雷電反擊

綜合防雷電反擊的措施

現代防雷保護包括外部防雷保護(建築物或設施的直擊雷防護)和內部防雷保護(雷電電磁脈衝的防護)兩部份，外部防雷系統主要是為了保護建築物免受直接雷擊引起火災事故及人身安全事故，而內部防雷系統則是防止雷電波侵入、雷擊感應過電壓以及系統操作過電壓侵入設備造成的毀壞，這是外部防雷系統無法保證的。

防雷是一個很複雜的問題，不可能依靠一、二種先進的防雷設備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應過電壓的影響，必須針對雷害入侵途徑，對各類可能產生雷擊的因素進行排除，採用綜合防治——接閃、均壓、屏蔽、接地、分流（保護），才能將雷害減少到最低限度。

接閃裝置就是我們常說的避雷針、避雷帶、避雷線或避雷網，接閃就是讓在一定程度範圍內出現的閃電放電不能任意地選擇放電通道，而只能按照人們事先設計的防雷系統的規定通道，將雷電能量泄放到大地中去。

接閃裝置在接閃雷電時，引下線立即產生高電位，會對防雷系統周圍的尚處於地電位的導體產生旁側閃絡，並使其電位升高，進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險，最簡單的辦法是採用均壓環，將處於低電位的導體等電位連接起來，一直到接地裝置。室內的金屬設施、電氣裝置和電子設備，如果其與防雷系統的導體，特別是接閃裝置的距離達不到規定的安全要求時，則應該用較粗的導線把它們與防雷系統進行等電位連接。這樣在閃電電流通過時，室內的所有設施立即形成一個“等電位島”，保證導電部件之間不產生有害的電位差，不發生旁側閃絡放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產生的反擊。

為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實行等電位連接，電源線、信號線、金屬管道等都要通過過壓保護器進行等電位連接，各個內層保護區的界面處同樣要依此進行局部等電位連接，並最後與等電位連接母排相連。

屏蔽就是利用金屬網、箔、殼或管子等導體把需要保護的對象包圍起來，使雷電電磁脈衝波入侵的通道全部截斷。所有的屏蔽套、殼等均需要接地。

屏蔽是防止雷電電磁脈衝輻射對電子設備影響的最有效方法。

接地就是讓已經進入防雷系統的閃電電流順利地流入大地，而不能讓雷電能量集中在防雷系統的某處對被保護物體產生破壞作用，良好的接地才能有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，避免發生反擊。

過去有些規範要求電子設備單獨接地，目的是防止電網中雜散電流或暫態電流干擾設備的正常工作。90年代以前，部隊的通信導航裝備以電子管器件為主，採用模擬通信方式，模擬通信對干擾特別敏感，為了抗干擾，所以都採取電源與通信接地分開的辦法。現在，防雷工程領域不提倡單獨接地。在IEC標準和ITU相關標準中都不提倡單獨接地，美國標準IEEEStd1100-1992更尖銳地指出：不建議採用任何一種所謂分開的、獨立的、計算機的、電子的或其它這類不正確的大地接地體作為設備接地導體的一個連接點。防雷接地是防雷系統中最基礎的環節，也是防雷安裝驗收規範中最基本的安全要求。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發揮出來。

這是現代防雷技術迅猛發展的重點，是保護各種電子設備或電氣系統的關鍵措施。

所謂分流就是在一切從室外來的導體（包括電力電源線、數據線、電話線或天饋線等信號線）與防雷接地裝置或接地線之間並聯一種適當的避雷器SPD，當直擊雷或雷擊效應在線路上產生的過電壓波沿這些導線進入室內或設備時，避雷器的電阻突然降到低值，近於短路狀態，雷電電流就由此處分流入地了。雷電流在分流之後，仍會有少部份沿導線進入設備，這對於一些不耐高壓的微電子設備來說是很危險的，所以對於這類設備在導線進入機殼前，應進行多級分流（即不少於三級防雷保護）。

現在避雷器的研究與發展，也超出了分流的範圍。有些避雷器可直接串聯在信號線或天線的饋線上，它們能讓有用信號順暢通過，而對雷電過壓波進行阻隔。

採用分流這一防雷措施時，應特別注意避雷器性能參數的選擇，因為附加設施的安裝或多或少地會影響系統的性能。比如信號避雷器的接入應不影響系統的傳輸速率；天饋避雷器在通帶內的損耗要盡量小；若使用在定向設備上，不能導致定位誤差。

在建築物基建選址時，就應該躲開多雷區或易遭雷擊的地點，以免日後增大防雷工程的開支和費用。

當雷電發生時，關閉設備，拔掉電源插頭。

網路機房防雷設計方案。目前，隨著計算機和網路通信技術的高速發展，計算機網路系統對雷擊的防護要求越來越高，由於對雷擊的防護措施不力或存在認識上的偏差，往往起不到應有的防護效果，機房遭受到雷擊頻繁發生。特別是在雷雨季節，計算機網路系統的一些電子電氣設備受到雷擊的干擾，有些遭雷擊而燒毀，造成直接經濟損失。計算機網路系統的防雷防護要引起足夠重視，做到有備無患，對防雷設施進行整改，做好整體防護措施，才能更好地維護機房的安全運行。

1.1建築物直擊雷防護

按照國家標準GB 50057-94《建築物防雷設計規範》的要求，重要計算機網路系統機房所在大樓為第二類或第三類防雷建築物，一般都按要求建設有防雷設施，如大樓天面的避雷網(帶)、避雷針或混合組成的接閃器等，這些接閃器通過大樓立柱基礎的主鋼筋，將強大的雷電流引入大地，形成較好的建築物防雷設施。計算機系統設置在建築物內，受建築物防雷系統保護，直擊雷直接擊中計算機網路系統的可能性就非常小，因此通常不必再安裝防護直擊雷的設備。

1.2計算機網路系統感應雷防護

感應雷由靜電感應產生，也可由電磁感應產生，形成感應雷電壓的機率很高，對建築物內的低壓電子設備造成較大的威脅，計算機網路系統的防雷工作重點是防止感應雷入侵。入侵計算機系統的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：

(1)由交流電源供電線路入侵

計算機系統的電源由室外架空電力線路輸入室內，架空電力線路可能遭受直擊雷和感應雷；直擊雷擊中高壓電力線路，經過變壓器耦合到380V低壓側，入侵計算機供電設備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應出雷電過電壓。在220V電源線上出現的雷電過電壓平均可達10000V，對計算機網路系統可造成毀滅性打擊。

(2)由計算機通信線路入侵

由計算機通信線路入侵分為三種情況。

情況一：當地面突出物遭直擊雷打擊時，強雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進而擊穿外皮，使高壓入侵線路。

情況二：雷雲對地面放電時，在線路上感應出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電氣設備，通過設備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害範圍大。

情況三：若通過一條多芯電纜連接不同來源的導線或者多條電纜平行鋪設時，當某一導線被雷電擊中時，會在相鄰的導線感應出過電壓，擊壞低壓電子設備。

(3)地電位反擊電壓通過接地體入侵

雷擊時強大的雷電流經過引下線和接地體泄入大地，在接地體附近放射型的電位分佈，若有連接電子設備的其它接地體靠近時，即產生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達數萬伏。建築物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地，在附近空間產生強大的電磁場變化，會在相鄰的導線（包括電源線和信號線）上感應出雷電過電壓，因此建築物避雷系統不但不能保護計算機系統，反而可能引入了雷電流。計算機網路系統等設備的集成電路晶元耐壓能力很弱，通常在100V以下，因此必須建立多層次的計算機防雷保護系統，層層防護，確保計算機網路系統的安全。

1.3.解決方案

（1）對於雷電磁場的影響，主要是直擊雷擊中機房大樓時，雷電流在建築物的內部分佈直接影響到計算機網路系統設備，特別是對電磁干擾敏感的計算機及網路通信終端設備。合理選擇機房的位置及機房內設備的合理布局可有效的減少雷害。

（2）在供電系統及計算機網路終端設備的介面處安裝電涌保護器SPD，並對出入機房纜線採取屏蔽、接地，實現等電位連接等措施，可有效減少雷擊過電壓對計算機網路系統設備的侵害。

（3）機房採用聯合接地可有效的解決地電位升高的影響，合格的地網是有效防雷的關鍵。機房的聯合地網通常由機房建築物基礎（含地樁）、環形接地（體）裝置、工作（電力變壓器）地網等組成。對於敏感的數據通訊設備的防雷，接地系統的良好與否，直接關係到防雷的效果和質量。如果地網不合要求，應改善地網條件，適當擴大地網面積和改善地網結構，使雷電流儘快地泄放，縮短雷電流引起的高過電壓的保持時間，以達到防雷要求。

基本情況

某公司機房，在公司所在大樓三樓，大樓已有避雷針、避雷帶等外部防雷設施；計算機網路系統的供電系統由市電三相低壓電源供電，機房供電電源由配電室配電櫃直供大樓配電箱，由大樓配電箱至機房配電箱供給UPS電源設備；機房計算機網路通信線進出採用UTP雙絞線纜，通訊專線的線路採用語音電纜線，衛星饋線採用BNC介面同軸電纜；機房接地利用建築接地網。

方案設計

機房所在大樓已有避雷針、避雷帶等外部防雷設施，不再作外部防雷補充設計。計算機網路系統雷擊電磁脈衝防護按A類要求設計，供電系統採取3~4級電涌保護器（SPD）（以下簡稱避雷器）進行保護。網路通信系統採取精細保護，對於進出保護區的電纜、電線在進入保護區時適當安裝信號介面電涌保護器（SPD）。機房實行聯合接地，建立合格的接地系統，對進出保護區界面的管、線、槽實行等電位連接。有效地將雷電過電壓降低到設備能夠承受的水平。設計內容主要包括：

(1)機房設備瞬態過電壓保護的設計；

(2)機房等電位連接的設計；

(3)接地網製作設計。

機房電源設備瞬態過電壓保護

計算機網路機房作為一個欲保護的區域，從EMC（電磁兼容）的觀點來看，由外到內可分為幾級保護區。建築物大樓外部是直接雷的區域，在這個區域內的設備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區，為0區；建築物內部到機房所處的位置為非暴露區，可將其分為1區、2區，越往內部，危險程度越低。電源線路是雷電過電壓侵入的主要途徑之一。從總配電室變壓器低壓輸出端到機房設備端，必須實行分級保護，將雷電過電壓降低到設備能夠承受的水平。

3.1電源避雷器的配置

(1)總低壓配電室的總配電櫃電源輸出端配置三相箱式電源避雷器1台，作為第一級防雷保護。標稱放電電流選用50～100kA，預防直擊雷。

(2)網路設備所在建築樓層總配電箱電源引入端配置箱式電源避雷器，作為第二級防雷保護。配置三相箱式避雷器，標稱放電電流選用40kA，預防感應雷擊或操作過電壓。

(3)網路設備機房配電箱電源引入端配置電源避雷器，作為第三級防雷保護。配置單相箱式避雷器，標稱放電電流選用20kA，預防感應雷擊或操作過電壓。

(4)重要網路機櫃或設備端採用模塊式電源避雷器，作為第四級防雷保護。標稱放電電流選用5kA，預防感應雷擊或操作過電壓。

3.2數據（信號）通信介面避雷器的配置

根據通信設備的具體情況，主要考慮由室外引入的數據（語音）或視頻信號線路的防雷保護。避雷器主要串接在線路的兩端設備的介面處。

(1)伺服器100M輸入埠處安裝單口RJ45埠信號避雷器，以保護伺服器。

(2)24口網路交換機串聯24口的RJ45埠信號避雷器，避免因雷擊感應或電磁場干擾沿雙絞線竄入而毀壞設備。

(3)在DDN專線接收設備上安裝單口RJ11埠信號避雷器，保護DDN專線上的設備。

(4)在衛星接收設備前端安裝同軸埠天饋線避雷器，以保護接收設備。

等電位連接設計

在機房做一個接地總匯流排，使交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等四種接地共用一組接地裝置。機房接地匯流排盡量安裝在防靜電地板下隱蔽處。將所有進入大樓的通信電纜及線纜用金屬管道進行屏蔽，並將所有的金屬管道（包括水管、煤氣管及各種屏蔽管道）在進入大樓之前，就近接地。採用聯合接地網，目的是消除各地網之間的電位差，保證設備不因雷電的反擊而損壞。

接地網製作設計

接地是避雷技術非常重要的環節之一，無論是直擊雷或感應雷，最終都是把雷電流引入大地。因此，對於敏感的數據（信號）通信設備而言，沒有合理而良好的接地系統是不能可靠避雷的。因此，對接地電阻>1Ω的大樓地網，需按照規範要求整改，以提高機房接地系統的可靠性。根據具體情況，通過沿機房大樓建立不同形式的接地網（包括水平接地體、垂直接地體）來擴大接地網的有效面積和改善地網的結構。

基本要求如下：

（1）在大樓周圍做接地網，用較少的材料和較低的安裝成本，完成最有效的接地裝置；

（1）接地電阻值要求R<1Ω；

（2）接地體應離機房所在主建築物3~5m左右設置；

（3）水平和垂直接地體應埋入地下0.8m左右，垂直接地體長2.5m，每隔3~5m設置一個垂直接地體；

（4）垂直接地體採用50×50×5mm的熱鍍鋅角鋼，水平接地體則選50×5mm的熱鍍鋅扁鋼；

（5）在地網焊接時，焊接面積應≥6倍接觸點，且焊點做防腐蝕防鏽處理；

（6）各地網應在地面下0.6~0.8m處與多根建築立柱鋼筋焊接，並作防腐蝕、防鏽處理；

（7）土壤導電性能差時採用敷設降阻劑法，使接地電阻≤1Ω；

（8）回填土必須是導電狀態較好的新粘土；

（9）與大樓基礎地網多點焊接，並預留接地測試點。

以上是一種傳統的廉價實用的接地方式，根據實際情況，接地網材料也可以選用新型技術接地裝置，如免維護電解離子接地系統、低電阻接地模塊、長效銅包鋼接地棒等等。