防雷系统设计方案

防雷系统设计方案防雷系统发展电的普遍使用促进了防雷产品的发展，当高压输电网为千家万户提供动力和照明时，雷电也大量危害高压输变电设备。高压线架设高、距离长、穿越地形复杂，容易被雷击中。避雷针的保护范围不足以保护上千公里的输电线，因此避雷线作为保护高压线的新型接闪器就应运而生。在高压线获得保护后，与高压线连接的发、配电设备仍然被过电压损坏，人们发现这是由于“感应雷”在作怪。（感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的，感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：当雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷击放电时，雷云中的电荷迅速释放，而导体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道，就会在电路中形成电脉冲。二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明：静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。雷电在高压线上感应起电涌，并沿导线传播到与之相连的发、配电设备，当这些设备的耐压较低时就会被感应雷损坏，为抑制导线中的电涌，人们发明了线路避雷器。早期的线路避雷器是开放的空气间隙。空气的击穿电压很高，约500kV/m，而当其被高电压击穿后就只有几十伏的低压了。利用空气的这一特性人们设计出了早期的线路避雷器，将一根导线的一端连在输电线上，另一根导线的一端接地，两根导线的另一端相隔一定距离构成空气间隙的两个电极，间隙距离确定了避雷器的击穿电压，击穿电压应略高于输电线的工作电压，这样当电路正常工作时，空气间隙相当于开路，不会影响线路的正常工作。当过电压侵入时，空气间隙被击穿，过电压被箝位到很低的水平，过电流也通过空气间隙泄放入地，实现了避雷器对线路的保护。开放间隙有太多的缺点，如击穿电压受环境影响大；空气放电会氧化电极；空气电弧形成后，需经过多个交流周期才能熄弧，这就可能造成避雷器故障或线路故障。以后研制出的气体放电管、管式避雷器、磁吹避雷器在很大程度上克服了这些毛病，但他们仍然是建立在气体放电的原理上。气体放电型避雷器的固有缺点：冲击击穿电压高；放电时延较长（微秒级）；残压波形陡峭（dV/dt较大）。这些缺点决定了气体放电型避雷器对敏感电气设备的保护能力不强。半导体技术的发展为我们提供了防雷新材料，比如稳压管，其伏安特性是符合线路防雷要求的，只是其通过雷电流的能力弱，使得普通的稳压管不能直接用作避雷器。早期的半导体避雷器是以碳化硅材料做成的阀式避雷器，它具有与稳压管相似的伏安特性，但通过雷电流的能力很强。不过很快人们又发现了金属氧化物半导体变阻器（MOV），其伏安特性更好，并具有响应时间快、通流容量大等许多优点。因此，目前普遍采用MOV线路避雷器。随着通信的发展，又产生了许多用于通信线路的避雷器，由于受通信线路传输参数的约束，这一类避雷器要考虑电容和电感等影响传输参数的指标。但其防雷原理与MOV基本一致。雷电保护的整体概念1、IEC防雷分区定义雷电保护区LPZ0A(0A区)：该区内的各物体都可能遭受直接雷击,同时在该区内雷电产生的电磁场能自由传播,没有衰减.雷电保护区LPZ0B(0B区)：该区内的各物体在接闪器保护范围内,不会遭受直接雷击,但该区内的雷电电磁场因没有屏蔽装置,雷电产生的电磁场也能自由传播,没有衰减。雷电保护区LPZ1(1区)：该区内的各个物体因在建筑内，不会遭受直接雷击，电流经各导体的电流比LPZ0B区更小，本区内的雷电电磁场可能衰减（雷电电磁场与LPZ0A、LPZ0B区可能不一致），这取决于屏蔽措施。后续防雷区LPZ2等(2区等)：当需要进一步减少雷电流和电磁场时，应引入后续防雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。雷电过电压保护的等电位连接建筑物内部屏蔽安全距离外部防雷保护建筑物的防雷保护符合IEC61024-1DINVDE0185-100GB50057要求接闪器引下线接地网建筑物外部屏蔽安全距离室内防雷保护等电位连接包含：非带电金属导体的等电位连接带电金属导体通过防雷器的等电位连接区间不同级别防雷器的安装位置区别B级C级D级可否遭受直接雷击是否对磁场传播有衰减0A区可能遭受直接雷击没有衰减0B区不会遭受直接雷击没有衰减1区0区与1区之间的交界处不会遭受直接雷击有衰减２区等1区与2区之间的交界处重要设备前端不会遭受直接雷击进一步衰减2、防雷器分级保护原理IEC61312定义了防雷的保护分区，根据保护分区的要求需要在每个分区的交界处，安装相对应的防雷器，在LPZ0B区与LPZ1区的交界处安装B级（即第一级）防雷器，在LPZ1区与LPZ2区的交界处安装C级（即第二级）防雷器，在LPZ2区内的备前端安装D级（即第三级）防雷器。其工作原理为利用分级的防雷器，层层泄放雷电感应的能量，遂级减低浪涌电压，从而保护用户端设备。根据VDE0675规划，对B、C、D三级防雷器保护水平的要求如下：防雷器安装等级防雷器保护水平ⅠB级电源防雷器＜4KVⅡC级电源防雷器＜2.5KVⅢD级电源防雷器＜1.5KVB级防雷器一般采用具有较大通流量的防雷器,可以将较大的雷电流泄放入地,达到限流的目的,同时将过电压减小到一定的程度.C、D级防雷器采用具有较低残压的防雷器，可以将线路中剩余的雷电流泄放入地，达到限压的效果，使过电压减小到设备能承受的水平。雷电防护设计的理论依据在我们方案设计工作中除了遵照执行相关的国家标准要求外，我们还参考和引入IEC/TC-81有关标准的核心内容作为我们设计的指导思想和理论依据。IEC/TC-81是在国际电工委员会防雷技术精华的基础上，制订的各种防雷技术标准、规范，对我们的实际工作具有指导意义。如：在IEC1024-1《建筑物防雷》和IE1312《雷电电磁脉冲的防护通则》标准中，重点提出了防雷分区和等电位连接的概念。根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域，并在不同的防雷区域的界面上进行等电位连接，能直接连接的金属物就直接相连，不能直接连接的如：电力线路和通信线路等，则必须依据不同的防雷区域的科学划分，采用不同防护等级的防雷设备器件，对后续被保护设备进行有效的保护且必须实施等电位连接。实践证明，这种分区分级等电位均压连接，并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是最好的解决问题，实现有效防护的方法。从严格的意义上讲，目前我方已进行的智能系统雷电防护工作，在实施的过程必须考虑使用环境的特殊情况。譬如，所在的建筑物的主楼供电系统、主变配电室是否属于专门使用。虽然大楼的建筑物避雷装置可确保建筑物本身免遭雷击损坏和人身安全，但出于大楼的综合管线，如上下水管、电力供电线等等的综合连接问题，市政建设管线与大楼的相互关系，如入户线的屏蔽问题等原因，加之大楼内其它部门所作的改造、塔接，实难于逐一考证，就整幢建筑物是否为一完善的均压系统就难以确定。为此，我们将重点保护的范围集中确定在LPZ0B防雷区—计算机信息系统中心机房的范围内，并且以LPZ0A防雷区与机房范围的界面为一屏障，在这里将所有可能雷电入侵渠道全部切断。运用实施DBSE技术，并合理选用防雷设备，来实现我们的目的----即对计算机信息系统中心机房实现系统雷电防护。防雷器设备选型在雷电高发地区，网络设备均为精密电子设备。如果不注意防雷措施，轻则设备工作异常，重则损坏设备，造成一定的经济损失。因此，我们在设计智能化系统时必须考虑系统防雷措施。防止雷击是一个系统的工程，必须综合运用外部防护、内部防护和瞬态过压防护等各种手段，尤其必须使用优质的SPD。根据本项目建设要求，我方建议防雷设备采用国际著名品牌------德国OBO系列防雷器。根据使用性质、信号种类、安装方式、电压级别的不同，菲尼克斯提供以下种类的产品：电源的防雷及电涌保护用于过程控制领域中的防雷及电涌保护用于数据网络和标准接口的防雷及电涌保护用于无线收发系统的防雷及电涌保护用于电信系统的防雷及电涌保护均压等电位连接和防雷箱箱体测试设备电源防雷规划方案本项目主要考虑机房的电源防雷系统，机房电源系统的防雷须满足《建筑物防雷设计规范》的要求，根据设备被保护的重要程度，需要采用主级防雷或主次级两级防雷。我们根据本项目实际情况，我方建议采用OBO三级防雷系统，在UPS主机的前级加装B级电涌吸收器,在UPS配电箱进线开关处设置C级电涌吸收器,在机柜电源引入处设置D级电涌吸收器。1、一级(B级)防雷器V25-B/3+NPE符合IEC与VDE标准要求，根据VDE0675对防雷器的分类定义，V25-B/3+NPE是属建筑物内部的第一级（B类）电源防雷器，可提供220/380V供电线路的防雷过电压保护。防雷过电压保护是减少被保护设备或建筑物损坏、火灾、爆炸和人员安全的重要措施。V25-B/3+NPE采用模块化设计,为3+1保护结构的防雷器，3个模块进行相线对零线（L-N）的保护，1个NPE模块进行零线对地线（N-PE）的保护。该电路由具有较强非线性性能（α30）的氧化锌压敏电阻构成。即使出现高能过压，设备也能得到最大程度的保护。（在100KA/10AS的高负荷情况下保持水平低于2KA）。困此，该防雷器能够承受直击雷的部分雷击电流。在过载情况下，内置热感断路器可以将防雷器模块从主电路中脱离出来，保证供电系统正常工作，与此同时状态显示窗口由绿色转变成红色，以提醒维护人员及时更换坏模块。V25-B/3+NPE设计安装于电源总配电柜处，可以直接安装在开关箱内标准的35mm导轨上，并以最短的距离并联主空开的负载侧。根据IEC60364-5-534标准，V25-B/3+NPE前需串接1个三级32A空开。该防雷器可用于交流和直流电路中的雷电过电压保护。V25-B/3+NPE可加装随附的声光信号报警装置、远程遥信报警装置或带有远程遥信及电压监控报警装置。V25-B/3+NPE防雷器采用模块化设计，一旦发生故障，只须更换模块，减少防雷系统维护费用。更换过程中无需断开电源，简便易于操作。2、二级(C级)防雷器V20-C/3+NPEV20-C/3+NPE属建筑物内第二级（C类）电源防雷器。V20-C/3+NPE是为了对低压设备实行标准的保护。它保护电气设备不受因雷电和开关转换过程所引起的过电压的损坏。作为限压防雷器，V20-C/3+NPE防雷模块内装有较强非线性特性的高容量氧化锌压敏电阻。该防雷模块确保响应时间极短，长使用寿命，高通流量以及在动作之后无残余电流。如果防雷模块由于老化或过载发生损坏，内置热感断路器或动感断路器将及时动作，中断与电源的连接，同时故障指示显示窗口的颜色由绿色改变为红色。V20-C/3+NPE设计安装于电源的分配电处，可以无任何问题同空气开关等一起进行安装，自由的安装在配电箱内的35MM的标准导轨上，由于多模块防雷器在工厂已经由内置接地跳线连接，所以接地连接（PE连接）只需在现场一次连接，简单方便。由于采用了模块化设计，即使在不断电的情况下只需进行简单模块插拨，就可更换损坏的防雷器，而无需重新安装，节省维护工作及费3、三级(D级)电涌吸引器机房服务器及核心交换机前端安装三级(D级)电涌吸引器。型号：（防雷电源插座）参数：起动时间25ns，雷电通流量（max）：5kA，工作电压：220V，有劣化指示。信号系统防雷信号系统由于自身的特殊性，机房内信号线路种类很多，它包括有线信号、计算机网络数据线、遥控、遥测信号线、电话线、无线通信机模拟/数字信号线，监控视频线等等。而且往往布线上还存在一些问题，加之这些数据设备的耐压又很低，常成为雷电袭击的目标。用电磁分析来说明，0.07GS的磁场强度，就可以造成计算机原件的误动作。2.4GS的磁场强度就可以使芯片彻底报废。我们某些同志认为设备在建筑内不会遭雷击，这种观点需要更正。雷击设备主要是通过空间电磁脉冲，它是具有相当穿透性的，一般的建筑只能起到一定的衰减作用，要真正做到保证设备的安全，必须用金属板将设备屏蔽起来，同时将金属屏蔽层接地，这种办法针对一些小部门、局部设备可以采用，而且效果还不错，但绝大多数设备不可能照此办理，同时与金属屏蔽层以外相连的