机房雷电的危害及防护

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摘 要 本文分析了雷电的产生，终端设备遭受雷击的途径，详细介绍了防雷接地体，以及电视发射机的防雷特点，结合本地实际情况进一步提出了发射机和网络中计算机的防雷新观点。

关键词 放电；防雷系统； 接地体； 等电位； 电滋干扰

中图分类号 X43 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）93-0127-02

1 雷电概述

空中的雷云在运动中产生大量电荷能够与大地或带异种电荷的雷云发生强烈的放电现象，大量异种电荷在放电通道中急剧中和，雷电流可达数百千安，雷电流从产生到消失时间极短，一般几十到几百微秒，雷电是随机性灾害天气，对地面波击物有极大破坏性，并会造成无法估量的经济损失。电子技术飞速发展，集成化程度越来越高，各类电子设备耐压能力的下降使雷电造成的破坏率在不断提高。有研究表明：当雷电活动产生的磁感应强度达到2.4高斯时，一些电子产品将发生永久性损坏，对于证券，医疗，国防，航天，航空，广电等等国家部门尤为严重，可见对雷电的防护，尤其是雷电产生的电磁脉冲的防护是不容忽视的。

雷击有三种方式：直接雷击（简称直击雷）；传导雷；感应雷。直击雷：指雷电通过建筑物或其它物体直接放电，所产生的电效应，热效应和机械效应等混合力作用，损毁物体。这种混合力的作用能使各种机房内的微电子设施彻底损毁。根据建筑物防雷设计规范GB50057-94估算，直接雷击的能量不到50%会通过引下线等外部避雷设施泄放到大地，另外50%的能量将通过其它方式分流。传导雷：电力或信息通讯线路直接接收到雷击，并沿着传输线路在更大的范围内（几千米甚至几十千米）损毁微电子设施。感应雷（又称二次雷击）：雷电对地放电过程中在周围产生巨大的磁场，由于磁场是瞬间变化的，所以在磁场中的任何导体两端都会产生大的电势差，摧毁电子设施。

2方案设计原则及思想

现在机房都是用计算机控制，防雷工作具有非常重要的作用，因此，雷电防护系统应具备先进性、可靠性、易维护、易升级等方面的突出特性。雷电防护工程首先考虑工程的可靠性。由于广播电视中心设备和人员安全的重要性，并结合我局的具体情况，对本次防雷工程进行安全化的设计，以确保系统的安全可靠。然后为了能够使新建立的系统能够最大限度地适应今后技术发展变化和业务发展变化的需要，结合当今国内、国际上最先进和成熟的技术，主要从以下几个方面考虑：采用的系统结构应当是先进的、开放的体系结构；采用的技术应当是可扩充的，能满足今后日益扩充的需要。在保证系统的正常运行下，整个防雷保护系统要坚持经济实用为主，应尽可能选择可靠性高，可维护性好，性价比高，以便节省投资，以最低成本来完成系统设备雷电防护的建设。

直击雷防护用避雷网（带）、接地系统、避雷针和避雷线。把雷电直接引入大地，所以接地要良好。我们电视台机房主要用避雷针，我们只介绍避雷针：它由接闪器（避雷针的金属针头），接地引下线和接地体（接地极）三部分组成。接闪器用直径大于20mm，长度大于2m的钢棒，接地引下线用大于15 mm圆钢或直径不小于12×4 mm扁铝带，避雷针的保护范围。

以避雷针顶点A向下作45度的斜线，从距离针底1.5h处（图中交于B点，则折线CBABC为保护范围的折线圆周锥体。在被保护物高度hx的平面上，保护半径rx为：

式中P-考虑当针太高时保护半径不成正比而应减小的系数。当h小于30m时，P=1；当h大于30m而小于120m时，P=。接地体：接地工程有个很重要的参数：接地电阻，它的大小取决于避雷针引下线和接地体各连接处是否接触完好，以及地理环境，人工接地体公垂直埋设和水平埋设，获广泛采用的接地体是用长度2.5m，直径大于50mm的钢管。机房内接地电阻应该小于4Ω，特殊机房接地电阻要小于0.5Ω。

传导雷的防护主要防止雷电从供电系统、电话线、有线电视系统或其它线路直接引入到用电设施上。

感应雷的防护：雷电直接由避雷系统入地时，导致大地电位升高，用电设备与大地产生电位差形成反击而损坏；再者雷电在泄放过程中在引下线周围产生瞬间巨变的磁场，处在该磁场周围的各种线路会感应产生过电压从而损坏线路两端的用电设备；还有由于直击雷或感应雷而加载在各种电源线或通信线路的雷电压及过电流进入到建筑物内损坏用电设备。在感应雷的防护时我们必须针对这三种途径入侵的雷电压及过电流采用过电压保护、分流、等电位连接和接地屏蔽等方法进行防护，把电源线、各种信号线进入的端口或变电室的低压侧作为一级防护，楼层配电箱应作为二级防护，用电设备与各位线路间加上三级防护，把每种可能雷电压直接与用电设备间都加上防雷设备，这样各种用电设备就会免受雷电损坏了。

3发射机房改造前现状及改造

我局机房大楼在建设时就已经考虑到直击雷的防护问题，基本上符合国际标准，供电系统符合标准要求，但是我局机房先后数次感应雷的侵入；无线机房到有线机房联接的两设备信号入口被击坏，发射机激励器输入端被击坏，交换机被击坏，每次都是发生在信号电路中，造成了重大的经济损失，根据机房分布的现状和特点确定防保护重点，如下图：

有线电视机房自已独立建设一个接地，经测量接地电阻不符合接地要求，而无线机房接地系统卫星接收天线的接地系统是直接接在拉线塔的地网中，这样各个机房没有共用一个接地系统，就有了相位差，而拉线塔是高层建筑，有着优先接雷的条件，一旦雷电电涌通过拉线塔向大地泄放，很容易在各导线的两端产生感应电动势，造成设备的损坏。

鉴于这种情况，我们首先断开与拉线塔相联接的接地线，在距离拉线塔30米处重新敷设一个接地网：在湿润的粘土地质条件下，挖了一个4m长3m宽1m深的坑，在坑里均匀打入20根直径32mm长2.5m的三级螺纹钢并用32mm三级螺纹钢把这20根三级螺纹钢焊接在一起再分两根引出地面，然后用添有降阻剂的湿润粘土把坑填满压实，新敷设接地体进行接地电阻测量应小于1Ω，这样一个新的接地网就形成了。土质少的地质条件下还应采用增加地网面积，接地体，土壤添加降阻剂等措施使接地电阻达到要求值。

从接地网引出两根接地线与两根30mm镀锌扁钢分别焊接并联引到各机房外再由25×2mm扁铝条或横截面积大于35㎡的多股铜芯线接到各个用电设备处作为设备防雷接地。各个接触点要实行多点焊法，确保接地网与机房内接地系统完全相联接，铝与钢的接触点要由专业人式焊接，扁钢作为设备防雷接地线则在扁钢顶端上预留φ8mm孔；若是多股铜芯线则在顶端装配接线端子（铜鼻子），这种接地方式叫均衡接地网方式。

个别机房有自已的接地网并且该接地网接地电阻合格，则应用30mm镀锌扁钢或25×2mm扁铝条与新接地网实行并联。若该接地网接地电阻不合格，则需要采取措施整改，使其合格后方能使用，否则断开原接地网。

接地电阻要求：一般机器保护接地电阻小于5Ω；计算机接地电阻小于1Ω。

等电位的连接：

现代防雷的知关键技术在等电位的连接，各设备间进行等电位连接后可以减少雷电流所引起的电位差，在机房内部需要防雷的设备使用连接导线或浪涌保护器，这样每个用电设施的金属外壳都联接起来，并联接在新敷设的接地网上，实现均压等电位。各个接触点要做好防锈防腐工作，每个接地干线都应与接地网相连接。确保接触完好。等电位连接的作用有：雷击保护；静电保护；电滋干扰保护；触电保护；接地故障保护等。

各设备的防雷的连接图

如图所示，电源及Internet是第一级防雷系统（SPD），安装时尽量靠近建筑物电气装置的电源进线处，连接线尽可能短而直，减少感应电势差，各个设备外壳要用导线直接相连接使其等电位，第一级防雷系统通常用雷电电流放电器。第二级防雷系统安装比较精密的低电压设备如上图交换机与上面设备间的防雷器。各分支计算机到各终端设备（发射机，核心机房服务器）前也要安装三级防雷器。

4结论

经过对本单位防雷系统的改造，很少发生被雷击现象，但是防雷系统是一个很复系统工程，各设备摆放的位置，各连接导线的布设，以及设备所处的屏蔽网络等等都有关联，实验证明，我们这次改造是令人满意的。

参考文献

[1]GY 5062-1998.电视和调频广播发射台设计规范.

[2]机房防雷系统的建设和思考.现代电视技术，2011（2）：116.

[3]电子信息系统防雷技术规范化.GB50343-2004.

[4]工厂企业供电.中国轻工业出版社.

[5]建筑物防雷设计规范（2000年版）GB50057-94.