机房雷电防护方案

一、概述

总论近年来，计算机网络技术进入了前所未有的快速发展时期，新方法、新技术、新产品不断的涌现，为网络计算和管理这一计算机应用模式提供了强有力的支持，极大地推动了社会信息化的发展进程。随着电脑网络的不断发展和行业内竞争的加剧，各金融、电信等机构千方百计地发展自己的计算机业务处理系统，以更好的为客户服务，提高业内竞争力，每年的设备投资费用不断增加。上述机构对计算机进行业务处理的依赖性越来越高，网络的安全性、可靠性以及设备用机环境都成为客户考察服务水平的重要环节。就用机环境而言，由于计算机通信设备属于微电子设备（即弱电设备），其耐过电压冲击的能力很弱，而由电源线、信号传输线、地线侵入的雷电冲击波强度却很大。通过电源线、信号传输线引入的雷电感应冲击大电流，足以使许多微电子设备遭受不同程度的损坏，并危及人身安全，造成巨额的直接经济损失。而更为重要的是会导致整个网络瘫痪，重要数据丢失，间接经济损失不可估量。

我们不能因为没遭到过雷害而抱有侥幸心理，对依赖计算机来进行数据处理和存储的网络信息行业来说，雷电造成的数据丢失和网络瘫痪将是灾难性的。即使雷电流强度不足以打坏设备，频繁的雷电冲击也会大大的缩短电子设备的寿命。另外内部操作过电压，如变压器的空载、电机的启动、开关的开启等引起的强大脉冲电流通过线缆引入，也会造成设备不同程度的损坏。计算机设备遭受雷击损坏已成为影响金融、电信等机构业务正常、安全运行的重要因素之一。

雷电的产生雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。 雷电的表现形式主要有两种：一种是直击雷，是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。直击雷威力巨大，雷电压可达几万至几百万伏，瞬间电流可达十几万安，在雷电通路上，物体会被高温烧伤甚至融化。通常在建筑物顶部安装避雷针或避雷网等来防直击雷。另一种是雷电感应，是指当直击雷发生以后，带电云层迅速消失，而地面上某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压；或由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或

金属物因电磁感应而产生高电压以致发生闪击的现象。 二、雷害的途径分析

雷电对电气设备的影响，主要由以下四个方面造成：①直击雷；②传导雷； ③感应雷；④开关过电压。

直击雷：雷电直接击中建筑物，雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄

50%放到大地，其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流，其中5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流，其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道、缆线分流。这里的能量分

电源系统10-45%通信网络系统5%左右配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化。直击雷波形为10/350us

管道系统10-30%(图3) 传导雷（雷电波侵入）：在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。

感应雷（雷电波感应）：在周围1000公尺左右范围内（有资料为 500公尺或 1500公尺，距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化）。发生雷击时，LEMP 在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。 瞬时过电压的分类

实际上瞬时过电压又称浪涌电压，其分类如下表所示：

分类 直接雷 雷击 感应雷 电磁感应 浪 涌 电 压 线路浪涌 系统开关过电压 容性或感性负载开关 整流 其它原因 无负载时开关 切断电流 故障浪涌 相线与地短路引起的过电压 一相开路引起的过电压 产生原因 雷击直接电殛电源或信号线 静电感应 其它原因 电磁感应 静电感应 EMI/RFI* 使用电吹风，无绳电话等 人体静电，摩擦静电等 *注：EMI—Electro Magnetic Interference 电磁干扰

各类过电压会出现多种有害效应，需要给予综合防护。根据气象、门的有关规定，要求在内部的计算机系统上统一安装防雷设备，以便于提高整体抗雷击和过电压的防护能力。因此对于防雷工作不能有任何的侥幸心理，若因雷击而导致生命和财产的重大损失，是很难用时间和金钱来弥补的，特别是一些重要部门的数据资料，一旦丢失，将会带来不可估量的损失。

雷电流持续的时间虽然短暂，但它巨大的破坏性是目前人类所无法控制的，现阶段通过人力主动去化解雷电的危害，还是不现实的，只能通过努力被动地将雷击的能量给予阻挡并将其泄放入大地，以避免所带来的灾害。 过电压的防护

针对过电压的特点及其所产生的危害，对过电压的防护应当采取综合的防护措施，进行全方位的防护，根据IEC1024-1对雷击区域的划分，针对不同的区域应当采用不同类型、不同功能的防护器件，因此将防雷应当分为外部建筑物防雷和内部系统防雷两部分。 三、防雷方案设计依据

(1)建筑物防雷设计规范 GB50057-94 (2)电子计算机机房设计规范 GB50174-93 (3)民用建筑电气设计规范 JGJ/T16-92 (4)计算站场地安全要求 GB9361-88 (5)计算站场地技术文件 GB2887- (6)计算机信息系统防雷保安器 GA173-1998 (7)雷电电磁脉冲的防护 IECI312 (8)微波站防雷与接地设计规范 YD 2011－93 (9)通信局（站）接地设计暂行技术规定 YDJ26E9 (10) (11)

Protection of Structures against Lighting (IEC1024-1:1993) Protection against Lighting electeomagnetic impuise雷电电磁

脉冲的防护 ICE 61312-1-2-3：1995-02 (12)

Insulation coordination for equipment within low-voltage

systems IEC6-1:1992-02 (13)

Electrical installations of buildings IEC34-4:1993-02

四、防雷方案设计 1、电源系统防雷

根据IEC1312防雷及过电压规范中有关防雷分区的划分，针对重要系统的防雷应分为三个区，分别加以考虑。只做单级防雷可能会带来，因雷电流过大而导致的泄流后残压过大破坏设备或者保护能力不足引起的设备损坏。电源系统多级保护，可防范从直击雷到工业浪涌的各级过电压的侵袭。

机房得到电源系统是由市电经低压配电柜再经过分配电柜输送到机房，而电源线路又是雷电入侵的主要通道，因此根据电源系统的防护原则，应对电源系统的防雷应采取多重保护、层层设防的原则、本次设计方案将在电源输入端加装相应的各级浪涌吸收装置，这样形成了多级的电源防雷体系。

第一级电源防雷器：

并联安装于单位总配电低压侧，作为整个单位总电源的前级防护。 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到2000V以下。

具体措施：

◆在大楼总配电柜安装电源防雷器1套，作为整栋大楼内所有设备的电源前级防护。

第二级限压型防雷器：

并联安装在各楼层电源前的分配电柜或机房UPS电源的进线段。

分配电柜的电源防雷器，可将几千伏的过电压进一步到1点几千伏，雷电多发地带需要具有40KA的通流容量，防雷器可并联安装在分配电室的电源配电柜端。

具体措施：

◆在单位各楼层分配电电源端，各安装1套（三相电+单相电）40KA电源防雷器，作为大楼内设备的电源二级防护。

◆在单位机房分配配电柜端，安装1套（三相电+单相电）40KA的电源防雷器，作为机房的电源二级防护。

第三级电源防雷插座：

串联安装在各需要保护终端设备前端。

目的是将雷电及其他浪涌电压到对设备没有损害的水平，特别是对日常天天发生的电源系统操作过电压、电源高次谐波等具有和保护作用，可以延长设备的正常使用寿命，减少运行维护成本。

具体措施：

◆在需要防护的各终端电子设备的前端，分别安装电源防雷插座，作为各电子设备的电源第三级防雷保护。 电源系统三级防雷示意图：

2、网络系统的防雷

计算机网络中由于大量使用集成电路芯片等微电子元器件。这些器件的击穿电压往往只是几十伏，最大允许工作电源也只是mA级的，对感应雷、静电干扰、电磁辐射干扰等引起的瞬间过电压及浪涌电压的承受能力大为减弱，因此必须在信号线中安装雷器：如RS232串口防雷器、RJ45接口防雷器、馈线防雷器等；从而保证计算机网络系统的正常工作。

具体措施：

◆在网络机房或楼层的交换机进线端安装网络防雷器，数量根据实际情况而定。 ◆在网络机房的服务器网络进线端安装网络防雷器，数量根据实际情况而定。

机房信号线路系统防雷方案示意图： 3、等电位联结

等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置，建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体、电气装置、电 信装置等连接起来。 可采用以下方法完成等电位连接：

1. 自然连接可以保证电气贯通的地方用连接导线连接。 2. 不允许用连接导线的地方，采用过电压保护器跨接。

3. 必须尽可能在靠近进户点处对外来导体作等电位连接，预计大部分雷电流将流过这些连接点。

4. 电力线路的所有导体本身应做直接或非直接等电位连接。相线应通过过电压保护器连到避雷接地装置上。在TN系统中，PE线或PEN线应直接连到避雷接

网络防雷器 专线防雷器 网络中心机房 RJ网络防雷器 专线 网络交换机 地装置上。

机房的等电位措施主要是减少各设备之间由于点位不均导致的设备间放电而造成的设备损坏。主要做法是在具备静电地板的机房内在静电地板下采用铜箔或铜编织带将静电地板下进行敷设。

选用35mm的铜编织带做等电位连接，网格不大于4 x 4米敷设于防静电地板下，组成均压网格并与防静电地板的支架进行有效电气连接。

要求规定：机房的铜编织带都必须闭合成环，交叉点必须机械连接，铜编织带与其他设备也必须是机械式连接，以防连接处氧化，致使接地阻值升高。

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4、接地系统

接地是防雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷或是其他形式的雷电最终都是把雷电流送入大地，因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠的防雷的。

必须按照国家标准做好良好的接地，接地电阻必须小于4Ω。采用共有接地时，应小于1Ω。采用接地时，每个接地之间不应小于20m，以防止地电位反击对设备造成的损坏。若不能满足，应在没两个接地之间加装地电位均衡器。

五、安装注意事项： 1、供电系统防雷注意事项：

1) 电源第一级SPD与第二级SPD之间的距离应大于10m，第二级与第三级

之间的距离应该大于5m。否则应加装协调电感。

2) 防雷模块前必须串接空开或熔断丝作保护，以防防雷器失效时将主电路

对地短路，空开及熔断丝整定电流选配：一级（63A）、二级（32A）、三级（16A）。

3) 电源防雷器必须连接在主电路断路装置的输出端，并采用对地并联。 4) 电源防雷器的连接引线应小于0.5米，并要短而平直。

5) 电源防雷输入端引线线径为：一级（16mm）、二级（10 mm）、三级（6 mm），

电源输出对地引线线径：一级（25 mm2）、二级（16 mm2）、三级（10 mm2）。 6) 电源防雷器的连接线不应成直角或锐角弯曲，应尽量成钝角弯曲。 7) 电源防雷器的引线应尽量以线色加以区分，并应机械式连接。 8) 电源PE的阻值不应大于4Ω，共用接地，应小于1Ω。 2、接地系统注意事项：

1） 防雷接地必须小于4欧姆，当采取共用接地时应小于1Ω。

2） 两个地之间距离必须大于20米，否则在两地之间加装等地位均衡

器。

3） 信号防雷器地尽量与直击雷地分开，目的是防止直击雷从地线反击信号

设备。

4） 室外接地装置方式：

A 镀锌扁铁埋地水平组成地网，埋地不小于1米。 B 人工接地模块埋地，埋地不小于0.5米。

C 2.5米镀锌钢钎垂直打入地下，多根时，相互间距必须大于5米。 D 2.5米镀锌钢钎加镀锌扁铁网。 E 以上方式基础上再加降阻剂或换土。

5） 室外接地引线必须与埋地接地装置采用焊接，并作防腐处理（刷沥青等） 6） 室内接地、等电位必须采用机械式连接，连接前必须将连接处的油漆或

氧化层去除。

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7） 接地引线线径：机房到室外接地装置引线（圆钢直径要大于10mm，扁钢

截面大于80mm2）。

8） 铜线与扁铁必须采用焊接或机械式连接，并作防腐处理。 3、布线要求

1) 整个网络布线须采取屏蔽处理，或埋地布线，并将屏蔽层两端接地。 2) 进出建筑物的网络线路必须采取埋地并采取屏蔽措施，绝对禁止架空进

出。

3) 布线必须远离电话或其它电源等线路，以防其它未作防雷的线路上的感

应效应对信号线路产生二次感应，标准参考国标GB50198-94。 4) 带金属加强芯的光纤作信号传输时，应对金属加强芯两端接地。 4、防雷产品安装

1) 防雷产品尽量靠近被保护设备，尤其是信号防雷器与设备间距离不大于

1米。

2) 电源防雷产品基本都是采用对地并联连接。 3) 信号防雷产品基本都是采用串联连接。

4) 防雷产品安装必须注意方向，尤其是信号防雷器，所有信号防雷器的输

出（OUT）端都是连接被保护设备。

5) 带地线的防雷器安装时，防雷器上的地线必须与接地引线焊接，并用绝

缘胶布包裹。

6) 信号防雷器的接地引线一般采用多股绝缘铜线，截面积应不小于1.5mm2，

组合型机架式防雷器不应小于6 mm2。

5、其它注意事项：

1) 所有防雷器均须保证接地良好，符合国家标准要求。

2) 网络线、RJ45接头应采用正规产品，线序正确、接头制作良好。 3) 防雷器至被保护设备间的连接线应尽量短，不宜超过0.5m。

4) 为保证防雷效果，应对电源线路、网络线路等实芯线路都加装相应的防

雷器，并按照标准做好等电位连接、布线、接地等工作。