机房系统防雷设计方案

 博普盾公司对防雷问题的专项分析与研究

一、雷电防护概述

雷电是一种破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km半径的范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象（自然）灾害，它与水、旱、刑事*、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。

雷电产生于雷暴，而雷暴往往伴随强对流天气而形成，是由大气环流和当地气象因素决定的。雷暴是积雨云中云与云之间或云与地之间产生的放电现象，并伴有火花放电，强大电流通过时，又使空气迅速膨胀产生巨大的响声，即雷电。闪电有枝状、片状、带状、球状，其中枝状zui为常见。

雷暴的能量是由太阳辐射能转化的大气不稳定能所供给的。每年进入春季，太阳辐射增强，大气中的不稳定能增加，因雷暴始发于春季，盛夏，太阳辐射强烈，大气不稳定能储存多，雷暴频繁。秋冬以后，太阳辐射减弱，因而雷暴逐渐减少。但由于气候变化和大气污染等原因，现在冬季也经常出现雷击现象。据悉，每个闪电的强度可以高达100万伏，一个中等强度雷暴的功率约有10万千伏安，相当于一座小型核电站的输出功率。

一般而言，雷电灾害具有突发性、多样性、复杂性、破坏性和选择性等特点。随着现代化*产业基础——电子技术的迅速发展和广泛运用，雷电灾害跟踪而至，还呈现出新的特点：受灾面大大扩展，特别容易侵入与*zui密切的领域，损失和危害程度大大增加。近年来，随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛，雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。由于通讯计算机网络精密设备内部结构的高度集中化，使设备耐受过电压、过电流的能力下降，更易遭受雷电破坏。轻者可造成计算机终端和通信设备的接口损坏，使通信中断，大量信息丢失或无法传输；严重者使网络主机损坏，导致网络瘫痪，工作无法进行。计算机网络系统易遭受雷击损坏的设备有：MODEM（调制解调器）、ROUTER（路由器）SWITCH（交换机）、HUB、网卡、通信卡、UPS、计算机电源及主板。

在雷电灾害防御方面，纵观人类防雷历史，已有两个多世纪，从建筑物防雷发展到供电防雷、电气和电子设备防雷，现在已进入第四个阶段即现代微电子设备防雷。防雷技术和产品，也随着现代*发展得到显著发展，除传统的避雷针引雷拦截技术外，已拥有消散削减、屏蔽隔离、抑制分流、疏导均衡等电位、优化接地泄放和雷电控测定位预警等技术，并相应研制出多种高科技的隔离装置、电涌保护器、防腐降阻剂等设备、器件和产品，出现了火箭与激光等人工影响雷电的装置和雷电探测预警系统设备，这都为有效防御治理雷电灾害奠定了技术和物质基础。

工业化和科技的进步使得各种高层建筑和特殊用途建筑如雨后春笋般的拔地而起，这也为雷电防护提出了大量新的问题。“静电抵抗”、“电磁干扰”、“热岛效应”等等的问题都有待进一步区研究和解决。近十多年来围绕这些问题人们进行了不懈的努力，提出了许多新的防雷理论，研制出一大批新的防雷器件、设备和材料，开发出许多全新的雷电防护技术。我国于1994年颁布了新的《建筑物防雷设计规范》GB 50057-1994，该规范参考了大量标准，对原有的规范做了大量的修改，无论从指导思想、技术要求还是技术措施上讲都处在地位，这也标志着我们国家对雷害的重视。 

二、雷电防护的基本理论 

1、 雷击侵入设备的途径

A. 直接雷击：是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器（针、带、网、线、）引下线构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁，但雷电会透过多种形式及途径破坏电子设备。

B. 感应雷击：雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，并在附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线和电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而一次雷闪击都可以在

E．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，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系统或其他自然接闪物（各种管道、电缆屏蔽管等）引入设备，造成设备的损坏。        

 C、内部防护 

（1）、电源部分防护：雷电侵害主要是通过线路侵入。对高压部分*有高压避雷装置，电力传输线把对地的电力限制到小于6000伏（IEC62.41），而线对线则无法控制。所以，对380v低压线路应进行过电压保护，按国家规范应分三部分：建议在高压变压器后端到建筑总配电盘前端的电缆内芯线两端应对地加装电涌保护器，作一级保护；在建筑总配电盘至各楼层分配电箱间的电缆内芯线两端应对地加装电涌保护器，作二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装电涌保护器，作为三级保护。目的是用分流（限幅）技术即采用高吸收能量的分流设备（电涌保护器）将雷电过电压（脉冲）的能量分流泄入大地，达到保护目的，所以，分流、等电位技术中采用防护器的品质、性能的好坏是直接关系网络防护的关键，因此，选择合格优良的电涌保护器至关重要。 

（2）、信号部分保护：

对于信息系统，应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定，精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。其主要考虑的如：卫星接收系统、系统、网络专线系统、监控系统等。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端，应对地加装电涌保护器，电缆中的空线对应接地，并做好屏蔽接地，其中应注意系统设备的在线电压、传输速率、按口类型等，以确保系统正常的工作。 

（3）、接地处理 

在计算机机房的建设中，一定要求有一个良好的接地系统，因所有防雷系统都需要通

D、有外部防雷措施同时更需要完善内部防雷措施 

我们知道外部防雷措施中避雷设施的引下线在接闪以后，会有很大的瞬变电流通过，也就是说在周围会产生很大的瞬变电磁场（LEMP）。因此，安装了外部避雷措施不能代替内部防雷措施。再者，我们都知道，避雷针的工作原理是引雷，所以在概率上来说，安装了避雷针以后，建筑物的避雷系统遭受雷击的可能性会增大，也就是说LEMP发生的几率会变大，过电压产生点的距离会缩短（引下线处），所以安装了外部避雷措施的含有电脑网络等系统的大厦更加需要内部防雷措施。           

 3、雷电的选择性

A、易遭雷击的地点： 

1、土壤电阻率较小的地方，如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方； 

2、山坡与稻田接壤处； 

具有不同电阻率土壤的交界地段。

B、易遭受雷击的建（构）筑物： 

1、高耸突出的建筑物，如水塔、电视塔、高楼等； 

2、排出导电尘埃、废气热气柱的厂房、管道等； 

3、内部有大量金属设备的厂房； 

2、 地下水位高或有金属矿床等地区的建（构）筑物； 

3、 孤立、突出在旷野的建（构）筑物。 

C、同一建（构）筑物易遭受雷击的部位： 

1、平屋面和坡度≤1/10的屋面，檐角、女儿墙和屋檐； 

2、坡屋度＞1/10且＜1/2的屋面；屋角、屋脊、檐角和屋檐； 

3、坡度＞1/2的屋面、屋角、屋脊和檐角； 

4、建（构）筑物屋面突出部位，如烟囱、管道、广告牌等。 

4、智能化计算机通信系统防雷

计算机机房网络通信系统雷电防护包括广域网雷电防护、局域网雷电防护、无线通信系统雷电防护、光缆通信雷电防护和机房内部设备之间的串口雷电防护等。 

　　广域网远距离传输数据通信，在进入机房设备（调制解调器或其它设备）前端应安装具备二级保护的防雷保护器，*级一般为惰性气体火花间隙放电器，通过RLC解偶后，进入第二级半导体过电压保护器。需要防护线与线之间、线与大地之间的雷电入侵，保护器的损耗指标应该适应计算机设备的IEEE标准通信的有关要求。 

　　数据传输线路（X.25、ISDN、DDN等）的防雷保护器必须能够抵御和吸收（8/20uS感应雷击）5KA雷电流，须具备线路与大地之间及线与线之间的雷电保护。进行PSDN等防雷设计，必须在使用前详细了解防雷器件及设备的工作要求。例如：PSDN调制解调器有带铃压和不带铃压二类，带铃压调制解调器工作电压为48v至54v，铃压为175v至180v，防雷器的保护电压应大于180v；不带铃压的调制解调器工作电压为48v至54v，防雷器的保护电压应不小于54v。如果两类防雷器混装，将对前者造成通讯信号短路，对后者造成防雷工作能力丧失。 

　　局域网雷电防护的重点是做好局域网网线的屏蔽，同时加强终端设备局域网端口的雷电防护。局域网络通常以双绞线传输数据，无屏蔽保护，布线也往往不尽规范，除了有可能遭受感应雷击的袭击外，交流线路的干扰也会对网络系统造成影响。在局域网络的两端安装避雷器，可有效地防止各种过电压对设备造成的破坏。局域网的网口应该采取雷电防护措施，服务器、网络交换机、集线器等端口应加设防雷器。出户的局域网线及BNC远程局域网也须安装防雷器。485数据线接口、422数据线并口、RS232数据串口、TTY传感器数据接口等，均应安装匹配的防雷器，匹配原则应参照防雷标准和计算机通信协议。 

　　无线通讯经常在建筑物上架设天线，属于地面特别突出物，是雷电释放的危险途径。馈线进入设备前应加装防雷器。防雷器的插入损耗要求较小，所以一般只能使用间隙放电器件进行有效防护。光缆一般不会传导雷电，但光缆金属护套和金属芯线可能引入雷电烧毁设备，必须在进入设备之前，使芯线和护套接地，以达到避雷的目的。 

5、防雷电入侵计算机信息系统的各种途径   

A、雷电远点袭击电力线：国电力线输电方式是由发电厂通过升压变压器升压后，输电至低压变压器，经低压变压器的输出给用户。由于我国的电压基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲线，在电力线上形成每秒50次的交变磁场。如遇雷害发生时，在雷电未击穿大气时，将呈现出高压电场形式。根据电学基本原理，磁场与电场之间是相互共存可逆变化的，那么，雷击高压电场通过静电吸收原理，向大地方向运动。假设电力线杆有5米高，那么在相对湿度25％时，要击穿5米空气，需要15×106V雷击高压（3000V/mm）。如果在相对湿度95％时（下雨时），击穿5米空气需要5×106V雷击高压（1000V/mm）。电力线上的交变磁场对雷云的吸引小于大地的静电吸引。如果，雷云击穿5米空气入地，需要很高的电压，雷电首先击在电力线上，并从电力线的负载保护地线入地释放，这样就击穿了设备。在高压线上的表现为击穿变压器的绝缘，在变压器低压端与负载的连线上遭雷击，损失的是用电器。由于变压器低压输出端是三条相线，做一条地线，当作零地合一线，变成三相四线制零地合一方式给用电器供电，雷电击在火线与大地放电，就等于火线与零线放电通过电力线直接击穿用电器的电子元件。一般电子设备线与外壳的耐压为每分钟VAC1500V，火线与零线耐压为工业级Vdc550－650V，这么低的耐压一旦遭受远点雷击，必将击坏用电器。为此，在选择防雷器时，首先考虑远点雷击。 

B、雷电近点电力线的侵入：所谓雷电近点袭击电力线，实际上是雷电袭击用电器所在的建筑物避雷针，从而引起的雷电电磁脉冲的保护问题。雷电打在建筑物避雷装置上，按照GB50057－94《建筑物防雷设计规范》规定，定义大楼接闪电能力为波形10 350 S三角波，雷击电流为150KA。避雷针引下线由于线路电感的作用，IEC1312定义zui多只能将50％的电流引入大地。100余米高的大楼它的引下线电感为155 H左右（1.55 H/米），IEC1312定义电感大于37.5 H，则发生测闪雷击，也就是说，10 350 S直击雷引下线只能引下50%的电流，余下的电流将通过电力线屏蔽槽、水管、暖气管、金属门窗等与地面有连接的金属物质联合引雷，但也只引下少部分雷电流，余下总电流的25％在大楼流窜至UPS输入输出负载的电源线、局域网线等，击穿小型机局域网端，zui终由逻辑地线处下泄入地。对设备而言，部分雷电流将由UPS输入电源线对交流地线进行L－PE、N－PE泄放，UPS输出L－PE′（逻辑地〕、N－PE′泄放，小型机L－PE′ N-PE′泄放，局域网线对逻辑地线等进行泄放。zui终结果，将击穿UPS输出对地线和输入对地线端、小型机电源对逻辑地线、网口对逻辑地线。为此，必须对UPS输入输出火线零线对交流地和直流逻辑地进行保护，必须对小型机、服务器及其它重要终端进行等电位保护，对网口进行保护，只有堵死一切雷电导入的端口，才能有效的保护设备免受雷电的侵害。                                 C、错相位雷害：美国*电磁兼容手册中，描述雷电发生时用肉眼可识别闪电为一组雷击，每次不少于26个雷，它有大小和发生先后的区别，如果一个高能量雷打在一条火线上，而另一个低能量雷打在另一条火线上，线线之间就会产生一个电压差，侵入设备。这种侵害设备的现象，称错相位雷击，又称雷电的二次破坏，对三相UPS而言，它的输入和输出端，应安装线与线之间的保护，才能更全面更立体的保护电子设备。                       D、雷电作用下建筑物内的感应雷害：雷电击在建筑物避雷针上，由避雷针通过引下线，将雷电流泄放大地，引下线自上而下产生一个变化旋转快速运动磁场，建筑物内的电源线、网络线等相对切割磁力线，产生感应高压并沿线路传输击毁设备。                      雷电作用下的二次效应：雷电高压反击                                                雷电袭击建筑物避雷针，由引下线将雷电流引入大地，由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速全部的与大地负电荷中和，必然引起局部地电位升高，交流配电地和直流逻辑地将这种高电位引入机房，UPS输出、输入端被击穿，小型机及其他网络设备连接断口被击穿。这种反击电压少则数千伏，多则数万伏，直接烧坏用电器的绝缘部分。 

E、由雷击引起的人身安全问题 

雷电泄放大地，由于地电阻较大，不能马上泄放，从而引起地电位升高，由于机房直流逻辑地线和交流配电保护地线不在一点入地，将两个电位值引入机房，这时，一个操作人员的一只手摸在UPS输出负载外壳上（如小型机），而另一只手（或身体）摸在交流配电地线上（如空调），两个电位值将通过操作人员的身体短路，造成操作人员伤亡。美国1996年为此而死亡198人，广东省1997年在报导雷击死亡的170人中，有相当一部分是为此而伤亡的。所以防雷保护设备的确很重要，但是保护人身安全更重要。 

在通过具体分析了雷害入侵计算机信息系统的各种途径后，我们得出的结论是：防雷保护设计工作不是简单的避雷设施的安装和堆砌，而是一项要求高、难度大的系统工程，涉及多方面的因素。为此我们的设计指导思想的主旨是，本着经济、实用、高标准严要求、高起点、高可靠性"的原则，在遵照执行国家有关标准，国家有关行业标准的基础上，还参考和引入IEC电工委员会的有关防雷技术标准要求，以期达到更好的防护效果。

三、项目所处环境概述

近年来应用于通讯、金融、证券、医疗、教育、国防以及工业和商业的控制系统电子计算机系统频频遭受雷击，使人们不得不对计算机安全运行的理论和实践方法重新进行思考和认识。雷电的防御已从直击雷防护到系统防护，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。由此可见，积极采取措施，预防计算机系统遭雷击破坏已刻不容缓。

根据《电力设备过电压保护设计技术规程》中的规定，将年平均雷暴日超过40天的地区称为多雷区，而超过90天作为强雷区，多雷区内的企事业单位应予以重点的防护，广东省内绝大多数地区的雷暴日达到80天以上。针对于某个具体的建筑而言，其受到雷电直接击中的可能性是非常小的，据国外的一个统计资料表述可能性为百万分之一。而现代电子设备较为集中地带的防雷主要是针对于感应雷的防范，根据统计数据表明，深圳地区的雷暴日平均达到70天，属于强雷区，因此对于防雷不能带有任何的侥幸心理。

雷电流的时间虽然短暂，但它巨大的破坏性是目前人类还无法控制的，现阶段通过人力主动化解雷电的危害，还是不现实的，我们只能通过努力被动地将雷击的能量给予阻挡并将它泄放入大地，以避免所带来的灾害。

系统防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面:

Ø 外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄放入大地。

Ø 内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的电涌保护器，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保后接设备的安全。

避雷带、引下线（建筑物钢筋）和接地等构成的外部防雷系统，主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的。

当雷电发生在距离建筑物较近的地方时，通过避雷针、避雷带等处于建筑物较高点的外部防雷设备，将可能击中于建筑物本体的雷电吸引并通过引下线泄放入大地，但是在通过避雷针等泄放雷电流时会对建筑物内所有的金属线路产生感应电动势以及感应电流。正是由于电源、网络和通讯工业控制设备线路出现感应电动势和感应雷电流，增加了内部较为敏感的计算机及重要设备等破坏的可能性，若是在安装建筑物的外部防雷措施时没有做好完备的内部防感应雷措施，必将会大大增加雷击损坏事故的机率。

当所在的建筑物附近出现雷雨云时，雷电不通过建筑物顶部的避雷带等泄放雷电流时，也会在内部的计算机或重要设备等的电源、网络或通讯线路中产生感应电动势和感应雷电流，导致设备的损坏。

第三章 机房概况

项目背景

需求分析

依据现代防雷技术，我们将防雷保护分为如下几方面：

1） 电源系统： UPS电源的保护。电源的保护建议采用UPS电源输入端加两级防雷保护。重要设备处建议加装电源防雷插座

2） 通讯系统：由于其技术参数、接口形式不同，我们会采用相应的ANSU信号雷器件对其进行保护。

此外，安普迅旗下防雷产品均办理了太平洋责任保险，提供五年质保期，为出售的产品和相关系统提供更全面、有力的保障。

第四章 机房雷电防护总体方案

1．电源系统的防雷与过电压保护

由于贵处机房电力供给是由大楼的建筑物主配电引入。电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。因此，对于UPS电源系统的雷电防护，我们采取以下的防雷保护方案：

1、UPS电源系统的防雷保护

从机房目前的情况来分析，供电线路穿越各级防雷区，考虑到机房各种不同用电设备的耐过压的能力，我们建议采用如下的电源系统防雷方案，以达到*的防护效果和的投入。由于机房UPS不间断电源设备是用于为机房内系统各用电设备提供稳定、可靠和高质量的用电环境*的重要设备，并且是由市电供电输入机房的主要途径，所以我们将电源系统防护的重点放在了对UPS不间断电源的保护上。

在机房配电柜、UPS电源做两级输入防雷保护。具体的防护措施为：

一级保护：在机房配电柜前装AM60A三相电源防雷器（AM60C单相电源防雷器）。

二级保护：在UPS电源前装AM40A三相电源防雷器（AM40C单相电源防雷器）。

（三级保护）：在重要设备处装电源防雷插座。

2、通讯系统的防雷与过电压保护

通讯系统防雷包括由户外引至户内的通讯线路,主要线路包括网络通讯线路、专线、微波通信线（天馈线）、视频线路等；根据贵方提供的机房情况信号线路都可能用光纤传输，所以可以不做保护，但光纤两端要接地。如有光端机，光端机需保护。如不选用光纤则需按信号线路种类选取防雷器。

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3、安装、接线

1.防雷器起到的作用是对雷电流的吸收和泄放作用。所有的防雷产品必须接地。

2.防雷器串联/并联在被保护设备与信号通道之间；

3.信号防雷器的输入端（IN）与信号通道相连，输出端（OUT）与被保护设备相连并紧靠被保护设备安装，不能接反；

4.把防雷器的接地线与防雷系统接地排可靠连接，接线越短越好，zui长不能超过1m。

深圳市博普盾防雷科技有限公司

博普盾防雷产品售后服务承诺书

为了不断满足顾客的需求，达到服务的目的，充分体现我公司产品和服务的优越性，现郑重做出如下服务承诺：

一、 博普盾保证所经销的产品及工程中使用的主要器件是全新的设备，在各方面均符合国家提出的质量和技术标准。

二、 提供技术咨询、日常维护知识及安装指导等服务，客户响应时间为一个工作日。

三、 产品在合同规定到达运输地点之前造成的一切运输损失由我公司负责；

四、 凡购买本公司产品一周内，如需更换其它产品，在外观、包装及性能完好的情况下，可以给予更换，差额另补。

五、 博普盾BOPPwin是我司拥有的品牌，本公司所销售的产品保证是原厂生产的合格产品，防雷产品提供五年质保服务。即在购买之日起两年内，如出现产品质量问题，本公司给予免费更换同类产品（不含人为损坏）；后三年维护期间只收回维修工本费，免收维修、服务等人工费用。监控系列产品提供一年质保期。

六、 所有防雷产品均附有太平洋产品责任保险，因产品责任引起事故的损失，将按照太平洋条例进行赔偿。

七、 本公司长期免费为客户提供技术咨询服务、义务传授监控、防雷系统日常维护知识及检测技术措施。

八、 深圳市博普盾防雷科技有限公司拥有对以上相关条款的解释权，如有异议，请与我公司协商解决。