电源防雷系统应用设计

1、设计要求

根据GB50343-2004第1.0.5电子信息系统应采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护

从上图，我们可以知道，一个综合防雷系统，包含了9部分的措施要进行，而不是我们想象当中，简单安装一个避雷器，或是做一个地网，就可以解决所有的问题的。我们需要根据现场的实际情况，有针对性地进行设计。设计的原则包括如下几方面：

1）、人身安全第一，财产第二；

2）、针对性，考虑经济性，合理性；

3）、符合国家相关的标准；

4）、考虑实施的可行性；

5）、选用防雷产品必须满足被保护设施的参数要求。

2、现场分析

2.1、现场所在地，由地址查阅气象部门该地的雷击次数，评估雷击风险（初步）

2.2、外部具体情况，包括建筑物的尺寸（用于计算雷击机率），周围环境（空旷、城市密集地，水塘水池旁边，山顶/山腰/山脚，同围其它建筑物相比高度、周围是否有变压器、周围是否有高压线顶部经过）

2.3、原系统的接地情况，是否独立接地/人工地/建筑地/分立地，具体测量的数据；观察泥土情况（回填土，砂石，黄泥等，判断土壤电阻率）

2.4、线路的布设情况。进线是否架空，埋地，套管（PVC，金属），

2.5、线路走身，是否沿柱位位置进行布设，是否电源与信号同槽走线，相隔距离有多大。

2.6、电源拓扑图，是否双电源，电源线路走向，包括低压配电房，大楼总配，楼层分配，机房电箱。了解各点具体的线路电压，以及设备工作电压，额定功率等。

2.7、网络系统，了解网络拓扑图，弄清具体设备的数量，走向，位置。宽带则了解其制式，速率（100Mbit，1000Mbit），传输介质（普通线，光纤）,UPS的功率，负载。

2.8、监控系统，了解监控系统的拓扑图。摄像机的数量，工作电压，是否云台/固定机。了解每支摄像枪的具体位置，接地情况，考虑将来接地的处理。

2.9、电话系统，了解具体的交换机的具体型号，接口形式；记录外线（帧中继），内线数量。电源供电情况。

2.10、其它系统，了解具体的拓扑图，了解设备的功率，接口，所处位置，了解系统动作的雷击历史。以分析具体击雷的诱因，以相应采取更合理的保护方式。

3、具体方案设计

3.1、外部防雷系统设计-外部防雷系统，主要考虑接闪和接地两部分。

3.1.1、接闪器系统：

对于单点保护，一般采用Φ10-18的热镀锌圆钢，或是水管，专业的避雷针，架设于保护点（面）的上方，高度的计算方法，按GB50057-90（2000版）规定的“滚球法”计算。对于大楼的保护，常规的方法，是用Φ10-12热镀锌圆钢，沿女儿墙一周布设。如果大楼的面积过大，则需要在楼面布设避网，与避雷带一起，形成整体的接闪系统。避雷带大样图如下所示：

说明：使用材料，均为热镀锌圆钢。直径为Φ8-12均可。支撑卡的总长度，为21cm，按如图所示，弯折一段长为5cm的搭接段，作为与避雷带焊接固定。用钻机在女儿墙上，每隔1米，钻一个深度为6cm的孔，直径与圆钢的直径相符。作为固定之用。

以上为常规避雷带的设计。如果因为特殊的需求，可以设计独立避雷针。避雷针同样按“滚球法”计算针的保护范围。工程经验计算公式，可以大致“三角法”

即一类建筑物，其保护半径与避雷针高度相等，即呈等边三角形状。

3.1.2、接地系统设计：

根据GB50057-94的要求，我们可以用热镀锌角钢与热镀锌扁钢作为材料，制作地网。地网的一般要求，建筑接地不大于30欧，电源接地不得大于10欧，普通弱电系统接地不得大于4欧；如果采用联合接地方式，则要求要不大于1欧。而在实际施工过程中，视具体的情况，采用不用的组合，优化材料，可以达到优化设计的目的。如下为常规地网的设计示例：

说明：

此地网由垂直接地体（L45×45@2000热镀锌角钢），水平接地体（40×4mm热镀锌扁钢），接地模块（600*500*45mm）构成，如果土质条件差，比如土壤电阻率大于300Ω•m的情况下，应该增加长效降阻剂。

地网的埋深，不得小于0.5m，垂直接地体之间的间隔，一般为垂直接地体的深度的两倍。人工地网，一定要预留地地端，作为系统接地点及测试点使用。

其它地网设计：

在特殊的场合，比如可施工面积过小，或是土质环境较恶劣的情况下，可以采用非金属接地模块，或是离子接地棒的方式，进行解决。此处不示例。

3.1.3、等电位设计：

等电位的原理，就像是两个水池，建设在同一高度，并且装有同样高度的水的时候，既然用水管连通起来，他们之间因为没有压差，因此也不会出现水流的现象。用于电位，同样的道理，当我们设备之间，各物体之间，都用金属导线连接起来的时候，他们之间的电位差为零，因此不会产生电流，或是相互之间放电的现象。

对于外部防雷而言，接闪，接地等已经处理完了的时候，我们就要考虑等电位的处理。一般楼顶的金属水塔，水管，金属外露物，铁门，铁窗框等，均需要用40*4mm的热镀锌扁钢进行连接，并且接到避雷带引下线上。使其所有外露的金属物都处在同一电位水平上，从而避免了因为电位不均，而产生的电流，从而造成对人的安全危害以及对设备的损坏。

对于一般机房，均需要进行等电位连接。机房的等电位连接方式，一般通过均压环来实现。就是沿着机房四周，离地面以上大约10cm，并且位于防静电地板之下的位置，环设一圈紫铜带（30*3mm），或是热镀锌扁钢（40*4mm），并且将所过之处的所有建筑物的柱体钢筋，引出焊接到上面；同时，包括设备外壳，金属窗，其它金属物，全部用导线焊接到均压环上面，再通过一个汇流排，用扁钢或是圆钢焊到接地上。如下图所示：

3.2、内部防雷设计

3.2.1、电源系统防雷设计

内部防雷，同样可以分为两大部分。一部分为电源部分。因为所有的设备，都离不开电，而电源线路作为主要的感应雷引与直击雷的引雷途径，因此也是感应雷里面，危害最大的一部分。因此做好电源系统的防雷，显得犹其重要。

按照国标GB50343-2004，进行三级防护。第一级采用能够防10/350波形（即直击雷波形）的SPD。第二级用40KA通流容量的SPD，再在设备端，使用末级电源防雷器，这样层层防护，增加设备的安全系数。其三级防护的原理如下：

通过以上三级的保护，将雷击所产生的浪涌电压，抑制在一个相对比较安全的范围内。

而根据最新的《建筑物电子信息系统防雷技术规范》即GB50343的要求表4.3.1的要求，部分要求较高的设备或是重要的系统，或是所处的环境比较恶劣的地方用电，应该考虑第四级的防护，如下表所示：

表4.3.1 建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择表

与实际结合，我们一般按如此的思路按低压配电房，大楼总配，楼层分配，设备前端这样的思路进行处理。

根据国家有关低压防雷的有关规定，外接金属线路进入建筑物之前必须埋地穿金属管槽15米以上的距离进入建筑物，且要在建筑物的线路进入端加装低压防雷器。必须做到在电源的进入端安装低压端的总电源防雷器，将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄放，以确保后接设备的安全，采用的防雷器能将雷击过电压限制到2000V以下。