中学校园网络防雷计划

第17页共17页＊*＊*中学校园网络综合雷电防护方案设计单位：＊＊＊＊联系电话：＊*＊*设计日期：**＊＊年１０月前言在任何时候，地球上都有大约２000阵雷雨，每百分之一秒就有一道闪电，或者说每分钟有6000道闪电射向地面.全世界每年有1０0０人死于雷电。美国研究报告［AD-７2２６７５］指出:当雷电活动时,磁感应强度达到0。07GS时，计算机发生误动作，当磁感应强度超过2。４GS时，计算机发生永久性损坏。根据湖南省人民政府湘政办发［２0０0］18号关于《加强防御雷电灾害管理工作》的通知，凡大型共用建筑、住宅区、工业园区,特别是高层建筑、工业烟囱、水塔、重要物资仓库、易燃易爆品仓库、气站、油库、露天堆场、电力、化工、通信、医疗、电视广播设备、计算机网络系统、金融、保险、交通管理系统、中央空调系统以及其他易遭雷击的建筑物等,必须严格按照国家有关技术规范要求，安装避雷设施或防静电保护设施。在学校的弱电设备里，尤其是其网络设施，特别需要考虑对其进行完善的防雷保护,否则一旦出现雷击事故，损坏了网络设备的话，产生的后果不堪设想。因此,我们在此次方案设计当中，根据其重要性，我们对学校的网络系统中的核心交换机、楼层交换机、路由器、服务器、ＵPS后备电源等设备进行全面的雷电防护,以确保在雷电灾害发生时,网络设备能正常工作.雷电感应及浪涌过电压所谓瞬间过电压是指在微秒至毫秒级的时间之内在导体上所产生的尖峰冲击电压,此种尖峰冲击电压是有别于一般电源上的所谓过电压的,原因在于一般电源过电压可能维持数秒或数秒以上，且冲击波形没有尖峰冲击电压所产生的波形峰值高。尖峰冲击电压造成的损坏往往是非常严重的，尤其是现在大量应用到工作和生活当中的微电子设备.瞬间的尖峰过电压成因有三种:雷击电磁脉冲产生的感应过电压、电器开关动作产生的操作过电压、地电位反击产生的冲击电压。1、雷击：一般建筑物避雷网只能保护其本身免受直击雷所损毁,但雷电会通过以下一些形式及途径破坏电子设备：一种情况是雷电直接击打在电源输入线上，继而进入损坏设备,虽然电力传输线上都安装了各种保护间隙和电力避雷器和隔离变压器,但这只可使雷电冲击波经过输电线路侵入时，把线对地的电压限制到小于6０00伏［GB—5034３（２004)］,而线对线之间则无法控制。另一种情况是感应方式,如电阻性,电感性或电容性隅合到电源、讯号或电话线上，通过传导进入建筑物内,最终危害设备.在学校的网络系统中，交换机、服务器等设备的电源线路和信号线路都是极易耦合雷电感应冲击波的。2、操作过电压:众所周知,当电流在导体上流动时，会产生磁场把能量储存,电流越大及导线越长，储能越多,所以当大负载（特别是电感性负载如变压器、整流线圈等）电器设备开关时，便会产生瞬间过电压。根据多种世界认可研究标准，一般电源线上的瞬态感应电流在３00０安培左右,绝不超过10000安培,而瞬态感应电压则不超过6０００伏，在数据/讯号线及电话线上，瞬态感应电压一般在５00０伏左右,而瞬态感应电流则大约为数百安培(据CＣIＴT测试)。３、地电位反击:建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等)遭受直接雷击，在接地线上就会产生危险的过电压，由设备的接地线引入设备,造成对设备的损坏。雷击及过电压对教育系统弱电设备的危害瞬间过电压造成的后果体现于下列四个方面：1、设备损坏，工作人员伤亡；2、设备或元件的使用寿命降低;３、传输或储存的信号或数据(模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪。４、整个网络系统的工作瘫痪，如监控数据图象传输暂停、局域网乃至广域网遭到破坏，其间接损失或政治影响远远大于直接经济损失.四、系统防雷技术由于雷电对设备的破坏是全方位的，学校的网络系统的防雷是一个复杂的问题,是一个系统工程,需要采用综合治理的方法,对症下药将各类可能产生雷击的因素排除，才能将雷灾威胁减少到最低限度。虽然安装防雷器可大大减低设备的受损机会，而且可以在任何现存的建筑物及运行中的设备上安装，但要达到最完善的防雷保护技巧必须从建筑物的结构及内部布局设计及规划时就开始考虑。现代防雷的基本方法归结为:接闪、均压等电位、接地、分流、屏蔽。基于此,在实际防雷工程中应着重考虑以下主要因素：１、外置设备如CCTV．天线．空调等必须尽量置於建筑物避雷网45Ｏ角内之保护区，否则必须要有其他相应之接地措施.2、设立一套良好的建筑物避雷网。在可能情况下尽量增加建筑物外部的下导地金属体使雷电电流有更多分流途径，使其所产生之相应磁场减少，亦即是因电感性隅合到传输线的机会降低。3、接地措施：所有进入室内的公共设施包括水管、电话线、电源线、气体供应管必须与建筑物避雷网处于同一“接地”，而且最好能于同一处进入室内。4、室内的电子设备应尽量置于远离建筑物避雷网导地金属体。5、布线及屏蔽考虑：室内的布线，包括各类传输线之间应尽量减小形成回路,并且最好能用两端已接地的金属导管／槽作为各类传输线的屏蔽，这样就把传输线感应到瞬间过电压的机会减至最少.６、两座建筑物之间之数据和讯号线最好能采用光纤电缆,否则应该使用屏蔽线槽敷设。五、设计依据本方案设计和施工均参考以下标准:《建筑物防雷设计规范》ＧＢ50０５7-９4《电子设备防雷保护导则》ＧB7450－８7《电子计算机机房设计规范》GB５0174-93《计算机场地安全要求》ＧB9361-88中华人民共和国电气装置国家标准8８ＳD５6６电子电气工程师协会标准IEＥE1100-１992ＩＥＣ国际电工委员会标准IＥＣ1０24(IEＣ102４－1，ＩEＣ131２－2)ＩＥＣ1312（IEＣ13１２-1，IEC131２-2，IＥＣ1３１2-3）ITV国际电信联盟防雷建议其它相关标准和规范。六、学校的网络设备的防雷设计方案＊＊*＊中学校园网络机房现场勘测防雷状况***＊中学位于桃源县城，地势较平,对于周边属高建筑群,在学校附近有一条河流,种种迹象表明，该学校属雷击多发地。学校有现代教育技能中心科教一栋,教学楼四栋。网络机房、有线电视机房、校园广播机房分别在现代教育技能中心科教楼二、三楼,网络机房虽有独立的防雷保护地网，但机房设备均没有做防雷措施.有线电视与校园广播机房在同一个机房，均没有做等电位处理,也没有做防雷措施。且大楼的电源与信号进出线路布线极不规范，这样很容易遭受感应雷电流的袭击，从而会导致校园网络一些电源设备被损坏。由于客观的地理环境原因（根据湖南省气象局统计资料，其年平均雷爆日约为４９。６天左右,属于多雷区,每年每平方公里雷击次数Ｎｇ=0.024Td¹·³约为４次）以及防雷设施的不完善，雷击较为严重。（二）现在应该采取的防雷措施１、等电位连接a．位于现代教育技能大楼三楼的校园网络中心机房面积约为14m2，位于二楼的有线电视及校园广播机房约10m２,在机房内的所有设备需要采取等电位连接措施，使用等电位接线盒做环型的接地汇流排，同时，由于中心机房有独立的接地措施，本着结约的原则,有线电视及校园广播机房的接地可以采取共地不共点的作法降低成本预算，无需再在大楼外的空地中建设一个独立的地网,只需与中心机房、有线电视及校园广播机房内的均压环连接，以防止因地电位反击造成的对设备的损害.（如独立地网电阻值大于机房设备接地要求,须重新建设独立地网）ｂ。将中心机房、有线电视及校园广播机房里所有金属体(如机柜、金属隔断、金属门窗、交流接地、直流接地、信号屏蔽等)以最短距离采用２.5mｍ2多股软铜线与接地汇流排实行电气连通。c.网络设备的数据传输线缆按照GB５0０57—94（2０００版）和GＢ5０３4３－２004标准的要求应敷设屏蔽线槽或线管，两端进行接地。d。进入大楼的各种金属线路和可导电金属体均应实行等电位连接.2、屏蔽中心机房、有线电视及校园广播机房应当采取屏蔽措施，以防止雷电脉冲对网络设备的破坏。b。网络设备放在金属的标准机柜内，机柜要接地,以形成一个类似法拉第笼似的屏蔽体。3、加装防雷及浪涌保护器：a.根据ＧＢ50057—9４（2０00版)的第２。0．4条的要求预计年雷击次数大于或等于0。06次的带有精密电子通信设备的建筑物都需要进行建筑物和机房的电源防雷保护。b。湖南省属于多雷区，年均雷暴日为4９.6天以上.因此必须按照建筑物和电子信息机房的防雷规范进行严格的电源部分四级雷电防护。ｃ.在中心机房总配电箱内、终端的重要网络设备电源进线端分别安装一、二、三、四级的防雷器。ｄ．核心交换机、服务器、UPＳ、楼层交换机等设备均应安装电源的防雷器.（三）保护的设备1、校园网络教育系统的设备清单核心交换机、楼道交换机、服务器、ＵＰＳ电源、学生教学机房、有线电视、校园广播等。2、通信线路网络设备的信号线路（RJ45接口）,采用光纤接入,由于光纤为不导电体，顾此可以不做考虑.主要是有线电视大楼与大楼之间的通信线路保护。（四）采用的产品经过性能、价格、售前及售后服务等各方面的综合因素考虑，我公司决定采用“瀚易”牌电源系列防雷及浪涌保护器。“瀚易”牌防雷系列产品有着优良的性能，许多重要元器件采用国际知名品牌的元件，通过了国家相关权威部门的检测。产品全部通过了国家雷电装置测试中心的检测,该产品已广泛应用于政府、金融、电力、铁路、税务、企事业单位，得到了客户的一致好评.（五)、防雷系统方案电源第一级防雷保护位置:学校总配电处目标:防止直击雷产生的强大雷电流电源系统的第一级防雷保护使用“瀚易”牌HY3８P-１00防雷箱，能泻放最大1００KＡ（8／２0uｓ）的直击雷和过电流．（共1套)学校总配电箱学校总配电箱总配电箱第一级防雷保护前置空气开关HY38P-100项目技术参数产品型号HY38Ｐ－100额定工作电压Uｎ220/38０Ｖ最大放电电流8／２0µs10０KA最大持续工作电压３８５/６60响应时间tａ≦２5ｎs保护水平（８/2０)us2。５ＫVIP等级IＰ２0电源第二级防雷保护位置：办公楼、各教学楼总配电处目标：防止残余电压、雷电感应电流在各大楼总电源输入端安装一套“瀚易"牌ＨY3８P-40防雷箱，能防住最大4０ＫA的感应雷和过电压。(５套）各各教学楼总配中心机房UPS前端第二级防雷保护前置空气开关HY38P-40项目技术参数型号ＨY38P—40工作电压Un3８０V标称放电电流4０ＫＡ最大通流量Iimp80ＫA(8／2０ｕｓ)响应时间ta２５ｎｓ电压保护级别≦2.2KＶIP等级IP2０电源第三级防雷保护位置:网络机房、有线电视及校园广播、教学机房、各教学楼交换机配电处目标：防止残余电压、雷电感应电流各机房设备前端各机房设备前端第三级防雷保护前置空气开关各机房设备前端各机房设备前端第三级防雷保护前置空气开关HY38P-20项目技术参数 型号HY２2P－20工作电压Un２20V标称放电电流１０KA最大通流量Iiｍp20ＫA(８/２０us）响应时间ta２5ns电压保护级别≦2．2KVIＰ等级IP２0电源第四级防雷保护位置：网络机房UPS电源输入端目标:防止残余电压、雷电感应电流UPS前端UPS设备前端UPS前端UPS设备前端第四级防雷保护前置空气开关HY38P-10项目技术参数型号HY2２Ｍ-20－38５(2+0)工作电压Un220V标称放电电流１0KＡ最大通流量Ｉimp20KＡ(８/２0us）响应时间ta25ｎs电压保护级别≦２．2KＶIP等级IP２0信号系统防雷:在有线电视的分支器前端安装ＨＹ1760TＦＬ１０信号避雷器,并做接地处理。项目技术参数型号HＹ1７６0TFＬ1０工作频率95０/2０50标称放电电流5KA最大通流量Iiｍp10KA(8/20us）响应时间ｔａ2５ｎs驻波比1.15插损0。15特性阻抗７５成都东方瀚易科技发展有限公司产品特性：１:采用多芯片并联技术,良好的均流设计。2:多芯片并联组合的大通流余量，保证了防雷箱的长寿命。3:对单个芯片的过热和冲击电流保护，使防雷箱具有很高的安全性,彻底避免火灾.4:有遥信装置，实现损坏告警，便于监控,用户可自主选择。5:SPＤ都具有劣化指示.六接地系统防雷器件首先起到的作用是对雷电流的吸收和泄放作用，同时也是一种“等电位连接器".所有的防雷产品器件的防护原理均是在雷击发生的瞬间内，迅速启动响应,保证设备、大地、建筑物及其附属设备之搭接构成一等电位体，从而避免过电压的损坏，实现均压等电位的关键就是整个机房的地线系统.如果因土壤地址条件，接地极不能深入地下，则可采用两组垂直接地系统并联的方式来达到接地电阻小于４欧姆的要求.所以说接地系统在系统防雷中非常重要的。地网装置现状考虑到＊**＊中学网络机房现已有独立地网,本着成本节约的原则，无需再做机房独立地网.只需将现有地网进行整改则可。１、接地系统设计的重点在于:用较少的材料和较低的安装成本完成最有效的接地装置，制定设计方案时应基于以下一些方面.根据接地功能而定，可分为保护接地–保护人和动物免遭电击；工作接地–把接地棒和电子设备相连接，以达到等电位，保证设备正常工作;防雷接地–把大气层中强大的冲击电流释放到地下在所有的电子系统中,接地扮演着生死攸关的角色。根据工程师们研究的结果，保护接地和工作接地能够直接和防雷接地相连,也可以通过能限制过电流和高频谐波的绝缘线圈和防雷接地相连。2、影响系统设计的重要因素接地系统所需要满足的不仅仅是低电阻,更重要的是低冲击电阻，它能最大程度地降低雷电流导入地下时引起的感应电动势（快速的电位上升)。因此，我们在进行接地系统方案设计时,应多方面考虑土壤条件、接地棒材质、接地棒类型等各种因素。2.1、土壤条件:土壤（类型）电阻率（Ω土壤（类型）电阻率（Ω•m）沼泽地2—2.7沃土和粘土4-150白垩土60-400沙土90-8000泥炭土>200沙地的沙砾300-500岩石>1000温度[°C]土壤电阻率[Ωm]207210990(水)1380(冰)300-5790-153300物理成分：按照不同的土壤成分，电阻率范围可以从几Ω•m到几千Ω•m。应尽可能避开干躁性、沙地性和岩石性土壤，参考上图左.温度:土壤温度的变化对电阻率的影响也很大，参考上图右，以湿度15.２%的沙土为例。湿度:增加土壤的湿度可以迅速地降低其电阻率。在降雨变化很大的地区,考虑土壤的湿度是非常重要的。因此,接地棒应该尽可能安装到地下水位线下或永久性的地下水位层.2。２、接地体材料选择接地材料时，应考虑到它的耐腐蚀性.我们必须保证,接地电阻值不会随时间的推移和受腐蚀的程度而增加，达到较为理想“恒定的低电阻”，接地体镀铜是一个比较好的选择。2。3、接地系统类型对于多个垂直接地体组成的接地系统，有一点是非常重要，即：垂直棒之间的距离至少要等于所安装的棒的长度Ｌ,但不能超过10米.因此,在土壤电阻率很高的情况下，接地体可与降阻材料同时使用。根据湖南省各地区的土壤地质特性，我们特提出了三维立体接地网的设计概念,既：在水平接地网基础上把多根经过计算入地深度、位置和根数的垂直镀锌接地棒打入地下深处，并与水平接地网连接起来，在地下的深层形成的半球散流接地网称为三维立体接地网.其主要特点是通过垂直镀锌接地棒来降低整个地网的接地电阻值。接地电阻值随垂直镀铜接地棒长度的增加和土壤电阻率的减小而减小。在实际三维立体接地网中，垂直镀铜接地棒较长,它能穿透到地中深层,受地中矿物质、地下水等因素影响,有些地方还会出现低土壤电阻率,使接地电阻大大降低。３、垂直接地极接地电阻的计算公式式中：R———垂直接地极的接地电阻；

ρ———土壤电阻率;

L—-—垂直接地极的长度;ｄ——-接地极的等效直径。垂直接地极主要利用下列因素提高接地电阻的降低效率：a）增加接地极的长度Ｌ；ｂ）利用电阻率较低的深层土壤，降低土壤的平均视在电阻率ρ;c)在接地极周围形成低电阻率材料填充区，相当于增大了接地极的等效直径ｄ。垂直接地极形成前后并不改变深井以外土壤的结构、电阻率和地下水分布。也就是说,垂直接地极对土壤的类型、地下水含量没有特殊要求，当位置选定后它的接地电阻取决于接地极的规格和土壤的电阻率.显而易见，当垂直深井接地极用于上层土壤的电阻率很大、土层厚度小于接地极长度、下层土壤的电阻率很小的地区时，它的降低接地电阻的效果很明显。４、采用的接地体数量及施工工艺。根据现场的土壤地址条件，本方案建议每个地网采用4套垂直接地极,注:1．接地引下线的连接必须在防雷设施前进行；２.UPS电源插座必须就近与均压等电位相连接.根据分析，我们设计的方案是：地网的垂直接地体选用长2．５m5×50(单位:mm)角钢，共１0根，在距离水平地表面0。8至1。0米的深处形成间距距离为2米的两条封闭状带。水平接地体选用4×4０（单位:ｍｍ)扁钢(截面为160ｍm2，满足国标要求:≥１00mm２).将水平接地体焊接在垂直接地体的条状带上，形成的地网设计图见ＨYPＥRLINＫ附件4中心机房的接地通过Φ25mm2的多股铜线（接地引下线）接到地网上.七设备安装清单教学大楼防雷整改型号或措施产地作用安装位置数量备注等电位连接器中国用于中心机房内的均压等电位连接设成环形回路4个防止接触不良引起的接地电阻增大辅助材料绝缘子、膨胀螺丝、铜线耳、热塑绝缘导管等接地导线BVＲ—２.５mｍ2中国各电子设备的保护接地、交流接地、UPS的直流接地、信号接地1卷接地导线BＶR—35mｍ2中国电源防雷器接地线１00米HY３8P—100瀚易电源第一级防雷器并联安装在学校的总配电柜开关前端1套相线和零线使用１６mｍ２铜导线，地线使用３５mｍ2铜导线。ＨY３８P－４０瀚易电源第二级防雷箱并联安装于办公楼及各教学楼总配电处5套相线和零线使用10ｍｍ2铜导线，地线使用3５mm２铜导线。ＨY２２Ｐ-20瀚易电源第三级防雷器并联安装于各机房及楼道交换机电源输入端8套相线和零线使用1０mm2铜导线，地线使用３５mm2铜导线HＹ2２P-10瀚易电源第四级防雷器并联安装于UPS电源输入端1套相线和零线使用10mm2铜导线，地线使用３5mm2铜导线ＢVR—10mm2软铜导线中国防雷器的连接导线100米ＢVR－16ｍm2软铜导线中国防雷器的连接导线100米屏蔽、接地用于信息线路的金属线槽在每个楼层均用BVＲ－6ｍm２导线作两处以上的跨接与接地光纤电缆的加强钢筋、金属门窗、消防水管、暖气等设备也做等电位处理并接地5、遵循的标准瀚易牌防雷及浪涌保护产品：依据DINIEC1312-1、DＩNVDE０67５(使用的雷击区域规定）、VDE０110ｐart１（关于防止低压系统中过压干扰)、ＤIN４３8８0的标准设计，工程师协会标准IEEE、中国GB209９.1－1996、GＢ10０２-199６和GB2０9９．３－１9９7的最新标准。通讯网络产品:依据DINIEＣ１３1２-１、DINVDE0１85的103部分、DINVENV50142、IEC10０0—4—5、工程师协会标准ＩEＥＥ。八、工程施工及进度（一）、施工时间以不影响业主的正常运作为原则，施工时间尽量安排在休息日、节假日或晚间进行。时间安排（天）人员（天)施工项目施工内容及材料安排工具仪表前期准备31人工程材料下单、防雷设备的备货、运输防雷器工程辅助料电焊机、全套五金工具箱、冲击钻、卡压钳、其它辅助工具等地电阻测试仪、万用表、测电笔、其它等工程施工３3人电源防雷工程网络系统防雷工程机房等电位工程防雷器的定位安装、接地机房等电位连接不合格设备接地后期阶段21项目验收工程文档整理(二）、施工方法工程实施方法按如下方式进行(如图示):现场勘查现场勘查提供防雷方案提供防雷方案确定施工计划确定施工计划按计划施工按计划施工工程验收、交付工程验收、交付1、电源部分：电源部分分二个步骤:第一步骤是ＳPD的定位，根据SPD安装规范,SPD距配电设施越近越好，距离不宜超过５—１0米;最好装在电源配电箱内，电源箱没有空间可以用防雷箱加装在电源箱旁；越近越好。第二步骤是SPＤ的连接：SPＤ的连接螺丝要拧紧，导线接口施工规范，施工时要断电操作,以保证安全。2、信号部分：重点是保证线路安全畅通、不间断,安装时要特别注意线不能接反、接错。3、等电位的制作部分：在不影响正常工作的情况下进行,进行等电位连接.（三)、施工质量保证体系为了确保项目工程质量并达到技术要求，