一、說(shuō)明
1、概述
    眾所周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，瞬間電流可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)安培。雷擊所造成的破壞性后果體現(xiàn)于下列三種層次：①設(shè)備損壞，人員傷亡；②設(shè)備或元器件壽命降低；③傳輸或儲(chǔ)存的信號(hào)、數(shù)據(jù)（模擬或數(shù)字）受到干擾或丟失，甚至使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作而暫時(shí)癱瘓或整個(gè)系統(tǒng)停頓。目前，世界上各種建筑、設(shè)施大多數(shù)仍在使用傳統(tǒng)的避雷針?lè)览?。用避雷針?lè)乐怪苯永讚魧?shí)踐證明是經(jīng)濟(jì)和有效的。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大量精密電子設(shè)備的使用和聯(lián)網(wǎng)，避雷針對(duì)這些電子設(shè)備的保護(hù)卻顯得無(wú)能為力。避雷針不能阻止感應(yīng)雷擊過(guò)電壓、操作過(guò)電壓以及雷電波入侵過(guò)電壓，而這類過(guò)電壓卻是破壞大量電子設(shè)備的罪魁禍?zhǔn)?。每年各種通訊控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)因雷擊而受破壞的事例屢見(jiàn)不鮮。
現(xiàn)代防雷技術(shù)系統(tǒng)的防雷方案包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個(gè)方面: ?外部防雷包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等，其主要的功能是為了確保建筑物本身免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過(guò)避雷針、避雷帶、引下線等，安全泄放入大地
    ?內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的安全而設(shè)置的。通過(guò)在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的防雷器，使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。將可能進(jìn)入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設(shè)備的安全。
    避雷帶、引下線（建筑物鋼筋）和接地等構(gòu)成的外部防雷系統(tǒng)，主要是為了保護(hù)建筑物本體免受雷擊引起的火災(zāi)事故及人身安全事故，而內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止感應(yīng)雷和其他形式的過(guò)電壓侵入設(shè)備造成損壞，這是外部防雷系統(tǒng)無(wú)法保證的。
2、防雷方案設(shè)計(jì)依據(jù)
(1)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范                              GB50057-94
2) 電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范                          GB50174-93
(3) 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范                            JGJ/T16-92
(4) 計(jì)算站場(chǎng)地安全要求                              GB9361-88
(5) 計(jì)算站場(chǎng)地技術(shù)文件                              GB2887-89
(6) 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器                        GA173-1998
(7) 雷電電磁脈沖的防護(hù)                              IECI312
(8) 微波站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范                        YD 2011－93
(9) 通信局（站）接地設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定                YDJ26E9
二、雷害的途徑分析
    雷電對(duì)電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個(gè)方面造成：①直擊雷；②傳導(dǎo)雷； ③感應(yīng)雷；④開(kāi)關(guān)過(guò)電壓。
    直擊雷：雷電直接擊中建筑物，雷電不到50%的能量將會(huì)從引下線等外部避雷設(shè)施泄放到大地，其中接近40%的能量將通過(guò)建筑物的供電系統(tǒng)分流，其中5%左右的能量通過(guò)建筑物的通信網(wǎng)絡(luò)線纜分流，其余的雷擊能量通過(guò)建筑物的其他金屬管道、纜線分流。這里的能量分配比例會(huì)隨著建筑物內(nèi)的布線狀況和管線結(jié)構(gòu)而變化。直擊雷波形為10/350us。
   傳導(dǎo)雷（雷電波侵入）：在更大的范圍內(nèi)（幾公里甚至幾十公里），雷電擊中電力或信息通訊線路，然后沿著傳輸線路侵入設(shè)備。其中地電位反擊也是傳導(dǎo)雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、地面，導(dǎo)致地電壓升高，并在周圍形成巨大的跨步電壓。雷電可能通過(guò)接地系統(tǒng)或建筑物間的線路入侵雷電延建筑物內(nèi)部設(shè)備形成地電位反擊。
  感應(yīng)雷（雷電波感應(yīng)）：在周圍1000公尺左右范圍內(nèi)（有資料為 500公尺 或 1500公尺 ，距離應(yīng)隨著雷擊大小和屏蔽措施而變化）。發(fā)生雷擊時(shí)，LEMP 在上述有效范圍內(nèi)，在所有的導(dǎo)體上產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的感應(yīng)浪涌。因此分布于建筑物內(nèi)外的各種電力、信息線路將會(huì)感應(yīng)雷電而對(duì)設(shè)備造成危害。
  隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，精密儀器，通訊設(shè)備，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因而感應(yīng)雷造成的雷擊事故也越來(lái)越多，除直接造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失外，因重要設(shè)備損壞使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓后造成間接的損失更是驚人。
三、防雷方案設(shè)計(jì)思想
1、直擊雷的外部防護(hù)措施
    雖然有不少專家學(xué)者在努力的研究有效的防止直擊雷的方法，但直到今天我們還是無(wú)法阻止雷擊的發(fā)生。實(shí)際上現(xiàn)在公認(rèn)的防直擊雷的方法仍然是200年前富蘭克林先生發(fā)明的避雷針。
A. 接閃器
    避雷針及其變形產(chǎn)品避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等統(tǒng)稱為接閃器。歷史上對(duì)接閃器防雷原理的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生過(guò)誤解。當(dāng)時(shí)認(rèn)為：避雷針?lè)览资且驗(yàn)槠浼舛朔烹娋C合了雷云電荷從而避免了雷擊發(fā)生，所以當(dāng)時(shí)要求避雷針頂部一定要是尖端，以加強(qiáng)放電能力。后來(lái)的研究表明：一定高度的金屬導(dǎo)體會(huì)使大氣電場(chǎng)畸變，這樣雷云就容易向該導(dǎo)體放電，并且能量越大的雷就越易被金屬導(dǎo)體吸引。這樣接閃器的防雷是因?yàn)閷⒗纂娨蜃陨矶乐沽吮槐Ｗo(hù)物被雷電擊中?，F(xiàn)在認(rèn)為任何良好接地的導(dǎo)體都可能成為有效的接閃器，而與它的形狀沒(méi)有什么關(guān)系。
為了降低建筑被雷擊的概率，宜優(yōu)先采用避雷網(wǎng)、作為建筑物的接閃器，如果屋面有天線等通信設(shè)施可在局部加裝避雷針保護(hù)，這樣接閃器的高度不會(huì)太高，不會(huì)增大建筑的雷擊概率。避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸應(yīng)不大于10mＸ10m，避雷針應(yīng)與避雷網(wǎng)可靠連接。
B. 引下線
    引下線的作用是將接閃器接閃的雷電流安全的導(dǎo)引入地，引下線不得少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周對(duì)稱均勻的布置，引下線的間距不大于18米，引下線接頭必須采用焊接，引下線應(yīng)與各層均壓環(huán)焊接，引下線采用10毫米的圓鋼或相同面積的扁鋼。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，引下線應(yīng)利用建筑物內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線。采用多根引下線不但提高了防雷裝置的可靠性，更重要的是多根引下線的分流作用可大大降低每根引下線的沿線壓降，減少側(cè)擊的危險(xiǎn)。目的是為了讓雷電流均勻入地，便于地網(wǎng)散流，以均衡地電位。同時(shí)，均勻?qū)ΨQ布置可使引下線瀉流時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)在引下線所包圍的電信建筑物內(nèi)相互抵消，減小雷擊感應(yīng)的危險(xiǎn)。
C. 接地體
  接地體是指埋在土壤中起散流作用的導(dǎo)體，接地體應(yīng)采用：鋼管直徑大于50毫米，壁厚大于3.5毫米；角鋼不小于50×50×5毫米；扁鋼不小于40×4毫米。 應(yīng)將多根接地體連接成地網(wǎng)，地網(wǎng)的布置應(yīng)優(yōu)先采用環(huán)型地網(wǎng)，引下線應(yīng)連接在環(huán)型地網(wǎng)的四周，這樣有利于雷電流的散流和內(nèi)部電位的均衡。垂直接地體一般長(zhǎng)為1.5-2.5米，埋深0.6米，地極間隔5米；水平接地體應(yīng)埋深1米，其向建筑物外引出的長(zhǎng)度一般不大于50米。框架結(jié)構(gòu)的建筑應(yīng)采用建筑物基礎(chǔ)鋼筋做接地體。根據(jù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)（GB50057-94和GB50174-93），建筑物的防雷接地電阻應(yīng)在10歐姆以下，機(jī)房的接地電阻應(yīng)在4歐姆以下。
2、直擊雷電流在電源系統(tǒng)的分配： 
  根據(jù)GB50057-94的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直擊雷電流分類：
第一類200KA（10/350us）第二類 150KA（10/350us）第三類 100KA （10/350us）
  一個(gè)能量為200KA的直擊雷，由整個(gè)系統(tǒng)的電源、管線、地網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)線來(lái)分擔(dān)。以一棟建筑的防雷來(lái)講，電源部分承擔(dān)其中近45%（100KA），以三相四線為例，每線承擔(dān)大約有25KA(10/350us)的雷電流。通信站基本無(wú)管道系統(tǒng)，不計(jì)。地網(wǎng)和通信線路承擔(dān)剩余55%的雷電流。由此可見(jiàn)，電源系統(tǒng)對(duì)直擊雷的防護(hù)非常關(guān)鍵。
由此可見(jiàn)，直擊雷的內(nèi)部防護(hù)措施應(yīng)選用10/350us沖擊雷電流的開(kāi)關(guān)型SPD產(chǎn)品。另外，對(duì)于個(gè)別架空線引入的傳導(dǎo)雷，也應(yīng)采用上述一級(jí)防護(hù)措施。
3、感應(yīng)雷的防護(hù)
  前面已提到感應(yīng)雷是因?yàn)橹睋衾追烹姸袘?yīng)到附近的金屬導(dǎo)體中的，其實(shí)感應(yīng)雷可通過(guò)兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體，一是靜電感應(yīng)：在雷云中的電荷積聚時(shí)，附近的導(dǎo)體也會(huì)感應(yīng)上相反的電荷，當(dāng)雷擊放電時(shí)，雷云中的電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中原來(lái)被雷云電場(chǎng)束縛住的靜電也會(huì)沿導(dǎo)體流動(dòng)尋找釋放通道，就在電路中形成電脈沖。二是電磁感應(yīng)：在雷云放電時(shí)，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)，在其附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的感生電動(dòng)勢(shì)。研究表明：靜電感應(yīng)方式引起的浪涌數(shù)倍于電磁感應(yīng)引起的浪涌。
    感應(yīng)雷可以通過(guò)電力電纜、視頻線、網(wǎng)絡(luò)線和天饋線等侵入，由于電力電纜的距離長(zhǎng)且對(duì)雷電波的傳輸損耗小，所以由電源侵入的感應(yīng)雷造成的危害十分突出，按原郵電部的統(tǒng)計(jì)約占了雷擊事故的80%。因此，對(duì)建筑物內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行感應(yīng)雷防護(hù)時(shí)，電源是重點(diǎn)。
感應(yīng)雷還可以通過(guò)空間感應(yīng)侵入室內(nèi)的內(nèi)部線路，雖然經(jīng)過(guò)建筑物和機(jī)殼的屏蔽衰減后其能量大為減小，但站內(nèi)許多電信設(shè)備的抗過(guò)壓能力也很弱，如果處理不當(dāng)也可能造成設(shè)備故障。所以還必須要對(duì)有重要設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房進(jìn)行防靜電和做屏蔽處理；同時(shí)由防雷擊電磁脈沖的原理得知，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的擺放應(yīng)該離開(kāi)墻面一定的安全距離，并避免擺放在大樓的柱子邊上；當(dāng)然還必須選用適當(dāng)?shù)腟PD。
4、接地匯集線的布置
    接地匯集線（匯流排）應(yīng)布置在靠近防雷器的地方，以使防雷器的接地連接線最短，各樓層的分匯集線應(yīng)直接與樓底的總匯集線相連，這樣能保證實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地方式，當(dāng)樓層高于30米時(shí)，高于30米部分的分匯集線應(yīng)與建筑物均壓環(huán)相連，以防止側(cè)擊。
近年來(lái)IEC的研究認(rèn)為：接地匯集線的多重互連是有益的，但部標(biāo)尚未采納。 
5、等電位連接
    各種系統(tǒng)的防雷要求種類很多，但其防雷思想是一致的，就是努力實(shí)現(xiàn)等電位。絕對(duì)的等電位只是一個(gè)理想，實(shí)際中只能盡量逼近，目前是綜合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法來(lái)近似實(shí)現(xiàn)等電位。                                  
四、防雷設(shè)備的選擇和使用原則
1、電源防雷器的選擇和應(yīng)用原則
    l考慮到電源負(fù)荷電流容量較大，為了安全起見(jiàn)及使用和維護(hù)方便，數(shù)據(jù)通信電源系統(tǒng)的多級(jí)防雷，原則上均選用并聯(lián)型電源防雷器。 l電源防雷器的保護(hù)模式有共模和差模兩方式。共模保護(hù)指相線-地線（L-PE）、零線-地線（N-PE）間的保護(hù)；差模保護(hù)指相線-零線（L-N）、相線-相線（L-L）間的保護(hù)。對(duì)于低壓側(cè)第二、三、四級(jí)保護(hù)，除選擇共模的保護(hù)方式外，還應(yīng)盡量選擇包括差模在內(nèi)的保護(hù)。 殘壓特性是電源防雷器的最重要特性，殘壓越低，保護(hù)效果就越好。但考慮到我國(guó)電網(wǎng)電壓普遍不穩(wěn)定、波動(dòng)范圍大的實(shí)際情況，在盡量選擇殘壓較低的電源防雷器的同時(shí)。還必須考慮防雷器有足夠高的最大連續(xù)工作電壓。如果最大連續(xù)工作電壓偏低，則易造成防雷器自毀。