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某校電源、網(wǎng)絡(luò)及通訊系統(tǒng)，雷電及過電壓防護設(shè)計方案

一、概述

　　雷電災(zāi)害古已有之，它給人類帶來了許多慘痛的教訓(xùn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的推廣和普及，各種高、精、尖的設(shè)備已來到我們的身邊，計算機網(wǎng)絡(luò)也正以驚人的速度延伸至世界的每一個角落，置身于網(wǎng)絡(luò)時代，使我們與世界的聯(lián)系變得更加的緊密，享受著網(wǎng)絡(luò)帶來的新感覺，也品嘗了許多早已遺忘的煩惱，雷電這些已被我們所克服的困難，雷電尤其是感應(yīng)雷開始“照顧”這些“嬌嫩”的設(shè)備。因雷電導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓以及設(shè)備損壞比比皆是，造成不計其數(shù)的人力和物力損失。雷電災(zāi)害和防雷又成為社會各界關(guān)注的焦點。

　　雷電還是和二百多年前相同，并未發(fā)生任何的變異，只不過它的某些物理效應(yīng)在新技術(shù)產(chǎn)品上發(fā)生作用，自富蘭克林發(fā)明避雷針以來，科學(xué)技術(shù)有了突飛猛進的進步，但防雷技術(shù)卻始終停滯不前，避雷針只是用于保護建筑物本體，防范直擊雷擊中建筑物，避雷針對于感應(yīng)雷和通過其它線路進入建筑物的雷電過電壓是無能為力的。雷電科學(xué)的發(fā)展需要和社會文明的進步相適應(yīng)。必須用新的視角去關(guān)注雷電這一自然現(xiàn)象。

　　根據(jù)《電力設(shè)備過電壓保護設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定，將年平均雷暴日超過40天的地區(qū)稱為多雷區(qū)，而超過90天作為強雷區(qū)，多、強雷區(qū)的企業(yè)單位應(yīng)予以重點的防護。而廣州地區(qū)的雷暴日均超過80天，因此對于防雷不能帶有任何的僥幸心理，若因雷擊而導(dǎo)致生命和財產(chǎn)的重大損失是很難用時間和金錢來彌補的，針對雷電防護的專項工程應(yīng)是刻不容緩的。

　　雷電流的時間雖然短暫，但它巨大的破壞性是目前人類還無法控制的，現(xiàn)階段通過人力主動化解雷電的危害，還是不現(xiàn)實的，我們只能通過努力被動地將雷擊的能量給予阻擋并將它泄放入大地，以避免所帶來的災(zāi)害。雷擊和線路過電壓會出現(xiàn)多種有害的效應(yīng)，基本上會有以下幾種表現(xiàn)形式：直擊雷擊、感應(yīng)雷擊、電磁脈沖輻射、雷電過電壓侵入和反擊。雷擊及過電壓的保護是一項系統(tǒng)的工作，需要根據(jù)不同的特性給予相應(yīng)而全面的防護。

　　通過設(shè)計思路的介紹和闡述設(shè)計思想及方法。

　　完備系統(tǒng)防雷方案包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個方面:

　　外部防雷包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等，泄放入大地。

　　內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的安全而設(shè)置的。在需要保護設(shè)備的前端安裝合適的避雷器，使設(shè)備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。將可能進入的雷電流阻攔在外，將
因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設(shè)備的安全。

　　當雷電發(fā)生在距離建筑物較近的地方，通過避雷針將可能擊中于建筑物本體的雷電吸引并通過避雷針泄放入大地時，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢會對內(nèi)部所有的金屬線路均產(chǎn)生破壞作用的感應(yīng)電流，正是由于電源、網(wǎng)絡(luò)、通訊等線路出現(xiàn)感應(yīng)雷電流，增加了建筑物內(nèi)部較為敏感的計算機等設(shè)備破壞的可能性，安裝避雷針時沒有做好完備的內(nèi)部防護感應(yīng)雷的措施，將會大大增加雷擊損壞事故的機會，此時的避雷針就真正成為了引雷針。

　　當所在的建筑物附近出現(xiàn)雷雨云時，雷電不通過建筑物頂部的避雷帶等泄放雷電流時，也會在建筑物內(nèi)部設(shè)備的電源和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)雷電流，導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

　　因此建筑物內(nèi)部通過電源、網(wǎng)絡(luò)和通訊線路相連接的計算機系統(tǒng)，期望通過較為傳統(tǒng)的方法：安裝避雷針以避免感應(yīng)雷擊的事故是不可能的，作為內(nèi)部計算機系統(tǒng)的防雷，只做避雷針等外部防雷，其作用是不充分的。只有針對感應(yīng)雷擊損壞設(shè)備的特性，采用防范感應(yīng)雷擊的解決方法，才能避免雷電對設(shè)備的侵襲。

　　由于感應(yīng)雷產(chǎn)生的途徑有許多種，在距離帶電雷雨云較近所有的金屬回路中均會產(chǎn)生破壞性的可能，只是有些的雷電過電壓較小，不會對設(shè)備產(chǎn)生明顯的破壞力而已，但過電壓的存在對設(shè)備的長期使用的壽命必然產(chǎn)生影響，因此感應(yīng)雷防范的難度遠大于直擊雷的防范，而且所需要投入的費用也高于直擊雷的防護。

　　針對于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷，從可能引雷的三條途徑：電源線路、網(wǎng)絡(luò)線路、通訊線路，根據(jù)每一類設(shè)備的特性、需要的防雷等級程度，選用性價比合適的防雷產(chǎn)品，做到以合理的價格達到充分的防護。確保設(shè)備對直擊雷和感應(yīng)雷以及線路操作過電壓的全面防護。

二、設(shè)計依據(jù)：

　　1． 電子計算機機房設(shè)計規(guī)范　GB 50174-93
　　2．通信行業(yè)標準《電信專用房屋設(shè)計規(guī)范》
　　3．信息產(chǎn)業(yè)部《通信局（站）雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范》
　　4．國家標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94
　　5．軍用標準《電子設(shè)備和設(shè)施的接地、搭接和屏蔽設(shè)計指南》
　　6．國家標準《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》GB50169-92
　　7.《Protection of Structures against Lighting》IEC1024-1:1993
　　8.《Protection against lighting electromagnetic impulse》雷電電磁肪沖的防護 IEC 1312-1-2-3 ：1995-02
　　9．《Insulation coordination for equipment within low-voltage systems》 IEC664-1:1992-02
　　10.《Electrical installations of buildings》IEC 364-4：1993-02

三：防雷設(shè)計方案

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　　根據(jù)電子計算機機房設(shè)計規(guī)范　GB 50174-93，針對接地可以采用獨立接地或者采取聯(lián)合接地。在進行外部防雷設(shè)備安裝之前需要對學(xué)校內(nèi)的交換機等設(shè)備的接地極進行檢測，此項工作由我司工作人員在學(xué)校工作人員的配合下進行。

（二）電源系統(tǒng)防雷

　　根據(jù)IEC1312防雷及過電壓規(guī)范中有關(guān)防雷分區(qū)的劃分，針對重要系統(tǒng)的防雷應(yīng)分為三個區(qū)，分別加以考慮。只做單級防雷可能會帶來，因雷電流過大而導(dǎo)致的泄流后殘壓過大破壞設(shè)備或者保護能力不足引起的設(shè)備損壞。電源系統(tǒng)多級保護，可防范從直擊雷到工業(yè)浪涌的各級過電壓的侵襲。
第一級電源防雷：

　　根據(jù)國家有關(guān)低壓防雷的有關(guān)規(guī)定，外接金屬線路進入建筑物之前必須埋地穿金屬管槽15米以上的距離進入建筑物，且要在建筑物的線路進入端加裝低壓避雷器。必須做到在電源的進入端安裝低壓端的總電源防雷器，將由外部線路可能引入的雷擊高電壓引至大地泄放，以確保后接設(shè)備的安全。
對于學(xué)校三相電源主級防雷器，三相進線的每條線路應(yīng)有40-60KA的通流容量，可將數(shù)萬甚至數(shù)十萬伏的過電壓限制到幾千伏以內(nèi)，防雷器并聯(lián)安裝在學(xué)校內(nèi)部的總配電室進線端處，做直擊雷和傳導(dǎo)雷的保護�？蛇x用PPS-I/3-100電源防雷箱或AM1-40/4防雷模塊，此級防雷器并聯(lián)安裝，對后接設(shè)備的功率不限，可以對通過線路傳輸?shù)闹睋衾缀透邚姸雀袘?yīng)雷實施瀉放保護。在這里對與學(xué)校的情況采用ASP系列的AM1-40/4防雷模塊一套。

　　具體實施：

　　1） 在學(xué)校的三相電源總配電室的電進線端，并聯(lián)安裝AM1-40/4防雷模塊一套。

　　第二級電源防雷：

　　雖然已經(jīng)在學(xué)校的總電源進線端安裝了第一級的防雷器，但是當較大雷電流進入時，第一級防雷器可將絕大部分雷電流由地線泄放，而剩余的雷電殘壓還是相當高，因此第一級防雷器的安裝，可以減少大面積的雷擊破壞事故，但是并不能確保后接設(shè)備的萬無一失；假設(shè)由配電室總電源拉至學(xué)校內(nèi)其它建筑物的電源線路全部為三相走線，也存在感應(yīng)雷電流和雷電波的二次入侵的可能，需要在管理處安裝電源第二級防雷器。

　　第二級防雷器，作為次級防雷器，可將幾千伏的過電壓進一步限制到1點幾千伏，雷電多發(fā)地帶建筑物需要具有40KA的通流容量，將第一級防雷器泄放后出現(xiàn)的雷電殘壓以及電源線路中感應(yīng)的雷電流給予再次泄放。三相線路選用PPS-II/3-40的電源防雷箱，單相線路可選用PPS-II/1-40防雷箱，此級防雷器并聯(lián)安裝，對后接設(shè)備的功率不限。

　　具體措施：

　　1) 14套ASP三相電源防雷箱PPS-II/3-40，在綜合樓一、二、三層及商務(wù)賓館，教學(xué)樓服務(wù)器機房、多媒體教室1、多媒體教室2，教學(xué)樓的一、二、三、四層，辦公樓的一、二、三層等建筑的三相電源進線端各并聯(lián)安裝一套。

　　2) 計PPS-II/3-40電源防雷箱14套。

　　第三級電源防雷：

　　這也是系統(tǒng)防雷中最容易被忽視的地方，現(xiàn)代的電子設(shè)備都使用很多的集成電路和精密的元件，這些器件的擊穿電壓往往只是幾十伏，最大允許工作電源也只是mA級的，若不做第三級的防雷，由經(jīng)過一、二級防雷而進入設(shè)備的雷擊殘壓仍將有千伏之上，這將對后接設(shè)備造成很大的沖擊，并導(dǎo)致設(shè)備的損壞。作為第三級的防雷器，要求有10KA以上的通流容量。

　　單相的用電設(shè)備，可以選用插座式防雷器作為第三級電源防雷器，其串聯(lián)在設(shè)備前端，對內(nèi)部產(chǎn)生的操作過電壓（如感性或容性負載設(shè)備的啟動或關(guān)機等）和高壓靜電有極好的防范效果。缺點是串聯(lián)式防雷器對后接功率有所限制，后接設(shè)備功率不超過2000W。另外內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的工作站、服務(wù)器、撥號MODEM等還可以選用帶有網(wǎng)絡(luò)保護端口的插座式防雷器。選用兼有三級電源加網(wǎng)絡(luò)或者通訊防雷的插座，可以同時解決工作站的各個引雷途徑所帶來的雷電侵襲，做到一項多能。建議配置產(chǎn)品為帶有網(wǎng)絡(luò)或通訊保護的防雷插座LT A6-423NS、LT A6-422NS，或者普通型防雷插座LT A6-420NS。

　　具體措施：

　　1) 4套LT A6-420NS插座式電源防雷模塊，安裝在綜合樓的一、二、三及商務(wù)賓館的交換機的前端作為電源第三級的防護。

　　2) 2套LT A6-420NS插座式電源防雷模塊，安裝在教學(xué)樓的兩個交換機前端，1套LT A6-420NS插座式電源防雷模塊，安裝在教學(xué)樓的大型交換機前端。

　　3) 3套LT A6-420NS插座式電源防雷模塊，安裝在辦公樓的三層交換機前端。

　　4) 56套LT A6-420NS插座式電源防雷模塊，安裝在教學(xué)樓的兩個多媒體教室的工作站前端，各28套。

　　5) 184套LT A6-423NS插座式電源帶網(wǎng)絡(luò)保護接口的防雷器，安裝在綜合樓的一、二、三及商務(wù)賓館的工作站前端作為電源第三級的防護。

　　6) 2套LT A6-423NS插座式電源帶網(wǎng)絡(luò)保護接口的防雷器，安裝在教學(xué)樓里的網(wǎng)絡(luò)打印機和網(wǎng)管機的前端作為電源第三級的防護，一套LT A6-423NS對路由器，四套LT A6-423NS對兩個多媒體教室剩下的工作站。

　　7) 在教學(xué)樓的一層101、102，二層201、202，四層401，402共10個工作站前端安裝一套LT A6-423NS插座式電源帶網(wǎng)絡(luò)保護接口的防雷器；一層的語音室、會議室，值班室4個工作站，三層的303，辦公室4個工作站，四層的403，四樓倉庫3個工作站個安裝一套LT A6-423NS插座式電源帶網(wǎng)絡(luò)保護接口的防雷器，共計21套。

　　8) 46套LT A6-423NS插座式電源帶網(wǎng)絡(luò)保護接口的防雷器，分別安裝在辦公樓的各個工作站的前端，作為電源第三級的防護。

　　9) 計LT A6-420NS 65套，LT A6-423NS　224套。

（三）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)保護

　　盡管在網(wǎng)絡(luò)的集線器及工作站等設(shè)備的電源外接引入線路已安裝了電源防雷保護裝置，作為網(wǎng)絡(luò)單機工作站和網(wǎng)絡(luò)集線器，其自身的引雷途徑就有：電源和網(wǎng)絡(luò)二種，只是進行電源線路的防雷保護是不充分的，必須考慮網(wǎng)絡(luò)線路的防雷保護。

　　由于雷擊發(fā)生時，產(chǎn)生巨大的瞬變電磁場，在1KM范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò)金屬連線等都會感應(yīng)到雷擊，將會影響網(wǎng)絡(luò)的正常運行甚至徹底破壞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　具體措施：

　　綜合樓：

　　1) 2套RJ45-24E、 1套RJ45-4E 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器，安裝在綜合樓三層交換機前端。
　　2) 2套 RJ45-16E 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器，安裝在綜合樓二層交換機前端，一套RJ45-E100/4S安裝在交換機的進線端。
　　3) 一套RJ45-16E，一套RJ45-4E 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器，安裝在綜合樓一層交換機前端。
　　4) 3套RJ45-24E 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器，安裝在綜合樓商務(wù)賓館交換機前端。
　　5) 1套RJ45-E100/4S，單路10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器，安裝在一層交換機的進線端。
　　6) 合計：
　　RJ45-24E 5套，RJ45-16E 4套，RJ45-4E 1套，RJ45-E100/4S 2套。

　　教學(xué)樓：

　　1） 1套RJ45-16E 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器，安裝在12臺服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機，網(wǎng)管機和路由器與大型交換機的連接點作為網(wǎng)絡(luò)的防護。

　　2） 在第一個多媒體教室交換機處采用2套RJ45-24E，2套RJ45-4E，2套RJ45-E100/4S 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器。工作站的網(wǎng)絡(luò)防護采用采用RJ45-16E 3套，RJ45-4E 2套，剩下的兩個工作站采用了LTA6-423NS上面電源防護已提到。

　　3） 在第二個多媒體教室交換機處采用2套RJ45-24E，1套RJ45-16E，一套RJ45-4E，工作站的防護與第一多媒體教室一樣。

　　4） 采用3套RJ45-4E，對一層的語音室、會議室，值班室，三層的303，辦公室，四層的403，四樓倉庫的大型交換機的出口進行網(wǎng)絡(luò)保護。

　　5） 合計：RJ45-24E 4套，RJ45-16E 8套，RJ45-4E 10套，RJ45-E100/4s 2套。

　　辦公樓：

　　1） 2套RJ45-E100/4S 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器一層交換機的進線端和三層交換機進線端，進行網(wǎng)絡(luò)的保護。

　　2） 1套RJ45-16E 和一套RJ45-4E 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器在二層交換機的出線端，進行網(wǎng)絡(luò)的保護。

　　3） 1套RJ45-16E 10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器按裝在一層交換機前端，進行網(wǎng)絡(luò)的保護。

　　4） 3套RJ45-4E10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)防雷器按裝在三層對交換機端口進行保護。

　　5） 合計：RJ45-E100/4S 2套，RJ45-16E 2套，RJ45-4E 4套。

　　綜合樓、教學(xué)樓和辦公樓合計：

　　1) RJ45-24E 9套， RJ45-16E 14套，RJ45-4E 15套，RJ45-E100/4S 6套。

（四）通訊信號保護

　　通信系統(tǒng)和電源系統(tǒng)類似，遭受雷擊的主要原因除線路直接遭受雷擊外還有建筑物外通過傳輸線路引入和1公里范圍內(nèi)發(fā)生雷擊時的感應(yīng)雷。

　　對于學(xué)校內(nèi)的通訊線路不了解在此沒有考慮。

（五）選用產(chǎn)品性能簡介

　　1） AM1-40/4　ASP系列100KA三相電源防雷模塊，工作電壓400V，三相線路防雷器，功率不限，反應(yīng)速度10-9秒，能有效抗擊直擊雷和感應(yīng)雷擊。應(yīng)用于電源端作為第一級防雷。

　　2） PS-II/3-40 ASP 40KA三相電源防雷箱，工作電壓230V，三相五線制，功率不限，反應(yīng)速度10-9秒，配備掛墻安裝配件，能有效抗擊直擊雷和感應(yīng)雷擊。高通流容量，具備后備防雷功能，應(yīng)用于電源端作為第二級防雷。

　　3） T A6-420NS　雷泰插座式電源防雷器，通流容量19.5KA，有過熱、過流、濾波、接地監(jiān)測、相線監(jiān)測和失效指示等功能，反應(yīng)速度10-9秒，黃磷銅鍍鎳接觸片工作性能穩(wěn)定，五萬次插拔無故障，功率2500W，適用于單相高檔設(shè)備的未級電源防雷。

　　4） LT A6-423NS　雷泰插座式電源防雷器，通流容量19.5KA，過熱、過流、濾波、接地監(jiān)測、相線監(jiān)測和失效指示等功能，另加10M/100M網(wǎng)絡(luò)保護功能塊，反應(yīng)速度10-9秒，黃磷銅鍍鎳接觸片工作性能穩(wěn)定，五萬次插拔無故障，功率2500W，適用于單相高檔設(shè)備的未級電源防雷

　　5） RJ45-4E　ASP100M專用防雷器，獨特的4路端口保護，一套防雷器可以作為4個網(wǎng)絡(luò)端口的防護，非常適合于網(wǎng)絡(luò)交換機及集線器等多端口的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的防護。標準RJ45接口，配件RJ45-RJ45連接線，通流容量5000A，插入損耗〈2.5dB，反應(yīng)速度10-12秒，工作性能穩(wěn)定，安裝方便。

　　6） RJ45-E100/4S　ASP 100M單口網(wǎng)絡(luò)專用防雷器，標準RJ45接口，配件RJ45-RJ45連接線，通流容量5000A，插入損耗〈2dB，反應(yīng)速度10-12秒，確保100M網(wǎng)絡(luò)傳輸，工作性能穩(wěn)定，安裝方便.

　　7） RJ45-24E ASP10/100M專用防雷器，獨特的24路端口保護，機架式安裝形式，可以方便在網(wǎng)絡(luò)機柜內(nèi)，一套防雷器可以作為24個網(wǎng)絡(luò)端口的防護，非常適合于網(wǎng)絡(luò)交換機及集線器等多端口的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的防護。標準RJ45接口，配件RJ45-RJ45連接線，通流容量5000A，插入損耗〈0.22dB，反應(yīng)速度10-12秒，確保10/100M網(wǎng)絡(luò)傳輸，工作性能穩(wěn)定，安裝方便

　　8） RJ45-16E與RJ45-4E是屬于網(wǎng)絡(luò)防雷器的同一系列，只是保護端口不同而已，前面的保護16個口，后面的保護4口。

（六）工程量清單

　　　　序號 品　名 數(shù) 量 用　途

　　　　1 AM1-40/4 1 100KA三相電源一級防雷模塊
　　　　2 PPS-II/3-40 14 40KA三相電源二級防雷箱
　　　　3 LT A6-420NS 65 電源三級19.5KA防雷器
　　　　4 LT A6-423NS 224 電源、網(wǎng)絡(luò)二合一防雷器
　　　　5 RJ45-24E 9 24口100M網(wǎng)絡(luò)5KA級防雷器
　　　　6 RJ45-16E 14 16口100M網(wǎng)絡(luò)5KA級防雷器
　　　　7 RJ45-4E 15 4口100M網(wǎng)絡(luò)5KA級防雷器
　　　　8 RJ45-E100/4S 6 單口100M網(wǎng)絡(luò)5KA級防雷器

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