雷电电磁脉冲防护分级计算方法
塔机防雷规范
根据IEC 61312 《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50057-94 《建筑物防雷设计规范》、GB 50054-95 《低压配电设计规范》、JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》及GBJ 64-83《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求，针对现场勘察报告中关于配电系统的描述，将其分为三个防雷区分别加以考虑。
由于单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。
因此选用电源系统多级保护，可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。
1、电源一级防护：设计依据依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6412条LPZ0A、LPZ0B区对电涌保护器（SPD）的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》第四章：配电线路的保护中有关低压防雷的有关规定；参照JGJ/T 16-92《民用建筑电气设计规范》第13部分：电力设备防雷、第14 部分接地及安全以及GBJ 64-83《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》第五、六、八章；DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第三章到第十章；DL/T621-1997 《交流电气装置的接地》第三章、第四章、第六章、第七章的部分条文。
设计说明依据《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲第三节屏蔽、接地和等电位连接的要求：第6.3.4 条及第四节对电涌保护器和其他的要求：第 6.4.7条规定，在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处，从室外引来的线路上安装SPD 当线路有屏蔽时，每个SPD 的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑.本建筑物为二类防雷建筑物，首次雷电流幅值为150KA，电源线路为铠装埋地，TN-S配电模式，因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为：在建筑物已安装合格的防直击雷措施后，有50%的雷电流通过引下线流入接地装置，因此每线分配电流为：150KA*50%*30%/4=5.6KA ，按《建筑物防雷设计规范》第六章：第四节：第6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA。
交通银行中心机房雷电防护分级的确定
交通银行中心机房雷电防护分级的确定摘要：金融系统中心机房雷电防护对保护系统的业务正常运行具有非常重要的作用。
建筑物电子信息系统的雷电防护等级应按防雷装置的拦截效率划分为A、B、C、D四级，雷电防护等级应按以下方种之一划分：按建筑物电子信息系统所处环境进行雷击风险评估，确定雷电防护等级；按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级；此次雷电防护分级的确定是按建筑物电子信息系统所处环境进行雷击风险评估，确定交通银行中心机房雷电防护等级。
关键词：机房；雷电；分级；年预计雷击次数交通银行鞍山分行位于二一九路３８号，主要经营办理人民币储蓄存款、贷款、结算业务，办理票据贴现、代理发行金融债券；代理发行、兑付、销售政府债券等。
中心机房位于3楼，总楼层14层。
中心机房配置交换机、路由器、光端机等；通讯线路有联通、电信通过电缆井敷设，铁通线路架空敷设，所有通讯线路全部采用光纤。
电源线路全部埋地敷设。
下面对交通银行中心机房做下一下雷电防护等级的确定。
一、建筑物及入户设施年预计雷击次数（N）的计算1、建筑物年预计雷击次数N1按下式计算N=k×Ng×Ae；k，校正系数，在一般情况下取1。
雷击大地的年平均密度Ng=0.024×Td1.3, Td，年平均雷暴日，根据当地气象局资料确定为30天。
与建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae计算，交通银行大楼为长方形，孤立楼体，长（L）、宽（W）、高（H ）分别为53m、40m、60m。
Ae=[LW+2（L+W）H1/2（200-H）1/2+3.14H（200-H）] ×10-6=0.046所以N1=0.024×83.2×0.046=0.091次/年2、入户设施年预计雷击次数N2N2= Ng×Ae’=0.024×Td1.3（Ae1’+ Ae2’）次/年Ae1’—电源线缆入户设施的截收面积（km2）Ae1’—信号线缆入户设施的截收面积（km2）低压埋地电源电缆有效截收面积：2×ds×L×10-6埋地信号线有效截收面积：2×ds×L×10-6注1：L是线路从所考虑建筑物至网络的第一个分支点或相邻建筑物的长度，单位为m，最大值为1000m，当L未知时，应采用L=1000 m。
按雷击风险评估确定雷电防护等级
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》学习辅导[摘要] 建筑物雷电环境风险评估计算，线路屏蔽、等电位和SPD参数选择等。
[关键詞] 雷电环境风险评估防雷接地防雷工程施工（福州350001）福建省防雷中心王燐藩雷电高电压以及雷电电磁脉冲侵入所产生的电磁效应、热效应都会对系统和设备造成干扰或永久性损坏。
建筑物安装防雷装置后，并非万无一失的。
只可能将雷电灾害降低到最低限度，减小设备遭受雷击损害的风险。
雷电防护工程设计的依据之一是雷电防护分级，其关键问题是防雷工程按照什么等级进行设计，而雷电防护分级的依据，就是对工程所处地区的雷电环境进行风险评估，按照风险评估的结果确定系统是否需要防护，需要什么等级的防护。
因此，雷电环境的风险评估是工程设计必不可少的环节。
雷电环境风险评估其目的是使防雷设计建立在科学的基础上，避免盲目性，保证防雷工程安全可靠，技术先进，经济合理。
雷击按雷击点可分为四种：1.雷击建筑物;2. 雷击建筑物附近大地;3.雷击入户服务设施;4. 雷击入户服务设施附近大地。
造成的损害有三种：1.由于接触和跨步电压造成生物触电;2.物理损害（如火灾、爆炸、机械损坏和化学品泄露等）;3.电气和电子系统由于过电压而失效或故障。
一、按雷击风险评估确定雷电防护等级A.设：福州某小区新建筑物，高度51.05m，长度35m，宽度24.7m，年平均雷暴日数福州53天/a，该建筑物高压埋地线缆L= 500m，，低压埋地线缆L=200m，信号埋地线缆L=500m， ds=250 Ω·m。
新建筑物属智能建筑，计算该建筑物预计雷击次数及属第几类防雷建筑，并按雷击风险评估确定雷电防护等级。
答：1.建筑物年预计雷击次数N1应按下式确定：N 1=k×Ng×Ae(次/年),式中：N1---建筑物年预计雷击次数(次/年);k---校正系数;k=1、1.5、1.7、2.0（根据建筑物所处的不同地理环境取值）。
雷电保护区域的划分
根据IEC61312-1防雷分区的定义：将需要保护和控制雷击电磁环境的建筑物空间，从外部对内部划分为多个不同的雷电防护区域（LPZ），以规定各部分LPZ空间内的雷电电磁脉冲（LEMP）的强度变化的严重程度，以便采取不同的防护措施。
如附图所示，对于一个保护对象，从电磁兼容的角度出发，可由外到内分为几级保护区域，建筑物外部是直接雷击的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区域，称为0区。
而0区内的各类物体都可能遭到直接雷击，且电磁场没有衰减，属于完全暴露的不设防的直击雷防护区域称为LPZ0A区；各类建筑物（如天线、热泵机组）很少遭到直接雷击但本区电磁场没有衰减，属于充分暴露的直击雷防护区域称为LPZ0B区。
建筑物内部及电气设备不可能遭到直接雷击，流经各类设备导体的电流比LPZ0B区进一步减少，由于建筑物的屏蔽措施，其建筑物内部设备的金属外壳，所处的位置为非暴露区，可将其称为LPZ1区、LPZ2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压主要是沿线引入。
保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成的，电气通道以及金属管道等则通过这些界面。
1、保护区域的划分
◆雷电保护区LPZOA
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LPZOB
该区内的各种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LPZi（i=1，2，...）
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需求的环
境选择后续防雷区的要求条件。
建筑物雷电防护等级计算
N1=k*Ng*Ae
校正系数K 扩大宽度D （米） 86.60254 等效面积 Ae(平方公 里) 0.03253899 雷击年均密度 Ng(平方公里 *a) 2.075665
年均雷暴日Td （d/a） 30.90
14.00
50.00
2.0
0.13508
入户设施年预计累计次数计算
序 低压架空电源电 高压架空电源电 号 缆长度L1（米） 缆长度L2（米） 0.00 2 有效截收面积 Ae1' 0.000000 500.00 有效截收面积 Ae2' 0.250000 低压埋地电源电 缆长度L3（米） 100.00 有效截收面积 Ae3' 0.050000 高压埋地电源电 架空信号线缆 缆长度L4（米） 长度L5（米） 0.00 有效截收面积 Ae4' 0.000000 500.00 有效截收面积 Ae5' 1.000000
NC=5.8*0.0316227766/C
各类因子之 和C 10.50 可接受的最 大年平均雷 击次数Nc 击次数Nc
0.01747
按防雷装置的拦截效率确定雷电防护等级
E=1-Nc/N
0.993946002
结论： 结论： 应该安装雷电防护装置
A级
建
建筑物年预计累计次数计算
序 号 1 建筑长度L （米） 35.00 建筑宽度W（米） 建筑高度H（米）
筑
物
雷
电
防
护
等
级
表
备 注
预计年雷击次数N1(次/a) 总预计年雷 击次数N 击次数N ＝ N1+N2(次 /a) 蓝色单元格是 需要人工填写 的。无金属铠 装或带金属芯 线的光纤电缆, 其有效截收面 积Ae'为0。L是 线路从所考虑 建筑物至网络 的第一个分支 点或相邻建筑 物的长度，单 位为m，最大值 为1000m，当L 未知时，应采 用L=1000m
雷电电磁脉冲防护分级计算方法.doc
雷电电磁脉冲防护分级计算方法雷电过电压对电子设备的危害随着通信技术、计算机技术、信息技术的飞速发展，今日已是电子化时代，日益繁忙庞杂的事物通过高速电脑、自动化设备及通信发展得到井然有序、而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过电压特别是雷电袭击而受到损坏的可能性就大大增加，这是由于以雷击中心1.5km—2km范围内都可能产生危险过电压，损坏线路上设备；其后果可能使整个系统的运行中断，并造成难以估计的经济损失，雷电和浪涌电压成了电子化时代的一大公害。
防雷器就是在最短时间（纳秒级）内将被保护线路连入等电位系统中，使设备各端口等电位，同时释放电路上因雷击而产生的大量脉冲能量短路泄放到大地，降低设备各接口端的电位差，从而保护线路上用户的设备。
对系统设备而言，电源线路和信号线路是雷电袭击产生过电压并传导的两条主要通道，因此防雷器就分电源系统避雷器和信号系统防雷器。
防雷区域的划分一、LPZ0A区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷击电流；本区内的电磁场强度没有衰减。
二、LPZ0B区：本区内的各种物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。
三、LPZ1区：本区内的各种物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。
四、LPZn+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境去选择后续防雷区的要求条件。
注：n=1、2、......。
雷电电磁脉冲防护分级计算方法1．建筑物年预计雷击次数N：N=K·（0.024·Td1.3）·（Ae+Ae’）式中：K──校正系数，一般取1。
Td──年平均雷暴日Ae──建筑物截收相同雷击次数的等效面积（KM2）Ae’──建筑物入户设施的截收面积（电源线、信号线）2．等效面积Ae的计算当建筑物高度H<100M：D= [ H·（200-H）]1/2 （M）Ae=[L·W+2（L+W）·D+π·H（200-H）]·10-6 （KM2）式中：L，W ，H分别为建筑物的长，宽，高（米）。
雷电电磁脉冲及其防护
雷电电磁脉冲及其防护1 、雷电电磁脉冲的物理特性(1)物理特性从积雨云的密布到发生闪电，会出现三种物理现象。
①云中静止电荷产生的静电场，产生静电感应现象，地面及各种导体会产生感应电荷，呈观静电场的作用。
这种作用随着距离的增大而迅速减小，与距离的三次方成反比。
②积雨云中电荷的移动（包括闪电）会产生磁场，若磁场强度发生变化就会出现电磁感应现象，这就是感应场产生的作用。
这种作用随着距离的增大而减小较快，与距离的平方成反比。
③闪电发生时，会出现电磁波辐射。
这种辐射场也随距离增大而减小，但比较缓慢，它与距离的一次方成反比。
除了注意上述三种物理现象，更应密切注意雷电流的变化特性，因为雷电的破坏作用与雷电流的峰值和波形密切相关。
现代防雷装臵正是根据雷电流的物理特性设计的，其主要的物理特性是：①峰值电流决定闪电的机械力和电力的作用大小以及雷灾的危害程度；②到达峰值的时间，数值愈小，冲击力愈大，在选用防雷元器件时应考虑响应速度；③最大电流变化率决定了闪电的电磁感应强弱，是电子设备防雷技术中应特别重视的参量，因为电子设备防雷技术中主要是对感应雷的防护；④半峰值时间或到达波尾中间的时间，是指回击电流减小到峰值一半时的时间，这个时间越长，热效应越大，容易造成元器件的损坏，也容易引起火灾。
超过lOO}上s就属于热闪电了。
(2)雷电电磁脉冲的频谱分析雷电电磁脉冲的频谱是研究避雷的重要依据，从频谱结构可以获得雷电电磁脉冲电压、电流的能量在各频段的分布。
根据这些资料可以估算通信设备或系统在其频率范围内可能遭受到的雷电冲击的幅度和能量大小，并以此作为确定避雷措施的参数。
①雷电流峰值比率的频率分析雷电流峰值比率的频率分布是指在雷电流的频谱范围内，每一个频率的电流峰值与雷电流峰值之比的频率分布。
雷电流主要贫布在低频部分，随频率升高迅速递减。
电波的波头越陡，高次谐波越丰富，波尾越长，低频部分越丰富。
②电流峰值比率积累的频率分布雷电流的破坏作用主要表现在对设备的过电压击穿和冲击能量过大的热击穿。
雷电电磁脉冲的防护
及 防雷 区交 界处 做等 电位 连接 。
（）在 电 源线 和信 号线 上必 须 安装 相 应 的避 雷 ３
器。
２２３ 防雷 区 间内部 的等 电位连 接 ．．
… 各 防雷 区间 内部应 设 有 闭合 环 形 的 等 电位 １ 连 接 带 。该 连 接 带 至少 应 有 两 处 与 大 楼 主 钢 筋 相 连， 把各 种 接 地 线 连 成 到该 连 接 带 上 ， 该 防雷 冉 使
用。
我们若 用 会属壳 体将 干扰 源 屏蔽起 来， 图 ２ｆ 如 ｂ 所示 ，图 中 ｃ 为干 扰 源 与屏 蔽 壳体 之 间 的 电容， ） ｌ
ｃ 为 电子设 备 与 屏 蔽壳 体 之 间 的 电容 ， ２
为屏 蔽
（） ３ 把天 面 网格 、 引下线 、 平均 压环 、 地 网可 水 接 靠地 焊 接起来 。
环 路 感应 过 电压 ；④ 雷 电击在 远 处架 空 电力 线 上 ；
会属套 管两端 应做好 等 电位连 接 。
２２１ 构造 “ ．． 法拉 第 笼 ”
⑤ 雷 云 之 间放 电在 电力 线 上 弓起 感 应 雷 电波 及 过 Ｉ 电压 ； 雷击 通 信线 、 ⑥ 电力 线 附 近地 面或 地 面 上 其
同样 ， 如果 干 扰 源不 屏 蔽， 而将 电子 设备 屏 蔽 ，
结 果 与上述 屏蔽 效果类 似 。 实 际工作 中， 在 是屏 蔽干 扰 源还 是 屏 蔽受 感 器， 议进 行综 合全 盘 考虑 。 根 建 应 据简便 、 济 、 作方 便 、 经 操 场地等 具体 情况 丽定 。 对 于平 行 导 线 ， 于分 布 电容 较 大 ， 合 干 扰 南 耦
一１一ｊ） （ ） （ １ ［
各种 电源 线 、信 号线穿 金 属管 埋地 引 入 ， 时信 号 同
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雷电电磁脉冲防护分级计算方法
雷电过电压对电子设备的危害
随着通信技术、计算机技术、信息技术的飞速发展，今日已是电子化时代，日益繁忙庞杂的事物通过高速电脑、自动化设备及通信发展得到井然有序、而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过电压特别是雷电袭击而受到损坏的可能性就大大增加，这是由于以雷击中心1.5km—2km范围内都可能产生危险过电压，损坏线路上设备；其后果可能使整个系统的运行中断，并造成难以估计的经济损失，雷电和浪涌电压成了电子化时代的一大公害。
防雷器就是在最短时间（纳秒级）内将被保护线路连入等电位系统中，使设备各端口等电位，同时释放电路上因雷击而产生的大量脉冲能量短路泄放到大地，降低设备各接口端的电位差，从而保护线路上用户的设备。
对系统设备而言，电源线路和信号线路是雷电袭击产生过电压并传导的两条主要通道，因此防雷器就分电源系统避雷器和信号系统防雷器。
防雷区域的划分
一、LPZ0A区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷击电流；本区内的电磁场强度没有衰减。
二、LPZ0B区：本区内的各种物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。
三、LPZ1区：本区内的各种物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。
四、LPZn+1后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境去选择后续防雷区的要求条件。
注：n=1、2、......。
雷电电磁脉冲防护分级计算方法
1．建筑物年预计雷击次数N：
N=K·（0.024·Td1.3）·（Ae+Ae’）
式中：K──校正系数，一般取1。
Td──年平均雷暴日
Ae──建筑物截收相同雷击次数的等效面积（KM2）
Ae’──建筑物入户设施的截收面积（电源线、信号线）
2．等效面积Ae的计算
当建筑物高度H<100M：
D= [ H·（200-H）]1/2 （M）
Ae=[L·W+2（L+W）·D+π·H（200-H）]·10-6 （KM2）式中：L，W ，H分别为建筑物的长，宽，高（米）。
（见规范）
1000米。
当L未知时，应采用1000米。
（2） Ds数值上等于土壤电阻率（欧·米），最大为500米。
4．因直接雷击和雷电电磁脉冲引起的电子信息系统设备损坏的可接受最大年平均雷击次数
NC=5.8·10-3/C
式中：C=C1+C2+C3+C4+C5
5．雷电电磁脉冲防护等级计算：
E=1-NC/N
当E>0.98时，定为A级
当0.90<E≤0.98时，定为B级
当0.8<E≤0.9时，定为C级
当E≤0.8时，定为D级。
6．供电电源系统防雷设计
1）信息系统机房内电源严禁采用架空线路引出户外；
2）信息设备交流供电系统应采用TN-S或TN-C-S系统供电；
3）供电系统抗浪涌电压的类别及过电压保护器分级如图所示：
4）电源系统SPD
l 入户电力变压器低压侧安装的SPD作为第一级保护时应为三相电压开关型SPD，其雷电通流量不应低于60KA；
l 分配电柜线路输出端SPD作为第二级保护时应为限压型SPD，其雷电通流量不应低于20KA；
l 在电子信息设备交流电源进线端安装SPD作为第三级保护时应为串接式限压型SPD，其雷电通流量不应低于10KA；
l对于微波通讯设备，移动机站通讯设备及雷达设备等使用的整流电源，视其工作电压的保护需要，宜分别选用工作电压适配的直流电源SPD，作为末级保护。
5）配电系统中电源SPD前，后二级的安装距离应大于10米，否则要在期间增加退藕器件。
B级
三级
10-20
(10/350μs)
60
（8/20μs）
40-60
（8/20μs）
20-40
（8/20μs）
10-20
（8/20μs）
UPS后装功率>1.2倍设备总用电量的SPD
第一级埋地进线>50m；第四级SPD应带滤波
C级
二级
10-20
(10/350μs)
60
（8/20μs）
20-40
（8/20μs）
埋地进线>50m
D级
一级
20-40
（8/20μs）
电源SPD的自保护要求
1．SPD应有当自身泄漏电流超标时能从电路自动切除的装置2．SPD的外封装材料应为阻燃型材料。