防雷保护分区的概念防雷保护分区的概念 根据根据 IEC 61024-1, 61312-1 and DIN V VDE 0185 Part 40B区0A区1区2区3区3/14/2022280B区区0A区区1区区2区区3区区4.2 把电源线和数据线连接进等电位

20、连接系统把电源线和数据线连接进等电位连接系统数据线数据线电源线电源线3/14/2022294.3 雷电保护的等电位连接雷电保护的等电位连接 等电位连接的目的是减小防雷保护区内金属构件和系统之间的电位差0B区区0A区区1区区2区区3区区3/14/2022304.4 雷电保护的总等电位连接系统雷电保护的总等电位连接系统PEN导线到建筑物接地系统之间的连接第一级防雷器到建筑物接地系统之间的连接。导线最小横截面积：16 mm2 铜线所有金属构件到等电位连接排之间的连接等电位连接排到建筑物接地系统之间的连接3/14/2022314.5 各种不同的等电位连接方式及其相互连接各种不同的等电位连接方式及其相互

21、连接SMMmSs基本等电位连接系统基本等电位连接系统星型结构星型结构格栅型结构格栅型结构等电位连接系统等电位连接系统与公共接地系统与公共接地系统之间的连接之间的连接ERP3/14/2022325.0防雷器的类型及其典型应用防雷器的类型及其典型应用如何限制雷电电流和浪涌过电压如何限制雷电电流和浪涌过电压火花间隙火花间隙高性能的火花间隙有极高的放电容量，这就是它们被用于第一级防雷器（雷电保护器）的原因。压敏电阻压敏电阻压敏电阻多被用于第二级防雷器（浪涌保护器）和第三级防雷器（精细保护）。压敏电阻通过雷电流的能力是有限的。二极管二极管双向二极管，或称为限压二极管，仅被用在精细保护中，有很快的响应特性

22、，但放电容量很有限。3/14/2022335.1 防雷器工作原理（电源防雷器为例）防雷器工作原理（电源防雷器为例）电源防雷器并联于电源防雷器并联于380/220V三相四线三相四线正常情况下防雷器处于断开正常情况下防雷器处于断开或高阻状态或高阻状态设备L1L2L3NE3/14/2022345.2电源防雷器工作原理电源防雷器工作原理 当电网由于雷击出现瞬时脉当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时冲电压时, , 防雷器在纳秒内导通，将脉防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又冲电压短路于地泄放，后又恢复为断开或高阻状态，从恢复为断开或高阻状态，从而不影响用户设备的供电。而不影响用户设备的供电。设备

23、3/14/2022355.3 耐受电压的要求耐受电压的要求 (根据根据 IEC 60364-4-443/1995)BCD12346kV目标4 kV2.5 kV1.5 kV设备必须的脉冲耐受电压和OBO防雷器提供的保护水平之间的比较（ 230/400V交流电）。电源线引入处的设备作为固定装置的一个组成部分的设备连接于固定装置上的设备要求提供特殊保护的设备安装在主配电柜安装在分配电柜安装于终端设备前端过电压过电压类别类别 IV过电压过电压类别类别 III6 kV2 kV1.3 kVOBO- Bettermann 浪涌保护器1.0 kV过电压过电压类别类别 II过电压过电压类别类别 I3/14/20

24、2236Chapter 6.0 防雷工程分析及应注意的问题防雷工程分析及应注意的问题相关负责人员的重视相关负责人员的重视防雷工程分析防雷工程分析 全国各地的年雷暴日不同、建筑物所处的地理环境不同。 防雷是个系统工程，应该由专业的设计人员、专业的公司来完成。 具有国家相关机构颁发的防雷设计、施工资质。 根据相关标准、现场情况进行完善的外部、内部防雷保护设计。防雷工程验收防雷工程验收 审查设计文件 审查竣工图纸 工程验收3/14/2022376.1.1权威部门的测试报告权威部门的测试报告例如：信息产业部防雷性能质量监督检验中心的测试报告及保险3/14/2022386.1.2 防雷器的选型防雷器的选

25、型需要考虑熄弧以及方便维护检测的防雷器件需要考虑熄弧以及方便维护检测的防雷器件3/14/202239主等电位连接排，或端子，或保护地连接排L1+L2 0.5 mL2L16.1.3 防雷器的连接线防雷器的连接线如果现场无法满足防雷器连接线的长度要求（ 0.5 m 根据VDE V 0100, Part 534），那么就不要用跳线的连接方式，而改用V形连接方式。注意将已保护的线和未保护的线尽可能的保持较远距离的布放。主等电位连接排，或端子保护地连接排3/14/2022406.1.3 安装指导安装指导 / 线缆布放线缆布放 已保护的线和没有保护的线应分开，不可靠在一起平行布线 防雷器的引入引出线的布置

26、应避免形成环路不正确的安装不正确的安装3/14/2022416.2安装指导安装指导50Fe25Al16Cu导线橫截面积导线橫截面积mm2材料材料可负荷雷电流的连接线的最小橫截面积。 . DIN VDE V 0185, Part 3: 20023/14/202242Chapter 7.0简单应用举例简单应用举例3/14/202243IBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM Compatible楼 层 分 配

27、电 箱楼 层 分 配 电 箱楼 层 分 配 电 箱大 楼 总 配 电 柜变 压 器 室电 源 保 护 配 置 简 图V20-C系列V20-C系列V20-C系列7.1电源系统例子电源系统例子3/14/2022447.2 通信网络防雷器的选型通信网络防雷器的选型 根据网络设备所处位置确定保护类别(级别) 网络的拓扑结构类别 设备之间的传输速率 设备的工作电平 接口的形式3/14/2022457.3信息系统例子IBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM CompatibleIBM Compatib

28、leIBM CompatibleIBM Compatible管理区子系统设备间子系统建筑群子系统局域网/广域网保护配置简图管理区子系统管理区子系统工作区子系统工作区子系统工作区子系统进出大楼的各种通信线RJ45S-E100/4-FRJ45S-V24T/4-FRJ45S-ISDN/4-FRJ45-TELE/4-FKoaxB-E2/MF-F3/14/202246技术参数技术参数7.4维护手段维护手段1：ISOLAB 测试系统测试系统ISOLAB 防雷测试仪可以进行下列测试：防雷测试仪可以进行下列测试：使用便携式模块测试仪，预装测试插座，防反插设计，使用便携式模块测试仪，预装测试插座，防反插设计，也提供外接端子。也提供外接端子。 B级防雷器MC 50-B VDE 和 MC 125-B/NPE 能量自调整B级防雷器MCD 50-B 和 MCD 125-B/NPE B+C级防雷器 V25-B+C (所有电压系列) 和 C25-B+C/NPE C级防雷器V20-C (所有电压系列) 各个厂商生产的压敏电阻器在1mA 点的特性值 绝缘电阻测量（根据DIN VDE 0100/Part 610）3/14/2022477.5 维护手段维护手段2:雷电流峰值记录雷电流峰值记录 记录范围