一、 引言
雷電是由天空中云層間的相互高速運動、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)其場強達到一定強度時，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，大量先進的微電子技術(shù)如：計算機信息系統(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，又帶來絕緣強度低，耐過電壓、過電流能力差等致命弱點。美國研究報告[AD-722675]指出：當(dāng)雷電活動其磁感應(yīng)強度達到0.07Gs時，計算機發(fā)生誤動作，當(dāng)磁感應(yīng)強度超過2.4Gs時，計算機發(fā)生永久性損壞。對5V工作電平的TTL等集成電路，當(dāng)過電壓幅值達到12.5V、持續(xù)時間達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，其電壓高達數(shù)百萬伏，瞬間電流可高達數(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踐證明是經(jīng)濟和有效的。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)?。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，經(jīng)濟合理的設(shè)計原則，強調(diào)立體防護、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，雷電壓可達幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達十幾萬安，在雷電通路上，物體會被高溫?zé)齻踔寥诨?，或被雷電電能轉(zhuǎn)化的機械能量擊壞或擊毀。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，雷電壓可達幾萬伏至幾百萬伏，瞬間電流可達十幾萬安，在雷電通路上，物體會被高溫?zé)齻踔寥诨?。通常在建筑物頂部安裝避雷針或避雷網(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)進入機房。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)進入機房損壞設(shè)備。
通過信號線纜傳導(dǎo)進入機房。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房危害機房設(shè)備。
雷電地電位反擊進入機房。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。
附近的強磁場對機房內(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)進入機房。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，即直擊雷防護和雷電電磁脈沖防護，強調(diào)整體防御，綜合治理，層層設(shè)防的原則。
雷電侵入機房及計算機通信等網(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，地電位反擊及機房屏蔽不良等雷電電磁脈沖使設(shè)備損壞。為了提高機房設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行可靠性，保障機房及工作人員安全，除了架設(shè)良好的避雷針、避雷帶、地網(wǎng)的接地電阻達到規(guī)程的要求等完善的直擊雷防護措施外，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)、程控交換機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備進行可靠有效的防護，在保護、分流、均壓、屏蔽、接地、布線等六大方面實施完整的、多層次的防護措施，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)之計算機房等設(shè)備都必須有完
整完善之防護措施，保證該系統(tǒng)能正常運作。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)有防護裝置保護。
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》 IEC 1312-1，2，3
3.4《低壓供電系統(tǒng)中的過電壓保護器》 IEC 61643，1998
3.5《電力系統(tǒng)通信站防雷運行管理規(guī)程》 DL 548-94
3.6《金屬氧化物避雷器技術(shù)規(guī)范》 GB11032
3.7《計算機信息系統(tǒng)防雷保安器》 GA 173-1998
3.8《計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護規(guī)范》 GA 267-2000
3.9《電子計算機房設(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》 IEC1312
3.15《過電壓保護器》 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《電磁兼容試驗和測量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗》 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)通信站防雷運行管理規(guī)程》、DL/T 620－1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》、GA 173－2002《計算機信息系統(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。
5．2、接地系統(tǒng)整改
根據(jù)對現(xiàn)場的勘察結(jié)果進行分析，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。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結(jié)合，并經(jīng)先進的技術(shù)配方以及加工工藝生產(chǎn)制造，能與土壤實現(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)進行改造達到接地電阻<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，將所挖泥土進行回填，回填后需將泥土夯實；
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
從 EMC （電磁兼容）的觀點來看，由外到內(nèi)可分為幾級保護區(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，端到機房設(shè)備端，必須實行分級保護，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）總配電電源進線的防護(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、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)電源進線的防護(第II級)
在各用戶進線二相電源進線端安裝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，進一步降低真正到達設(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)室及護攔與臨近的地網(wǎng)做連接 3、通信、電源線路必須地埋進入大樓 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，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。匯接帶分別與大樓引下線連接。