杭州尊福防雷设计方案.doc

电力系统防雷系统设计方案杭州尊福信息技术有限公司2011年11月杭州尊福信息技术有限公司专业从事防雷产品推广、电子围栏、PDU销售的一体化公司，已涉及到了建筑电气、智能建筑、工业自动化（DCS）控制、通信工程、机房工程、电力工程、军工等行业，是尊福(ZunFu)防雷产品、电子围栏、PDU的生产厂家。产品包括尊福（ZunFu）和FOP、Guard防雷器（尊福（ZunFu）避雷针、电源防雷器、信号防雷器、接地材料）、尊福（ZunFu）电子围栏（主机、前端配件）、尊福（ZunFu）PDU（各种规格的PDU，可定做）在中国各地销售使用。尊福（ZunFu）信息业务完成的产品成套或重大工程包括有：政府办公大楼、广播电视大楼、联通移动通信基站、电力调度大楼、大学城、中小学校园（教育）工程、医疗卫生大楼、电厂（热电厂）、水厂（污水处理厂）、环境监测、石油化工、煤炭安全工程、军工工程、旅游景区等。我们将以优质可靠的产品、全面细致的解决方案及热情周到的售后服务竭诚为广大中国用户服务。尊福（ZunFu）信息建立了全套的质量管理管理手册，建立了从现场勘测、设计方案、图纸设计、图纸设计审核与审批、施工方案、施工、检测验收等一系列程序性文件，并建立了内部工作文件管理制度、外来文件的管理、合同管理制度、异议申诉处理制度、事故分析、处理制度、事故处理程序、器材工具管理制度、安全制度、保密制度、资料档案管理制度、人员考核培训制度等，制定了设计实施细则和工程实施细则等，并针对工程实际编写了防雷、电子围栏、PDU质量管理手册。第一章 防雷概述雷击是联合国“国际减灾十年”公布的十大自然灾害之一。雷击是发生在因强对流天气而形成的雷雨云之间或云地之间的强烈的放电现象。雷击主要分为直接雷击和感应雷击两大类。直击雷声光并发、电闪雷鸣，以强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波击坏放电通道上的建筑物、输电线、用电设备等设施，以及击死、击伤人、畜等。感应雷击是指雷云之间或云地之间产生放电时，在其附近或其形成的电磁场中的架空线路、埋地线路、金属管道或类似的传导管线上产生感应电，这种感应雷电压高、电流强（电压高达50-500KV，电流高达50-300KA），对电子设备、信息系统的危害非常大。另一方面，雷闪时，处在雷电电磁场中的电子信息系统，当磁感强度0.07GS时，系统将会误动作；当磁感强度2.4GS时，系统将永久性损坏。随着电子信息科学技术的快速发展，电子信息系统的运用越来越广泛，规模也越来越大。一方面，电子信息系统的耐过电压、过电流的能力越来越低，另一方面，信号来源的路径增多，因而系统更易遭受雷电波的侵害。据统计，在所有的雷击案例中，感应雷击占有80%以上。杭州市年平均雷暴日数为37.6天，是雷灾多发区，每年有大量的电子信息设备遭感应雷击而损毁，这是因为电子信息设备中的半导体元器件耐电压耐电流的能力很低，而感应雷电流的电压、电流又很强。因此，对感应雷击的防护，是防雷工作不可或缺的重要部分。现代防雷技术要求外部防雷（直击雷防护）和内部防雷（感应雷防护）相结合，实行综合防雷。雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲是由于雷雨云层相互之间或者雷雨云与大地之间放电时，在放电通道周围产生的电磁感应、雷电电磁脉冲辐射以及雷云电场的静电感应，使建筑物上的金属部件、管道、钢筋以及由室外进入室内的电源线、信号传输线、天馈线等感应的雷电高电压，通过这些线路以及金属管道等引入室内造成放电，从而损坏电子和微电子设备。在富兰克林发明避雷针时及以后270多年间，开始电子设备并不多，人们并没有意识到雷电感应高电压及雷电电磁脉冲的危害，只是采取了防护直击雷的措施，并往往认为防雷就是安装避雷针、避雷线等。后来随着电子设备大量的应用，特别是当前电子计算机技术、通信技术的高速发展和日益普及，雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲的危害明显显露出来，单纯使用避雷针防雷不仅不能满足电子、通信、微电子设备和航空设施的防雷安全需要，反而在避雷针的引下线周围还产生了强烈的电磁场和电磁脉冲辐射，对周围的电子、微电子设备造成了危害。由于雷电感应高电压及雷电电磁脉冲的传播途径广，作用范围宽，其破坏作用往往悄然发生，不易察觉，后果远比直击雷严重得多。所以人们开始研究雷电感应高电压以及雷电电磁脉冲的防护问题，并逐步找到了一系列有效的方法。由于多方面的原因，目前我国有不少行业和单位对防雷的认识不足，防雷投资少，侥幸心理重，所采取的防雷措施远不能满足防雷的需求，再加上雷电侵袭的随机性、偶然性、不可预见性，雷击事故和雷击灾害时常发生，各行各业先进电子设备遭受雷击现象愈来愈普遍，全国每年因雷电造成的财产损失高达50100亿元人民币，人员伤亡达三四千人。给相关工作、人民的生命财产和经济建设带来了不可估量的损失。比如：n 1989年，青岛黄岛油库因感应雷引起火灾。n 1992年，国家气象中心计算机系统因雷击引起中断40小时。n 2001年8月29日，南京高速公路收费站遭雷击，击坏所有车道机房，收费系统瘫痪。同时，几百米以外的办公区域内部分设备也受到不同程度的损坏，直接经济损失15万多元。 n 1995年，广州白云机场因感应雷引起航班取消十余小时。n 2001年7月6日，襄樊市南漳县城关和九集、涌泉等乡镇多处遭雷击，击毁南漳县昆钢二轧厂8套载波通信设备，直接经济损失20余万元。n 2001年8月8日，徐州市石油管道储运公司遭雷击，击坏19号办公楼中多个计算机终端、接口、网卡、调制解调器，直接经济损失6万元。n 2002年5月，广安市公安局遭受强雷击，击坏程控交换机、网络中心交换机（10个通信）端口、网卡、智能集线器、电视电话会议微机控制系统，直接经济损失约为86万。n 2002年5月7日，佛山市水厂遭受雷击，击坏计算机及7台服务器、9块PLC站插件、8个仪表，直接经济损失近7万元。第二章 防雷原理一、雷击的分类： 雷击一般分为直击雷击和感应雷击两类。直击雷击指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。感应雷击指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。感应雷击对微电子设备，特别是通讯设备和电子计算机网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的。另外还有操作过电压，即是指当电流在导体上流动时，会产生磁场储存能量，当负载（特别是电感性大的负载）电器设备开关时，会产生瞬时过电压，操作过电压同感应雷击一样，可以间接损坏微电子设备。 二、浪涌侵入电子设备的途径浪涌通过各种方式危害建筑物和信息系统。主要有四种：1、直击雷雷电直接击中地面建筑物，然后经接地装置泄放入地。雷击全过程包括首次雷击、后续雷击和长时间雷击，首次雷击的幅值最大，后续雷击的陡度最大，按照GB50057-94建筑物防雷设计规范附录六“雷电流”中的相关规定，设建筑物为二类防雷建筑物，其首次雷击、后续雷击的相关数据如下表：首次雷击和后续雷击的雷电流参量表首次雷击后续雷击备 注电流幅值I（KA）15037.5波头时间F1（us）100.25半值时间F2（us）350100平均陡度I/ F1（KA/us）151502、反击人们不允许信息系统暴露在可能直接遭受雷击的场所，直接雷击破坏电子元件几无可能。雷害破坏电子元件的方式可能是由雷电流通过接地电阻时造成的高电压在雷电流入地点向电子元件的薄弱环节击穿。这种雷害方式称为反击。这种情况是容易发生的，因为雷电流很大，可以达到数十至上百千安，而接地电阻不可能为零，还有接地引下线的电感。U=Ldi/dF+Ri如雷电流幅值i=10KA,接地电阻R=1欧姆，波前时间0.25微秒，引线电感1微亨，这些参数都是常见的。按此计算的电压可达50KV,足以击穿各种低压设备，破坏电子元件。3、雷电波侵入当然，雷电直接击中建筑物的可能性相对较小。如果雷电击中与信息系统连接的电力电缆、有线电视线缆、卫星馈线线缆、邮电通信线缆、视频监控线缆、设备控制线缆等，则雷电波就会沿线传入.这种方式称为侵入波。由于户外线延伸很广，因此雷电侵入的可能性大得多。4、雷电感应大楼的外部防雷系统接闪直击雷通过引下线时引起大楼内部各种线缆感应产生感应过电压。这比雷电直接击中的可能性更大，虽然幅值较小，但更难以捉摸的是直击雷电流通过建筑物结构钢筋时在周围引起的电磁感应，虽然感应电压不如前述几种高，却也足以破坏电子元件，而且它还最接近信息系统设备，在建筑物内部各处都可能出现。设备越是接近雷电流引下线，感应电压越高。三、针对此三种途径所进行的防护，主要有三种解决办法： 大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。这样就形成一个法拉第笼式接地系统。它是消除地电位反击有效的措施。通信电缆线槽及地线线槽需用金属屏蔽线槽，且做等电位连接。其布放应尽量远离建筑物立柱或横梁，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能与建筑物立柱或横梁交叉。进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在不同的防雷区交界处，以及终端设备的前端根据IEC1312雷电电磁脉冲防护标准，安装上不同类别的电源类SPD以及通讯网络类SPD（SPD瞬态过电压保护器）。SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。第三章、防雷分类与分级建筑物防雷设计应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置。本项目位于贵州地区，现对某建筑物进行直击雷防护论证。根据GB50057-94建筑物防雷设计规范规定：建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，确定建筑物雷电防护等级。因建筑物为一般住宅，须对该建筑物进行预计雷击次数计算。1、雷击地面概率N g=0.024Fd4/3 次/Km2年其中Fd-当地年平均雷暴日，浙江丽水的年平均雷暴日为37.6天，属于高雷区。N g=3.0232、雷击建筑物概率 N =K N gAe 次/年 K-选择性系数，一般情况下取1，位于旷野孤立建筑物取2，金属屋面的砖木结构建筑物取1.7，位于土壤电阻率较低或比较潮湿地方的建筑物取1.5；看守所位于杭州市郊， K取1。Ae-建筑物雷击等效面积，从其实际面积向外扩大，扩大程度与建筑物平面面积和高度有关。当建筑物高度小于100米时 Ae=（LW+2(L+W)*(H(200-H)1/2+(H(200-H)）*10-6建筑物防雷等级为二类防雷建筑物，按二类防雷建筑物设计施工。第四章 机房等电位连接分析按照GB50057-94（2000版）第6.3.4规定：穿过各防雷区界面的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处做等电位连接。按照GB50057规定，各连接导体截面如下表：材料等电位连接带之间和等电位连接带与接地装置之间的连接导体,流过大于或等于25%总雷电电流的等电位连接导体内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体,流过小于25%总雷电流的等电位连接导体.铜166铝2510铁5016等电位连接方式包括S、M型及S、M混合型。S型连接仅以一点接地基准点接入共用接地系统中；与地和设备之间实现大于10KV、1.2/50us的绝缘；低频不易干扰；适用于局域网、1MHZ以下的网络，对于低频，获得低阻抗的接地网络M型连接采用多点连接、矩阵结构；要求最短线路与等电位网络连接，多个短路回路起到衰减电磁场作用；适用于相对广延的开环系统，对于高频，获得了低阻抗的接地网络；各机房采用M型连接，或采用M与S型连接的混合型连接。第五章 共用接地系统分析（1）地电位反击现象分析如图示，电子设备存在两个接地点，即防雷地与电子设备保护接地分开，一旦建筑物接闪雷电，设I=10kA，接地电阻R=4，此时，B点产生高电位40KV，理论上A点电位为零，A、B点电位差将可能高达40KV，设备将出现闪烁现象，电子设备可能损坏。这就是地电位反击现象。是由于设备存在不同接地装置引起。应将接地装置之间至少两处可靠连接，保持电气可靠导通。（2）共用接地系统 智能建筑应采用共用接地系统。防雷接地应与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。第六章 设计技术方案1、参考标准和规范：(1)建筑物电子信息系统防雷技术规范GB 50343-2004(2)国家标准建筑物防雷设计规范GB 50057-94；(3)国际电工委员会（IEC）标准ProFecFion of SFrucFures againsF LighFning IEC 1024；(4)国际电工委员会（IEC）标准ProFecFion againsF lighFning elecFromagneFic impulse(雷电电磁脉冲的防护) IEC 1312；(5)国际电工委员会（IEC）标准SPD电源防雷器 IEC 61643；（6）国家标准电子计算机机房设计规范GB50174-93。2、本按防雷接地要求，设计方案如下：直击雷防护部分避雷带、避雷网、避雷针是基本的、传统的、行之有效的建筑物防雷措施，避雷针从传统的富兰克林避雷针，发展到消雷器，现发展到了提前放电优化避雷针。提前放电优化避雷针是近几年引进国内的新型直击雷防护装置，在澳大利亚、新西兰、法国等国家普遍使用，为此法国制定了相应的产品标准NF C17-102，目前在国内销售的提前放电优化避雷针其F分别为25us、 40us、60us。提前放电优化避雷针能有效地提高建筑物的保护裕度，降低接闪幅值，有效降低雷击二次效应的强度，非常适合大型建筑物群、重点或精密的易被雷击的对象的防雷保护。在建筑物屋面安装预放电避雷针，避雷针应与建筑物避雷带或避雷网进行连接，避雷针的安装位置需结合现场位置而定，安装高度需根据保护半径计算得知。在室外摄像机立杆顶部安装预放电避雷针FL-4000,每个摄像机处安装1根，安装数量和高度需根据保护半径公式进行计算得知。l 最快的抢先预放电时间120s，即优先引雷入地，保护半径大大增加，保护的可靠性更高；l 触发装置密封在针头的内部，触发放电时，针头外部不会存在火花放电，更加安全；l 触发装置采用的是间隙型装置以及电感性装置，没有元器件，所以不易老化，寿命长；l 内部有纯结构型的保护装置，保护触发装置免受雷电流的冲击，提高实用性；l 在相同的安装高度下，比普通避雷针的保护半径大几倍，大大提高了效率和可靠性；l 外型美观多样，适用于多种不同的使用环境；l 重量很轻，荷载小，针头1.53公斤，支撑物的荷载要求低。（具体事项详见直击雷防护方案 避雷针）电源部分：为有效保护整个供电系统的电源不受雷击侵害，应在机房的配电箱体和UPS前后端做好电源防浪涌保护。在室内配电箱内安装三相电源避雷器FB60-385/4,每个配电箱处1套；在UPS前端安装一体化电源防雷箱FCX-40/380，每台UPS 1套；在UPS后端配置电源避雷器FCX-40/380-A，每台1套；用于防止UPS后端因雷击造成的电源反击，每处1套。机房内的重要设备如服务器、交换机、光端机等都是通过插座取电的，这些设备的耐压能力比较低，需要在总电源进线处做好前端防雷的同时，对这些设备需做针对性的电源防浪涌保护，在此建议在各重要设备的插座取电处配置插座型电源避雷器FD106，计 30 套。信号部分：从弱电配置清单部分看，做以下系统应做防雷接地保护：计算机网络系统、安保监控系统、卫星有线电视系统、周界报警系统和大屏显示系统。防雷设备配置如下；计算机网络系统：在各配线架的交换机和服务器的信号进线端、LAN宽带接入口处建议配置网络信号避雷器FN-RJ45,每个接口1个（其中有8路、16路、24路等接口的网络信号避雷器）；在ADSL进线端配置通信信号避雷器FF-RJ11，每个接口1只（工作电压有24V、48V、110V等均可选择）。安保监控系统：各室外机是直击雷和感应雷最常光顾的设备，如果室外设备遭雷击，同时机房端也会因所感应到的雷电流的不定向性串流而遭受室内设备被雷击坏的可能。针对现场云台摄象机和固定摄象机的数量而定，固定摄象机的室外端建议配置二合一防雷保护器FUV-2/24，每只1套；云台摄象机室外端建议配置三合一防雷保护器FUV-3/220，每只1套；固定摄象机机房端各配置视频信号避雷器FV-BNC，每路1套；直流电源避雷器FD48，每路1套；云台视频信号避雷器FV-BNC，每路1套，云台直流电源避雷器FD48，每路1套；云台控制信号避雷器FU-12，每路1套。卫星有线电视系统；从卫星天线端下来到功分器端的入口处建议配置馈线信号避雷器FR-F，每路1套。周界报警系统：周界报警设备也是直击雷和感应雷最喜欢光顾的对象，在此建议在个报警主机端作好防雷保护措施。电源部分配置直流电源避雷器FD-24，每路1只；信号部分配置控制信号避雷器FU-24，每路1只。等电位连接做法：机房等电位连接是目前机房内设备和人身安全的最有效防护措施，它可以使机房内设备外壳、地面和其它金属构件达到一个电位相等的环境，机房内任何两点的电位差都等于零，人站在机房内的任何位置都不会受电的侵害。大屏显示系统：大屏显示系统因造价高，且对电压的要求比较高，因此对此设备做防雷保护很有必要。考虑到实际布线情况，25对电缆是通过五类双绞线布设的，应配置网络信号避雷器FN-RJ45，每路1只；在6根双绞线两端处配置网络信号避雷器FN-RJ45，每个接口1只。机房等电位连接做法如下图： 静电地板 环形接地母排 机房墙壁 800 绝缘端子机房地面 900机房内采用40*4的铜排作等电位连接材料，在离机房墙壁80cm处绕内墙铺设一圈，且每隔1.2米固定一次，在有静电地板的地方介意每隔30厘米从铜排上拉根10平方的接地线到静电地板的支撑杆上，作静电防护处理。机房内的用电设备外壳、金属构件，工作接地等其他接地都引线跟等电位连接铜排连接在一起，实现机房等电位。防雷接地设备清单：序号设备名称设备型号品牌数量单位单价总价1预放电避雷针FL-4000尊福1根2UPS前端避雷器FCX-40/380尊福1组3UPS后端避雷器FCX-40/380-A尊福1组4三相电源避雷器FB60-385/4尊福1组5单相电源避雷器FC40-385/2尊福1组6插座电源避雷器FD106尊福1套7馈线信号避雷器FR-F尊福1套8摄象机三合一避雷器FUV-3/220尊福1套9摄象机二合一避雷器FUV-2/24尊福1套10视频信号避雷器FV-BNC尊福1套11云台控制信号避雷器FU-12尊福1套12固定摄象机电源避雷器FD48尊福1套13云台摄象机电源避雷器FD48尊福1套14报警电源避雷器FD24尊福1套15报警信号避雷器FU24尊福1套16网络信号避雷器FN-RJ45尊福1套17电话信号避雷器FF-RJ11尊福1套18铜排40*4米19铜鼻子400A（闭口）个20铜鼻子250A（闭口）个21铜鼻子100A个22绝缘端子10个23膨胀螺丝10个24BVR3535mm米25BVR1616mm米26BVR66mm米27合计技术方案设计的原则要求：（一）感应雷防护装置安装工程1、避雷器的安装 保证项目：各种避雷各自的技术参数应符合出厂检定标准，接地电阻及辅助用材应符合设计标准。电源系统的防护安装必须按设计要求进行，器件的选用必须符合标准规定，安装工艺必须满足安装要求。基本项目：各种避雷的安装还应符合如下规定：各种避雷器安装的现场制作件应符合设计要求，各种避雷器外部应完整无缺损，封口处密封良好。低压避雷器的各种技术参数应符合设计要求，安装位置正确，避雷器及支持安装牢固，安装型号搭配符合负载要求，接地装置符合接地装置安装规定。各SPD的连线的线径应符合有关规定，连接端头应压合适的铜鼻子；开关型SPD与限压型SPD的线路间距不小于10米，限压型SPD与限压型SPD的线路间距小于5米；接地连接尽可能平直布设，外挂防雷箱的箱体应接地。尊福信息技术有限公司 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