一、 引言
雷電是由天空中云層間的相互高速運(yùn)動、劇烈磨擦，使高端云層和低端云層帶上相反電荷。此時，低端云層在其下面的大地上也感應(yīng)出大量的異種電荷，形成一個極大的電容，當(dāng)其場強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生對地放電，這就是雷電現(xiàn)象。屬于“減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的10種自然災(zāi)害之一。有史以來，雷電便以極大的破壞力造成建筑物倒塌、起火和人員傷亡，給人類的生活、工作帶來了很大的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量先進(jìn)的微電子技術(shù)如：計算機(jī)信息系統(tǒng)、監(jiān)控、通信等網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用，而微電子設(shè)備的高度集成化，其低工作電平和小工作電流的特點(diǎn)，又帶來絕緣強(qiáng)度低，耐過電壓、過電流能力差等致命弱點(diǎn)。美國研究報告[AD-722675]指出：當(dāng)雷電活動其磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到0.07Gs時，計算機(jī)發(fā)生誤動作，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過2.4Gs時，計算機(jī)發(fā)生永久性損壞。對5V工作電平的TTL等集成電路，當(dāng)過電壓幅值達(dá)到12.5V、持續(xù)時間達(dá)30ns時可使TTL集成電路損壞。因而伴隨雷電所產(chǎn)生的雷電電磁脈沖以及開關(guān)動作或接地短路等故障造成的過電壓、過電流對微電子設(shè)備將產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。根據(jù)統(tǒng)計，雷電對微電子設(shè)備所造成的損失全世界每年達(dá)30億美元，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了雷擊火災(zāi)的損失，成為當(dāng)今電子時代的一大公害。
隨著我國微電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化（VLSI芯片），從而造成設(shè)備耐過電壓、耐過電流的水平下降，對雷電（包括感應(yīng)雷及操作過電壓）浪涌的承受能力降低。眾所周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達(dá)數(shù)百萬伏，瞬間電流可高達(dá)數(shù)十萬安培。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傳輸或儲存的信號、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)生誤動作而暫時癱瘓或整個系統(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)的避雷針防雷。用避雷針防止直接雷擊實(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)，避雷針對這些電子設(shè)備的保護(hù)卻顯得無能為力。避雷針不能阻止感應(yīng)雷擊過電壓、操作過電壓以及雷電波入侵過電壓，而這類過電壓卻是破壞大量電子設(shè)備的罪魁禍?zhǔn)住Ｃ磕旮鞣N通訊控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)因雷擊而受破壞的。事例屢見不鮮，因受到雷擊引起設(shè)備損壞，自動化監(jiān)控失靈的事件也常有發(fā)生。
二、 現(xiàn)代防雷技術(shù)概述
現(xiàn)代意義上的防雷系統(tǒng)，本著安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計原則，強(qiáng)調(diào)立體防護(hù)、綜合治理、層層設(shè)防，把防雷看成一個系統(tǒng)工程。 雷電的表現(xiàn)形式主要有兩種：
一種是直擊雷，是指帶電云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。直擊雷威力巨大，雷電壓可達(dá)幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達(dá)十幾萬安，在雷電通路上，物體會被高溫?zé)齻踔寥诨虮焕纂婋娔苻D(zhuǎn)化的機(jī)械能量擊壞或擊毀。通常在建筑物頂部安裝避雷針（帶）或避雷網(wǎng)通過接地瀉放雷電流來達(dá)到防直擊雷的目的。
另一種是感應(yīng)雷，是指當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，帶電云層迅速消失，而地面上某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象。
系統(tǒng)防雷方案包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個方面:
外部防雷包括避雷針（帶）、避雷網(wǎng)、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避雷針（帶）、避雷網(wǎng)、引下線等，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。通過在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的避雷器，使設(shè)備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。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。
防雷措施主要是采用接閃、分流、接地、屏蔽、等電位連接、合理布線和安裝SPD等七種方法，形成一個多層次的完整的防護(hù)體系。
避雷針（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)雷和其他形式的過電壓侵入設(shè)備造成損壞，這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。
雷電對電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個方面造成：①直擊雷；②傳導(dǎo)雷； ③感應(yīng)雷；④開關(guān)過電壓。
直擊雷：是指帶電云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。直擊雷威力巨大，雷電壓可達(dá)幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達(dá)十幾萬安，在雷電通路上，物體會被高溫?zé)齻踔寥诨ＭǔＴ诮ㄖ镯敳堪惭b避雷針或避雷網(wǎng)等來防直擊雷。直擊雷其中接近40%的能量將通過建筑物的供電系統(tǒng)分流，其中5%左右的能量通過建筑物的通信網(wǎng)絡(luò)線纜分流，其余的雷擊能量通建筑物的避雷針及其他金屬管道、纜線分流。這里的能量分配比例會隨著建筑物內(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，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、信息線路將會感應(yīng)雷電而對設(shè)備造成危害。
傳導(dǎo)雷和感應(yīng)雷入侵機(jī)房損壞設(shè)備主要有以下幾種途徑：
通過電源線纜傳導(dǎo)進(jìn)入機(jī)房。當(dāng)雷電擊中架空電力線路或雷電放電時架空電力線路處于放電的強(qiáng)磁場中，架空線路上產(chǎn)生的過電壓過電流就會沿著電源傳輸線路傳導(dǎo)進(jìn)入機(jī)房損壞設(shè)備。
通過信號線纜傳導(dǎo)進(jìn)入機(jī)房。雷電擊中信息通訊線路或通訊線纜處在雷電放電或傳導(dǎo)的強(qiáng)磁場中，通訊線路上產(chǎn)生的過電壓過電流就會沿著傳輸線路侵入機(jī)房危害機(jī)房設(shè)備。
雷電地電位反擊進(jìn)入機(jī)房。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。雷電可能通過接地系統(tǒng)或建筑物間的線路入侵，對建筑物內(nèi)部設(shè)備形成地電位反擊。
附近的強(qiáng)磁場對機(jī)房內(nèi)的金屬物體感應(yīng)出過電壓過電流。發(fā)生雷擊時，LEMP 在有效范圍內(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、信息線路及金屬物體將會感應(yīng)雷電而對設(shè)備造成危害。
人為的操作過電壓通過電源線路傳導(dǎo)進(jìn)入機(jī)房。因斷路器的操作、大負(fù)荷設(shè)備以及感性負(fù)荷設(shè)備的啟停、系統(tǒng)短路故障等系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變化而使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變，引起的電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生內(nèi)部過電壓，這種瞬時電壓以浪涌的方式危及電子設(shè)備。
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)用越來越廣泛，因而感應(yīng)雷造成的雷擊事故也越來越多，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。
根據(jù)《湖北省實(shí)施（中華人民共和國氣象法）辦法》第十八條，高層建筑、易燃易爆場所、物資倉儲、通信和廣播電視設(shè)施、電力設(shè)施、電子設(shè)備、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和其他需要防雷的建（構(gòu)）筑物和設(shè)施，必須按照國家和省的規(guī)定安裝雷電災(zāi)害防護(hù)裝置。現(xiàn)代防雷是一個系統(tǒng)工程，包括外部防雷和內(nèi)部防雷，即直擊雷防護(hù)和雷電電磁脈沖防護(hù)，強(qiáng)調(diào)整體防御，綜合治理，層層設(shè)防的原則。
雷電侵入機(jī)房及計算機(jī)通信等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要有四個途徑：由電源系統(tǒng)侵入，信號傳輸通道引入，地電位反擊及機(jī)房屏蔽不良等雷電電磁脈沖使設(shè)備損壞。為了提高機(jī)房設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，保障機(jī)房及工作人員安全，除了架設(shè)良好的避雷針、避雷帶、地網(wǎng)的接地電阻達(dá)到規(guī)程的要求等完善的直擊雷防護(hù)措施外，還須在大樓的電源系統(tǒng)（所有供電設(shè)備、用電設(shè)備）、信號傳輸系統(tǒng)、程控交換機(jī)系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行可靠有效的防護(hù)，在保護(hù)、分流、均壓、屏蔽、接地、布線等六大方面實(shí)施完整的、多層次的防護(hù)措施，能將雷害減少到最低限度。
三、 設(shè)計總則
依據(jù)國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)、法國NFC標(biāo)準(zhǔn)、德國VDE標(biāo)準(zhǔn)和中國GB標(biāo)準(zhǔn)與部委頒發(fā)的設(shè)計規(guī)范的要求，該建筑物和大樓內(nèi)之計算機(jī)房等設(shè)備都必須有完
整完善之防護(hù)措施，保證該系統(tǒng)能正常運(yùn)作。這包括電源供電系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)，空調(diào)設(shè)備、電腦網(wǎng)絡(luò)、微波通信設(shè)備等裝置應(yīng)有防護(hù)裝置保護(hù)。
此方案的主要技術(shù)依據(jù)為
3.1《國際建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》 IEC 1024-1 ，1990
3.2《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》 GB 50057-94（2000年版）
3.3《雷電電磁脈沖的防護(hù)》 IEC 1312-1，2，3
3.4《低壓供電系統(tǒng)中的過電壓保護(hù)器》 IEC 61643，1998
3.5《電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程》 DL 548-94
3.6《金屬氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范》 GB11032
3.7《計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》 GA 173-1998
3.8《計算機(jī)信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護(hù)規(guī)范》 GA 267-2000
3.9《電子計算機(jī)房設(shè)計規(guī)范》 GB 50174-93
3.10《通信局（站）低壓配電系統(tǒng)用電涌防護(hù)器技術(shù)要求》 YD/T1235.1-2002
3.11《通信局（站）低壓配電系統(tǒng)用電涌防護(hù)器測試方法》 YD/T1235.2-2002
3.12《計算站場地技術(shù)文件》GB2887-89
3.13《計算站場地安全要求》 GB9361-88
3.14《雷電電磁脈沖的防護(hù)》 IEC1312
3.15《過電壓保護(hù)器》 VDE-0675
3.16《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》 CECS 72-97
3.17《電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)》 GB/T 17626.5-1999
四、 具體措施
按照GB 50057－94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（2000年版）、DL/T 621－1997《交流電氣裝置的接地》、DL 548－94《電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程》、DL/T 620－1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》、GA 173－2002《計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》等有關(guān)規(guī)程規(guī)定，結(jié)合具體實(shí)際, 采用均、分、地、保、屏、隔離的方法，堅持層層設(shè)防，水漲船高，整體防御的原則擬定如下技術(shù)改造方案。
五、 防雷設(shè)計方案
5．1、針帶引下線整改
大樓屋頂避雷網(wǎng)采用Ф10圓鋼按不大于2×2m的方格制作，離地面150mm。 采用40×4mm的熱鍍鋅扁鋼在大樓四角引下與接地網(wǎng)。在小區(qū)內(nèi)安裝2個避雷針作為直擊保護(hù)。
5．2、接地系統(tǒng)整改
根據(jù)對現(xiàn)場的勘察結(jié)果進(jìn)行分析，綜合比較各種接地方式，采用本公司的突波吸收接地系統(tǒng)以達(dá)到更小的接地電阻。該突波吸收接地系統(tǒng)根據(jù)電荷中合放電、傳導(dǎo)原理，利用地球?qū)щ娦院途薮蟮碾娙萜鳈C(jī)能的特性，克服了現(xiàn)有技術(shù)之不足，在一套接地統(tǒng)中采用先吸收、再泄放的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)電氣接地和電涌沖擊接地兩種功能，且在各種土壤電阻率的環(huán)境中特別是在土壤電阻率較高的環(huán)境中均有良好的接地效果，具有地電位低、設(shè)計簡單、安裝方便、檢測準(zhǔn)確、工作可靠及制作成本低的優(yōu)點(diǎn)。突波吸收接地系統(tǒng)與現(xiàn)有接地技術(shù)的根本不同之處在于：通過****型高效接地模塊水平敷設(shè)與垂直安裝的****型高效接地極進(jìn)行聯(lián)接，構(gòu)成完善的接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生雷擊時，****所發(fā)生的電容效應(yīng)，能迅速實(shí)現(xiàn)高頻雷電流波頭的吸收，，把地電位反擊電壓抑制在較低水平，JDM型高效接地模塊通過電暈閃爍迅速吸收、泄放較大能量的低頻雷電流。JDM型高效接地模塊、****型高效接地極是通過高分子電解材料及高分子活性物質(zhì)與非金屬低阻材料的有機(jī)結(jié)合，并經(jīng)先進(jìn)的技術(shù)配方以及加工工藝生產(chǎn)制造，能與土壤實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)式溶合，具有對土壤的高吸附性能和保濕性能，易獲得較低接地電阻，且始終保持接地系統(tǒng)處于穩(wěn)定的低阻狀態(tài)。突波吸收接地系統(tǒng)及JDM、****產(chǎn)品為本公司獨(dú)創(chuàng)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，且已申報國家發(fā)明專利。 針對原有地網(wǎng)進(jìn)行改造達(dá)到接地電阻<4歐姆設(shè)計要求，基本要求如下：
（1）接地網(wǎng)安裝位置選擇整個小區(qū)每棟大樓與小區(qū)變壓器周圍。
（2）地網(wǎng)采用高效接地極****垂直接地體高效接地模塊****水平接地體，通過40×4熱鍍鋅扁鋼水平連接體連接構(gòu)成地網(wǎng)；
（3）接地網(wǎng)開挖深度約0.8米，垂直接地體的為不小間距于5米，接地體周圍輔以增效防蝕劑包裹，以增強(qiáng)接地效果，垂直接地極與水平接地極的連接處均三面焊接，扁鋼與扁鋼的搭接長度不小于80mm，所有的焊點(diǎn)均做防腐處理；
（4）從地網(wǎng)的上引兩根40×4 mm的扁鋼沿墻敷設(shè)，分別引至四層總配電柜下方和一樓機(jī)房附近，在離地1.5m處設(shè)置斷接卡，在從各斷接卡上引50平方毫米的多股銅芯線至四層總配電柜和一樓監(jiān)控遙測室接等電位匯集排，分別作為配電系統(tǒng)接地和監(jiān)控室防雷接地引上線。
（5）接地網(wǎng)安裝完畢后，將所挖泥土進(jìn)行回填，回填后需將泥土夯實(shí)；
5．3、等電位連接
根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第六章 防雷擊電磁脈沖：第三節(jié) 屏蔽、接地和等電位連接的要求：第6.3.4條規(guī)定，所有進(jìn)入建筑物的外來導(dǎo)電物均應(yīng)在LPZ0A區(qū)或LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接；信息系統(tǒng)的的各種箱體、殼體、機(jī)架等金屬組件應(yīng)建立一等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并與建筑物的共用等電位接地系統(tǒng)可靠電氣連接，連接至少2處。
5．4、感應(yīng)雷防護(hù)
從 EMC （電磁兼容）的觀點(diǎn)來看，由外到內(nèi)可分為幾級保護(hù)區(qū)。建筑物外部是直擊雷的區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)的設(shè)備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區(qū)，為 0 區(qū)；建筑物內(nèi)部為非暴露區(qū) , 可將其分為 1 區(qū)、 2 區(qū)，越往內(nèi)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。從配電室低壓輸出，端到機(jī)房設(shè)備端，必須實(shí)行分級保護(hù)，才能將雷電過電壓降低到設(shè)備能夠承受的水平。
5．5電源避雷器的配置：
（1）總配電電源進(jìn)線的防護(hù)(第I級)
依據(jù)GB5057-94（2004年版）《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第6.4.7條所述：在LPZ0A區(qū)或LPZ0B區(qū)與LPZ01區(qū)交界處，應(yīng)選用標(biāo)稱放電電流不宜小于80KA（8/20 us），因此在室外配電箱的三相電源進(jìn)線端安裝1套QBAM401/80（3+N）型防雷器（共22組、三相五線、帶零地保護(hù)、相位顯示）,在整個防雷系統(tǒng)中起到根本的作用是當(dāng)發(fā)生強(qiáng)度很大的雷擊時，使產(chǎn)生于供電線路(相線、零線)上的感應(yīng)雷電流，在進(jìn)入總配電箱之前就迅速地泄放入地，穩(wěn)定可靠的發(fā)揮大通流量泄流的作用，將殘壓限制在最低。
(2)電源進(jìn)線的防護(hù)(第II級)
在各用戶進(jìn)線二相電源進(jìn)線端安裝1套QBAM401/40（1+N）型防雷器（共154組），由于I級防雷器在泄放供電線路上高能量的雷電流時，在防雷器兩端所呈現(xiàn)的殘壓仍然很高，仍可能大大超過被保護(hù)設(shè)備所能承受的最高耐壓值，因此II級防雷器通過再次泄流而降低線路上的殘壓，進(jìn)一步降低真正到達(dá)設(shè)備供電端口的浪涌電壓值，使之小于設(shè)備耐壓值，從而在發(fā)生雷擊時，使設(shè)備遭受損壞的可能性大大減小。
5．6等電位連接 、
5.6.1．室外部分
1、小區(qū)內(nèi)高桿燈分別與臨近的地網(wǎng)做連接 2、小區(qū)大門、門衛(wèi)室及護(hù)攔與臨近的地網(wǎng)做連接 3、通信、電源線路必須地埋進(jìn)入大樓 5.6.2．室內(nèi)部分
1、每戶安裝接地線，按每層匯接接入等電位匯接帶或ERP點(diǎn)，再通過專用引下線接地。接地線采用≥6平方多股銅線。
2．在各樓層安裝等電位匯接帶預(yù)埋入墻內(nèi)，留出連接點(diǎn)。匯接帶分別與大樓引下線連接。