雷电防护措施

12.2.4　雷电防护措施

1）供电系统的防护

根据供电系统的建设要求，电源系统的防雷一般可采用四级防护，最大限度地保护机房设备的安全性。

第一级保护：可装于室外，在电力变压器的副边端，保护电力电缆及整个大楼全部用电设备，每根电源线分别独立保护（此部分由建筑电气设计考虑）。

第二级保护：安装于分配电柜（楼层配电柜）（此部分由建筑电气设计考虑）。

第三级保护：安装于智能化系统机房的主配电柜，保护机房内通过此配电柜的所有用电设备。SPD的响应时间小于25ns、允许通过电流40kA。

第四级保护：安装于需要特殊保护的设备，如计算机网络系统的主交换机、数字程控交换机、UPS电源、机房空调电源等的专用开关电源进线端，保护主机电源及用电设备（若所有机器均使用被保护的UPS电源，则此保护可不设）。SPD的允许通过电流可达6.5kA，残余电压为700V左右。

采用多级SPD防护的目的是达到分级泄放，避免单级防护因过大的雷击电流出现损坏保护器而失去防护及在设备电源端口产生高残压，确保设备的安全。

浪涌保护器的选择要根据配电线路设备在雷电分区的位置以及配电设备属于哪一级保护等因素选配。

电源线路的浪涌保护器（SPD）应分别安装在被保护设备电源线路的前端，并联安装在各级配电箱的开关之后；SPD各接线端子应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。SPD的接地端与配电箱的保护接地线（PE）接地端子板连接，配电箱接地端子板应与所处区的等电位接地端子板连接，如图12.3所示。

电源线路浪涌保护器又称电源避雷器，主要采用压敏电阻防雷。当电路正常时，压敏电阻处于高阻状态，不影响供电电路正常工作，当电路中由于雷击或操作过压而引起最大峰值电流或高能量脉冲时，压敏电阻以纳秒级的响应速度呈现低阻状态，迅速将过电压限制在很低的防护水平上；当高能量脉冲过后，系统的续流值为零。对电源避雷器的要求是：雷电通流容量大，一般要求在100kA以上；响应速度快，应小于25ns；限制电压低，且具有抗杂波干扰能力等。

电源避雷器有串联型和并联型两种，串联型电源避雷器带有滤波器，具有抗杂波干扰功能。串联型电源避雷器除标有工作电压外，还标有额定电流。并联型电源避雷器只标有工作电压。如表12.4所示。

图12.3　配电箱浪涌保护器的连接

表12.4　串联型与并联型电源避雷器

2）天线的防雷保护

目前的有线电视大都采用光缆传输，但有些建筑智能化系统中有自备的卫星电视接收天线，或VSAT卫星数据通信天线、无线通信基站以及共用天线电视系统的接收天线、FM广播接收天线等，它们都安装在建筑物的屋顶，对它们的防雷措施应给予特别的关注。

这些天线设备的防雷措施应包括：

（1）在安装天线的竖杆（架）上装设避雷针，避雷针的高度应能满足对天线设施的保护。安装独立的避雷针时，由于单根避雷针的保护范围呈帐篷状，边界线呈双曲线，所以避雷针高于天线顶端的长度应大于天线的最大尺寸，避雷针与天线之间的最小水平间距应小于3m。

（2）应把所有的接收天线的接地极焊在一起，并与建筑物的防雷接地系统共地连接，采用联合接地。联合接地电阻应小于1Ω。

（3）若建筑物无专门的防雷接地可利用，应设置独立的专用接地装置。从接闪器至接地装置，采用两根引下线，从不同的方位以最短的距离沿建筑物引下，其接地电阻应小于4Ω。

3）电子设备防雷保护

智能楼宇中安装了大量的电子设备。这些设备的防雷保护，是一个十分重要的问题。除建筑物整体必须加强防雷保护外，计算机及其网络设备、程控交换机及电话设备、卫星通信、有线电视、电视监控等系统也必须加强防雷保护。国内外许多防雷工程公司开发出各类避雷产品，如天线馈电系统避雷器、程控电话信号避雷器、计算机信号避雷器、办公和家用电器防雷保护器等。对这些避雷产品的主要要求是：能有效地防止雷电脉冲对系统和设备的破坏；对设备信号传输的各项参数影响较小；使用方便、易于连接、便于更换和测试。

（1）信号避雷器

适用于计算机及其网络系统，其中包括计算机设备数据终端、网卡、集线器；适用于通信系统，如电话网络、电话设备、传真机、数据线路、调制解调器、机房设备各类接口。为了连接方便，有同轴接口型和非同轴接口型。对各类信号避雷器的技术要求是：通流容量大，限制电压低，传输速率高，插入损耗小。

（2）天馈避雷器

天馈避雷器适用于卫星地面站、卫星通信数据站、卫星电视接收天线、共用天线系统、干线放大器、移动通信及其转发站等。对天馈避雷器的要求是：工作频率范围宽，驻波、插入损耗小，过程响应时间短，承受信号功率强，输出保护电压低。

（3）广播电视共用系统避雷器

广播电视共用系统中许多干线放大器随电缆安装在室外，遭雷击的几率很大，因此要加强防雷保护；考虑到工业、民用建筑的某些监控电视云台摄像机的需要，有些厂家也开发了电视摄像头避雷器。广播电视、电视监控、共用系统避雷器的适用范围是：电视发射设备、电视接收设备、电缆电视、闭路电视监控、卫星电视、VSAT系统、前端设备、编码解码器、干线放大器、摄像机及云台等。对广播电视共用系统避雷器的要求是：工作频率范围宽、雷电通流容量大、限制电压低、防雷响应时间快，承受过载功率强、连接使用方便等。

4）家用电器防雷保护器

家用电器要防止电源浪涌、防止感应雷击，对于家用计算机、VCD、家庭影院、电视机、收录机等，也要加强防雷保护。对家用电器防雷保护器的要求是：防电源感应雷击、防天线感应雷击、防电源浪涌、能抑制杂波、具有过载保护功能等。

【例12.1】　中光防雷科技公司的智能楼宇防雷系统的模型。

该模型的示意图如图12.4所示。

图中包括了卫星数据通信系统防雷、共用天线闭路系统防雷、程控交换机系统防雷、计算机网络系统防雷、电视监控系统防雷、电源系统防雷等。

在防雷模型中所用器件：

（1）防直击雷部分，选用ZGUⅢ系列。图中A位于大厦顶层中央，B位于四角。

（2）电源部分：安装了各种型号的电源避雷器。

B₁-ZGB153B₂　　　B₂-ZGB153B₁　　　B₃-ZGB149A₁

B₄-ZGB148A　　　　　　　　　B₅-ZGB170-6

图12.4　智能化系统防雷示意

（3）信号部分：安装了各种型号、不同功能的信号避雷器、天馈避雷器和共用系统避雷器。

X₁-ZGBD19C　　 X₂-ZGB003J　　X₃-ZGB003N-1

X₄-ZGB003M-1　 X₅-ZGB238A-2　X₆-ZGB232C

X₇-ZGB232D

（4）网络、监控部分：安装了不同型号的计算机网络、闭路电视监控设备的避雷器。

J₁-ZGB235H-1　J₂-ZGB235C　J₃-ZGB235F

J₄-ZGB235H　　G₁-ZGB238A　G₂-ZGB236

G₃-ZGB236B　　G₄-ZGB236C　G₅-ZGB238B

5）等电位连接

等电位连接是雷电防护中的重要举措，它能使电位达到均衡，保持各部分不产生足以致损的电位差。等电位连接是用导线或过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、外来的导体物、电气和电信装置一起连接起来。

建筑物内的等电位连接有总等电位连接和电子信息系统机房的等电位连接。前者是将建筑物柱内主钢筋、各层楼板内的钢筋、基础内钢筋等连成一体，在每层（包括机房、弱电间等）都设有等电位连接的端子板；电子信息系统机房的等电位连接是在建筑物总等电位连接的基础上对重点防护对象的防护措施。机房的等电位连接方式如图12.5所示。

图12.5　机房等电位连接示意图

它要求将机房内的机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、电气和电子设备的金属外壳、信息设备的防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器（SPD）接地端均以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接。与端子板连接的接地干线应采用多股铜导线或铜带连接，横截面不小于16mm²。

等电位连接中的一些具体措施如下：

（1）由于电气通道以及金属管路穿过各级雷电保护区，因此要求它们的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。

（2）进入大楼的所有管线（包括电缆金属外皮、燃气管、自来水管、消防干管）和金属构件以及架空敷设管道的钢架等，在进入大楼前要进行电气连接，并与大楼的主钢筋连接。

（3）从室外进入的信号线（包括卫星接收天线、计算机网络线、电话进线等）和从室内到室外的电源线、控制线等均应穿金属管，并在管两端分别与基座和大楼的钢筋焊接。

（4）楼内强电、弱电竖井的桥架、水平线槽、电梯轨道、电线暗管等必须进行等电位连接，并与大楼的主钢筋相连接。

（5）机房内的抗静电地板的金属支架应进行电气连接并与大楼的主钢筋连接，每5m用6mm²铜线与等电位连接端子排连接。

（6）机房内的配电箱、柜、桥架、线槽、控制操作台、机柜、空调机等机壳必须接地。

（7）在大楼现场安装的设备，如摄像机的机架、门禁读卡器、控制器、传感器、执行器等的外壳必须良好接地。

（8）由于电感（L）越大，瞬变电流在电路中产生的电压（V）就越高，而电感主要与导线的长度成正比，因此，应使连接导线尽可能地短。同时，采用多条连接导线并联也能明显地降低电感量，因此可采用星形或网形结构将被保护的装置连接到一条等电位连接带上。

（9）对于系统中无法使用连接导线进行等电位连接的地方，应使用浪涌保护器（SPD）实现瞬态等电位连接。要选用一些响应速度快的元件，在瞬态过压的情况下将数十千安的电流传导入地。