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感应雷击涉及的范围很广,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,而且,微电子设备遭雷击损坏,85%以上是由感应雷引起的。
同时,操作过电压同感应雷击一样,可以间接损坏微电子设备。
传统的防雷装置是通过避雷针、避雷带或避雷网及良好的接地系统等装置组成。
根据GB50057-94、IEC1024-1、IEC1312-1标准,还应采取内部防雷措施。
进出各分区界面的线路和金属管道应在界面处进行等电位连接,所有等电位连接体必须与室外防雷系统相连,对于所有进出分界面的电源线和信号线,都应通过避雷器或过压保护器进行等电位连接,而达到保护设备的目的。
通过上述措施和配合装置,能有效地防止雷电波侵入设备,形成多层保护的结构。
为了保证用电设备及系统网络稳定可靠运行,并保证工作人员有安全的工作环境,根据国内及国际有关的防雷规范规定,结合用户所处的环境。
根据现场提供的供电电源及机房设备情况及要求,提出本方案:
二.设计依据
本方案的设计和施工按以下规范为依据:
GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》
GB50174-93《电子计算机机房设计规定》
GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
GB2887《计算机场地技术要求》
GB9361-88《计算机场站安全要求》
IEC
61024《建筑物防雷》
三.保护对像
本次主要对机房内所有设备金属外壳进行等电位连接,单独进行接地处理,加装电源和信号浪涌保护器。
四.方案设计
1.供电线路防护
电源一级防护:
设计依据
依据GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:
防雷击电磁脉冲第三节屏蔽、接地和等电位连接的要求:
第6.3.4条及第四节对电涌保护器和其他的要求:
第6.4.7条规定,在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处,从室外引来的线路上安装SPD当线路有屏蔽时,每个SPD的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑.本建筑物为二类防雷建筑物,首次雷电流幅值为150KA,电源线路为铠装埋地,TN-S配电模式,因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为:
在建筑物已安装合格的防直击雷措施后,有50%的雷电流通过引下线流入接地装置,因此每线分配电流为:
150KA*50%*30%/4=5.6KA,按《建筑物防雷设计规范》第六章:
第四节:
第6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA。
同时,依据《建筑物防雷设计规范》第六章:
第四节第6.4.4条及IIEC61312《雷电电磁脉冲的防护》第三部分:
浪涌保护器的要求,浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到4KV以下。
通常将配电系统第一级防雷保护设计为:
使用10/350μs波形、通流容量25KA每线,8/20μs波形、通流容量100KA每线的B级电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到4000V以下。
所有接线用16mm2股铜线连接,地线用25mm2多股铜线连接。
实施方法举例
在大楼总配电箱处安装电源一级电源浪涌保护,型号为BSPB380-100P的三相电源浪涌保护器。
产品主要技术参数:
标称通流容量(8/20μs):
100KA/线;
限制电压:
≤2500V;
响应时间:
≤25ns;
无插入损耗。
安装位置见下图
电源二级防护:
根据GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:
防雷击电磁脉冲;
第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB50054-95《低压配电设计规范》第四章的有关规定,依据雷电分流理论,需使用8/20μs波形,通流容量20KA,能将4KV的线路残余感应雷击过电压限制到2KV以下。
对于特殊区域需要做重点防护的配电电源需使用通流容量40KA的电涌保护器进行加强保护。
《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第III类耐冲击过压,其耐压为4KV。
对于电梯、机房、空调等属于需要重要保护的区域,浪涌保护器应选择通流容量为40KA。
安装于配电箱内。
为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后,电源对地短路,需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置。
按照第二类防雷建筑物雷电防护等级二次雷击参数要求,依据雷电分流理论,可分配到电源线路系统的雷电电流为8/20μs波形75KA,则对于TN系统,每线可分配8/20μs波形雷电流18.75KA,考虑到保护的裕度,作为配电系统电源第二级防雷,需使用8/20μs波形、通流容量40KA每线的电源电涌保护器将4KV的线路残余感应雷击过电压限制到2KV以下。
在机房所在楼层配电箱处安装一套二级电源浪涌保护器,型号为BSPB380-40P的三相电源浪涌保护器,作为机房供电线路二级防护。
30/60KA/线;
≤2000V;
泄漏电流:
<25uA;
≤10ns;
电源三级防护:
第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及GB50054-95《低压配电设计规范》第四章:
配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定;
参照JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第13部分:
电力设备防雷、第14部分接地及安全以及GBJ64-83《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》第五章、第六章、第八章部分条文。
设计说明
依据智能建筑配电线路设计的实际情况,考虑到各种电子机房内设备的重要性,将配电系统第三级防雷保护设计为:
使用8/20μs波形、通流容量20KA每线的电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到1500V以下。
在机房内配电箱处安装一套三级电源浪涌保护器,型号为BSPB380-20P的三相电源浪涌保护器,作为机房供电线路的三级防护。
10KA/线;
≤1500V;
2.信号系统防护
根据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章:
防雷设计;
GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章:
第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器(SPD)的要求及YD/T5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》第五部分:
SPD的选择;
第5.3条:
信号线用SPD;
第5.5条:
计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求,参照IEC61643-3《低压系统的电涌保排器》第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC61644-11997《通信系统用SPD》标准要求,对于通信线路的防护,需对设备进线缆线使用8/20μs波形、通流容量3KA的信号电涌保护器将数千伏的线路雷电感应过电压限制到设备允许值。
根据大多雷击事故调查,PSTN网所连接的MODEM、传真机、交换机组等设备,极易遭雷电波侵入,应采取的防范措施:
PSTN网电缆屏蔽层应可靠接地。
对交换机线路应采用BSSR45-05H/4、BSSR11-170S、BSSMT-24S、BSSD09-12等信号浪涌保护器,用以保护交换机线路或其它相连的设备安全运行。
具体措施:
在大对数电缆线输入机房设备端安装BSSD09-170的串口信号浪涌保护器,目的是减少雷击所产生的磁场和过电压损坏设备,(共68套)。
安装位置见下图:
2.等电位连接
依据GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》第六章、防雷击电磁脉冲;
第三节、屏蔽、接地和等电位连接第6.3.4条要求:
所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接;
信息系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络,并与建筑物的共用接地系统连接。
内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体采用铜材时,最小截面积为6mm2,采用铝材时,最小截面积为10mm2,采用铁时,最小截面积为16mm2;
铜或镀锌钢等电位带的截面积不应小50mm2。
由于雷电泻放存在趋肤效应,建筑外层钢筋泻放的雷电流通常为建筑内部钢筋的数倍。
一般机房所在区域跨外部、内部两个钢筋区域,因此各钢筋柱间在雷电泻放时存在较大的电压差,这对精密、贵重设备尤为有害,因此在候考楼一、二楼网络机柜处和办公楼三个机房内安装汇流排,通过汇流排和均压环来均衡各设备间的电位差,通常汇流排材料采用-30×
3mm紫铜带或等电位联接箱;
各汇流排安装在各机房内靠近柱子的角位处,开凿各机房内的建筑物柱子内柱筋,采用电气焊接与柱筋焊接后与汇流排连接;
其中办公楼三个机房内还需采用均压环来均衡各钢筋柱的电位差,采用均压环来均衡各钢筋柱的电位差的原因是,此三个机房面积较大柱体多,均压环采用-30×
3mm紫铜带制作并用φ8绝缘子作支撑,将均压环与汇流排采用25mm2的铜导线连接,各机房内的设备外壳、机架等可导电金属物体就近与汇流排或铜带连接,连接线采用6mm2多股铜芯线。
3.接地
GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》标准第5.1.2条强制要求:
需要保护的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施。
5.2.5条强制要求:
接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时,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。
5.2.6条强制要求:
接地装置应优先利用建筑物的自然接地体,当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体。
5.4.1-2条强制要求:
电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时,配电线路必须采用TN—S系统的接地方式。
根据迈克生物机房现接地的实际情况及各设备安全运行的前提下,该机房应有专用接地装置,所以必须考虑建人工地网,当在考虑新增人工地网时机房内各设备接地的接地电阻值不得超过4Ω以上;
本次地网设计方案如下:
采用非金属接地体与热镀锌角钢相结合计算如下:
计算结果为采用10套BSJD-G2非金属接地体后,地网理论值能达到各系统设备所需阻值。
水平接地体采用40×
4的热镀锌扁钢,水平沟槽开挖深度为0.6—1.2米,开挖深度根据地网所处位置土壤电阻率来确定,在水平沟槽内每离3-5米安装垂直接地体,然后采用热镀锌扁钢焊接相连;
然后采用多股铜导线或40×
4的热镀锌扁钢(或Φ10的热镀锌圆钢)连到各需要接地的系统及机房内。
地网敷设位置见下图
结束语:
现代化电子系统的防雷是一个复杂的问题,需采用综合治理的办法,根据特殊情况对症下药,将可能产生雷击的因素排除,才能将雷威胁减小到最低的限度。
防雷系统的设计必须讲究科学性,经济实用,耐久可靠三条原则。
本方案例应依照需方要求,结合系统防雷的具体情况调整。
五、运行维护
(1)避雷器安装之后,应检查所有接线是否正确安装,然后运行测试,看系统和设备是否正常工作,有无异常情况,如有,应及时检查,直至整个系统均正常运作。
(2)每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。
主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常,必要时应挖开地面抽查地下蔽部分锈蚀情况,如果发现问题应及时处理。
(3)接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。
(4)每年雷雨季节前应对运行中的避雷器进行一次检测,雷雨季节中要加强外观巡视,如检测发现异常应及时处理。
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