机房弱电系统防雷保护设计方案

机房

弱电系统防雷保护

设

计

方

案

杭州尚普电气科技有限公司

二OO六年三月

目录

1、概述............................................................2

2、计算机网络综合防雷..............................................2

2.1计算机网络的雷击危害........................................2

2.2现代防雷技术................................................4

2.3计算机网络的综合防雷.......................................6

3、现状及存在问题..................................................7

3.1现状.......................................................7

3.2存在的问题.................................................7

4、方案设计综述....................................................8

4.1方案设计依据...............................................8

4.2设计范围...................................................8

4.3保护对象...................................................8

5、具体分项设计....................................................9

5.1本系统雷电风险评估.........................................9

5.2电源系统的防雷设计.........................................9

5.3信号系统的防雷设计.......................................10

5.4等电位连接设计...........................................11

5.5接地系统设计.............................................12

6、工程预算......................................................13

7、图纸..........................................................14

8、附录..........................................................14

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1、概述

随着计算机和通信技术的快速发展，各行各业都不同程度地建立了计算机

网络，通信手段也越来越好，同时.，由于雷击而导致计算机与通信系统损坏的问

题也越来越严重。

由于雷电放电电压高、放电时间短，伴随着雷电的发生还产生静电感应、

电磁感应、冲击波效应、热效应、电动力效应、电磁辐射、光辐射等，这些物理

效应的共同作用，已严重危害室内电子信息系统设备的安全运行，甚至危及工作

人员的安全。

雷电灾害的波及面广。主要有以下几个方面的因素：

(1)积聚大量电荷的雷云有较大的活动范围，其放电电压高，持续时间短,

辐射范围可覆盖达儿十公里的范围；

(2)各种网络(电力、通信等网络)相互渗透、错综复杂；

(3)雷电浪涌过电压的引入途径多，人们的防雷意识不强，防范措施不完

善。

雷电的产生机理是相当复杂的，人类目前无法控制它产生与发展，我们能

做的就是采用综合的手段，堵截一切雷电侵入的途径，结合各种防雷产品，将雷

电对电子信息系统的损害降低到最低限度，从而避免雷害带来的经济损失和消极

社会影响。

浙江省XX市XXXXX中心意识到雷电的严重危害,经过相关协调与部署,

决定对信息系统进行防浪涌保护，根据信息机房的现场勘察，现提供保护方案如

下。

2、计算机网络媒台防雷

2.1计算机网络的雷击危害

1、雷电直接击中计算机网络物理线路

(1)雷电击中电源高压侧，雷电沿供电线路侵入到计算机网络系统供电

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部分，产生过电流与过电压造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电、致使整个

系统瘫痪。

（2）雷电直击网络无线通信的天线、沿天馈进入计算机网络系统，造成

通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏。

（3）雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、X25专线、电话线）,

产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路损坏；过电压过电流

沿通信有线线路侵入到计算机网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损

坏。

2、感应过电压

（1）回路感应过电压

由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路（如电源线、数据通

信线、天馈线），这些线路、网络结构布局错综复杂，在建筑物内部的不同空间

位置上构成许多回路，当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部

空间产生交变的脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路

中感应出暂态过电压，危及与这回路相连接的电子设备。

（2）线路感应过电压

网络通信线路上感应过电压分静电感应与电磁感应：

静电感应主要是指架空线路位于雷击点附近，由于雷云团先导通道中充满

电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云

中电荷迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷迅速释放，形成暂态过电压

波。这种波以接近光速的速度向架空线两侧传播，侵入线路两端连接的网络设备

将其损坏。

电磁感应主要是指当雷电直接击在避雷针或避雷带上时，由于雷电流幅值

大，波头陡度高，在雷电流的通道附近产生一个很强的瞬变磁场。这强大的磁场

将直接在电源线或网络通信线路上感应出过电压，侵入到网络系统中，损坏网络

设备。高强度（达30KA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1km范围内网络系

统产生影响，甚至造成系统设备损坏。据统计，这种感应雷击事故占计算机雷击

事故的70%o

（3）耦合与转移过电压

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雷击引起暂态高电压或过电压常常可以通过网络线路耦合或转移到网

络设备上，造成设备的损坏。

3、雷击地电位抬高入侵

建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地

体如地，如果网络设备绝缘距离不够或设备与避雷系统不共地，将在两者之间出

现很高的电位差，发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至危及人身安全。

4、电磁脉冲干扰

因为计算机及网络设备是由大量的大规模集成电路组成，其抗干扰能力弱,

虽采取了许多抗干扰措施，对低能量干扰比较有效，但对雷电电磁脉冲生成的过

电压过电流技术比较薄弱，对浪涌或雷电磁脉冲特别敏感，仅十儿伏的电压就可

通过电源系统、数据传输线等途径将毁坏计算机主板、RS-232口、多功能卡、

网络设备。

5、雷电反击

在计算机机房内，如果各设备没有进行等电位连接，当雷击发生时，各设

备上会由于感应过电压、雷电过电压引入等原因而带上不同的电压，这样在各设

备之间就存在电位差，这种电位差会在设备之间发生反击事故，损害网络通信设

备，甚至会对操作人员造成伤害。

2.2现代防雷技术

1、现代防雷技术的防护原则

现代防雷技术强调的防护设计原则是：

•全方位防护、综合治理、层层设防；

•因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击所发生的人身伤亡和财产损

失，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

2、现代防雷理念

根据IEC国际电工委员会推荐，综合运用DBSE技术一即分流（Dividing）、

均压（Bonding）、接地（Earthing）、屏蔽（Shielding）,使用分区分级保护的方

法，可以逐级将雷电流降低，最终控制在设备能承受的电压范围之内。大量实践

证明，这些措施是非常有效的。

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所谓分级防护就是在各防雷区的交界处装设高科技产品一一电涌保护器

（SPD）,当雷电流流过各类线缆时，通过电涌保护器的削峰、分流作用，将雷

电流逐级地降低。

为了更好地运用各种防雷措施（器件），合理地分配各自承担的雷电能量，

IEC标准将需要保护的空间按雷电电磁脉冲强弱程度分为不同层次的防雷区，进

而对于在各防雷区的入口处进行等电位连接和电涌保护器配置提出要求。划分防

雷区是计算机网络、电子信息系统防雷的重要概念。防雷区划分方法如下：

防雷区LPZOA：此区中各对象会承受直击雷，从而流过全部雷电流。雷电电

磁场并未衰减。

防雷区LPZOB：此区中各对象不会承受直击雷，但雷电电磁场并未衰减。

防雷区LPZ1：此区中各对象不会承受直击雷，但雷电流有所分流。如有屏

蔽，电磁场会有所衰减。现代建筑的钢筋结构就是一种屏蔽。此区的主要防雷措

施是等电位连接（在LPZO和LPZ1的交界处）和装设电涌保护器（LPZ1的入口

处）。

防雷区LPZ2：如果需要进一步减少雷电流和电磁场，就要进一步引入防雷

分区。此区所需防雷措施根据保护对象的需要而定。此区实际是在楼内的某个防

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雷和防电浪涌要求特别高的计算机房、通讯机房或监控室。进一步减少雷电电磁

脉冲要求采用机房屏蔽和次级电涌保护器。

必要时再设级别更高的防雷区。

2.3计算机网络的综合防雷

现代计算机网络防雷击过电压是一个系统工程（如下图），主要原理是通过

接闪、引下、分流、接地为瞬态过电压的脉冲电流提供一条低阻抗的通道，同时

尚需防止通过磁场和电场对设备的干扰。保护措施主要从以下五部分着手：

1.外部防雷-一避雷针、引下线和接地装置（防雷电对建筑物及人员伤害）;

2.屏蔽及其接地措施（防电磁脉冲引入）；

3.均压等电位联结（防反击）；

4.合理布线（防回路感应过电压）；

其中，根据IEC1024-1：1990,借助电位补偿布线和过电压保护器（SPD）

实现雷电电磁脉冲的保护---均压等电位系统，即将外部避雷器，建筑物钢筋结

构，内部安装的设备外壳，用于非电系统的导体部分以及电气和电讯装置等联结

起来，建立等电位，是实现内部防雷保护的非常重要的措施。

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3、现状及存在问题

3.1现状

外部防雷措施基本完善，信息机房及指挥中心位于建筑物的X楼，大楼长

约XX米，宽约XX米。机房的现场情况如下：

电源部分：

（1）电源供电采用三相四线制，由架空电线引到小区旁的配电室内；

（2）电源配电室无接地；

（3）大楼内用电，其电源线是从配电室通过埋地引入；

（4）大楼一层为总配电箱，大楼各层用电均从这里引出，无接地；

（5）大楼四层机房楼层配电箱无地线，信息机房用电由此引出；

（6）信息机房旁是UPS配电，机房内用电为UPS反送。

信号部分：

（1）一条电信局DDN专线；

（2）电话外线N门；

（3）三台调制解调器，两台服务器；

（4）语音输出若干；

3.2存在的问题

电源部分：多处无接地；

线路上没有安装必要的过电压保护器；

信号部分：引入机房的网络线路为光纤，但对交换机、路由器没有进行防

过电压保护。

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4、方案设计综述

4.1方案设计依据

GB50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》

GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

VDE0675《过电压保护器》

GA173-1998《计算机信息系统防雷保安器》

GB50174-93《电子计算机机房设计规范》

GB50054-95《低压配电设计规范》

GB9361-88《计算机机房场地安全要求》

GB2887-89《计算机场地技术要求》

IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》等。

4.2设计范围

浙江省嘉兴市消防支队信息机房及指挥机房电源、通讯系统防雷。

4.3保护对象

UPS电源；

机房内交换机；

机房内服务器；

机柜内其它网络设备。

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5、具体分项设计

5.1本系统雷电风险评估

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000版)对建筑物的防雷分

类,浙江省XXXXXX信息机房大楼归为二类防雷建筑物。按照《建筑物电子信

息系统防雷技术规范》GB50343-2004对信息系统雷电防护等级的分类，浙江省

XXXXXX信息机房电子信息系统划为B级防护等级。

5.2电源系统的防雷设计

GB50057-94(2000版)《建筑物防雷技术规范》防雷电波入侵的要求：“在

电源引入的总配电箱处宜装设过电压保护器”；GB50343-2004《建筑物内电子信

息系统防雷技术规范》第5.4条第4款要求：”在直击雷非保护区或直击雷防护

区与第一防护区交界处应安装通过I级分类实验的浪涌保护器或限压型浪涌保

护器作为第一级保护；第一防护区之后的各分区交界处应安装限压型浪涌保护

器。使用直流电源的信息设备，视其工作电压要求，宜安装适配的直流电源浪涌

保护器本公司参照相关标准，为XXXXX信息机房及消控机房的电源系统提

供如下雷电保护方案：

(1)电源一级防雷器安装在配电房的进线及大楼总配的进线上，为国产尚

普牌防雷产品，型号为SP-B-100/4,配电房及大楼总配各1套，共2套；

电源•级防雷器SP-B-100/4主要参数:

额定工作电压UN230VAC

最大持续工作电压5385V/50Hz

最大放电电流Imax(8/20|JS)1OOKA

保护电平Up<2.0kV

<25ns

响应时间tA

工作温度范围-40℃to+85℃

(2)电源二级防雷器采用SP-C-65/4型号产品，安装在楼层配电箱内，共

1套；

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电源二级防雷器SP-C-65/4主要参数:

额定工作电压UN230VAC

最大持续工作电压5385V50Hz

最大放电电流Imax(8/20ps)65KA

保护电平Up<1.8kV

<25ns

响应时间tA

工作温度范围-40℃to+85℃

(3)电源三级防雷器采用国产SP-C-40/4型号产品，安装在信息机房及消

控中心机房的开关箱出，共2套；

电源三级防雷器CRE-CD40/4主要参数：

额定工作电压UN230VAC

最大持续工作电压Q385V50Hz

最大放电电流Imax(8/20ps)40KA

保护电平Up<1.5kV

响应时间tA<25ns

工作温度范围-40℃to+85℃

(4)电源末级保护采用SP-C-20/LN避雷插座，安装在机房服务器、UPS、

机柜，控制台的电源端口，共N套。

电源末级防雷器SP-C-20/LN主要参数：

额定工作电压UN230VAC

最大线电流10A

最大负载功率52.4KW

20KA

额定放电电流In(8/20ps)

最大放电电流Imax(8/20|JS)30KA

保护电平Up<0.9kV

失效指示红灯亮

工作温度范围-40℃to+85℃

5.3信号系统的防雷设计

GB50343-2004《建筑物内电子信息系统防雷技术规范》第5.4.2条第1款要

求：“进、出建筑物的信号线缆，宜选用有金属屏蔽层的电缆，并宜埋地敷设，

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在直击雷非保护区或直击雷防护区与第一防护区交界处，电缆金属屏蔽层应做等

电位连接并接地。电子信息系统设备机房的信号线缆内芯线相应端口，应安装适

配的信号线路浪涌保护器，浪涌保护器的接地端及电缆内芯的空线对应接地。”

本公司在严格执行相关国家标准，并采用国际先进标准的基础上，对嘉兴市

消防支队信息机房及指挥机房的信息系统雷电防护提出如下方案：

(1)在各服务器上安装一套国产SP-J-RJ45T0的RJ45接口的信号避雷器,

共2套。

信号避雷器SP-J-RJ45-10主要参数:

接口形式RJ45

10kA

最大放电电流Imax(8/20ps)

传输速率10Mbps

保护电平Up<70V

插入损耗0.5dB

响应时间tA<Ins

工作温度范围-40℃to+85℃

(2)在外线及专线上分别安装一套国产信号避雷器SP-Y-RJ11,共N套。

信号避雷器SP-Y-RJU主要参数:

接口形式RJ11

110V

额定工作电流IN

10kA

最大放电电流Imax(8/20|JS)

传输速率10Mbps

保护电平Up<175V

插入损耗0.5dB

响应时间tA<Ins

工作温度范围-40℃to+85℃

(3)在分到各个中队的调度线上，分别安装一套国产信号避雷器SP-Y-RJ11,

约N套(根据现场决定具体数量)。

信号避雷器SP-Y-RJU主要参数:

接口形式RJU

额定工作电流IN110V

lOkA

最大放电电流Imax(8/20|JS)

传输速率10Mbps

保护电平Up<175V

插入损耗0.5dB

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<1ns

响应时间tA

工作温度范围-40℃to+85℃

5.4等电位连接设计

(1)在信息机房内沿四周设一个XmXXm等电位均压环；

在消控中心机房内沿四周设一个XmXXm等电位均压环；

(2)将机房内的各网络设备用截面积为16mm2的多股铜导线连接到静电

地板下的等电位连接铜排上；

(3)将静电地板每四块用6mm2的多股铜导线连接到等电位均压排上；

(4)将机房内的各机柜外壳用截面积为16mm2的多股铜导线连接到等电

位连接铜排上；

5.5接地系统设计

(1)在配电室外空地上及大楼外的花坛内做辅助地网；

(2)垂直接地体采用50mmX5mmX2500mm热镀锌角钢，水平接地体采

用40mmX4mm热镀锌扁钢；

(3)各避雷器的接地线连接到等电位连接铜排上；

(4)进出机房的光纤加强筋连接到静电地板下的等电位铜排上；

(5)机房内，用95mm2的多股铜导线将等电位铜排连接到新设的地网上;

(6)将新设地网用40mmX4mm热镀锌扁钢和建筑物的基础地网进行可

靠的电气连接