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出大量的異種電荷，形成一個極大的電容，當其場強達到一定強度時，就會產生對地放電，這就是雷電現象。屬于“減災十年”公布的最嚴重的10種自然災害之一。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。隨著科學技術的發展，大量先進的微電子技術如：計算機信息系統、監控、通信等網絡得到廣泛應用，而微電子設備的高度集成化，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：當雷電活動其磁感應強度達到0.07Gs時，計算機發生誤動作，當磁感應強度超過2.4Gs時，計算機發生永久性損壞。對5V工作電平的TTL等集成電路，當過電壓幅值達到12.5V、持續時間達30ns時可使TTL集成電路損壞。因而伴隨雷電所產生的雷電電磁脈沖以及開關動作或接地短路等故障造成的過電壓、過電流對微電子設備將產生嚴重的危害。根據統計，雷電對微電子設備所造成的損失全世界每年達30億美元，已遠遠超過了雷擊火災的損失，成為當今電子時代的一大公害。
隨著我國微電子設備內部結構高度集成化（VLSI芯片），從而造成設備耐過電壓、耐過電流的水平下降，對雷電（包括感應雷及操作過電壓）浪涌的承受能力降低。眾所周知，雷電具有極大的破壞性，其電壓高達數百萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培。雷擊所造成的破壞性后果體現于下列三種層次：①設備損壞，人員傷亡；②設備或元器件壽命降低；③傳輸或儲存的信號、數據（模擬或數字）受到干擾或丟失，甚至使電子設備產生誤動作而暫時癱瘓或整個系統停頓。目前，世界上各種建筑、設施大多數仍在使用傳統的避雷針防雷。用避雷針防止直接雷擊實踐證明是經濟和有效的。但是，隨著現代電子技術的不斷發展，大量精密電子設備的使用和聯網，避雷針對這些電子設備的保護卻顯得無能為力。避雷針不能阻止感應雷擊過電壓、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備的罪魁禍首。每年各種通訊控制系統或網絡因雷擊而受破壞的。事例屢見不鮮，因受到雷擊引起設備損壞，自動化監控失靈的事件也常有發生。
二、 現代防雷技術概述
現代意義上的防雷系統，本著安全可靠，技術先進，經濟合理的設計原則，強調立體防護、綜合治理、層層設防，把防雷看成一個系統工程。 雷電的表現形式主要有兩種：
一種是直擊雷，是指帶電云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。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，物體會被高溫燒傷甚至融化，或被雷電電能轉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。
另一種是感應雷，是指當直擊雷發生以后，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線或金屬物因電磁感應而產生高電壓以致發生閃擊的現象。
系統防雷方案包括外部防雷和內部防雷兩個方面:
外部防雷包括避雷針（帶）、避雷網、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、引下線等，泄放入大地。
內部防雷系統是為保護建筑物內部的設備以及人員的安全而設置的。通過在需要保護設備的前端安裝合適的避雷器，使設備、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，將因雷擊而使內部設施所感應到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設備的安全。
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）和接地等構成的外部防雷系統，主要是為了保護建筑物本體免受雷擊引起的火災事故及人身安全事故，而內部防雷系統則是防止感應雷和其他形式的過電壓侵入設備造成損壞，這是外部防雷系統無法保證的。
雷電對電氣設備的影響，主要由以下四個方面造成：①直擊雷；②傳導雷； ③感應雷；④開關過電壓。
直擊雷：是指帶電云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。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，物體會被高溫燒傷甚至融化。通常在建筑物頂部安裝避雷針或避雷網等來防直擊雷。直擊雷其中接近40%的能量將通過建筑物的供電系統分流，其中5%左右的能量通過建筑物的通信網絡線纜分流，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的布線狀況和管線結構而變化。直擊雷波形為10/350us
傳導雷（雷電波侵入）：在更大的范圍內（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備。其中地電位反擊也是傳導雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、地面，導致地電壓升高，并在周圍形成巨大的跨步電壓。雷電可能通過接地系統或建筑物間的線路入侵雷電延建筑物內部設備形成地電位反擊。
感應雷（雷電波感應）：在周圍1000公尺左右范圍內（有資料為 500公尺或 1500公尺，距離應隨著雷擊大小和屏蔽措施而變化）。發生雷擊時，LEMP 在上述有效范圍內，在所有的導體上產生足夠強度的感應浪涌。因此分布于建筑物內外的各種電力、信息線路將會感應雷電而對設備造成危害。
傳導雷和感應雷入侵機房損壞設備主要有以下幾種途徑：
通過電源線纜傳導進入機房。當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，架空線路上產生的過電壓過電流就會沿著電源傳輸線路傳導進入機房損壞設備。
通過信號線纜傳導進入機房。雷電擊中信息通訊線路或通訊線纜處在雷電放電或傳導的強磁場中，通訊線路上產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或建筑物間的線路入侵，對建筑物內部設備形成地電位反擊。
附近的強磁場對機房內的金屬物體感應出過電壓過電流。發生雷擊時，LEMP 在有效范圍內，在所有的導體上產生足夠強度的感應浪涌。因此分布于建筑物內外的各種電力、信息線路及金屬物體將會感應雷電而對設備造成危害。
人為的操作過電壓通過電源線路傳導進入機房。因斷路器的操作、大負荷設備以及感性負荷設備的啟停、系統短路故障等系統內部狀態的變化而使系統參數發生改變，引起的電力系統內部電磁能量轉化，從而產生內部過電壓，這種瞬時電壓以浪涌的方式危及電子設備。
隨著現代高科技的發展，精密儀器，通訊設備，數據網絡的應用越來越廣泛，因而感應雷造成的雷擊事故也越來越多，除直接造成了巨大的經濟損失外，因重要設備損壞使系統網絡陷入癱瘓后造成間接的損失更是驚人。
根據《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、通信和廣播電視設施、電力設施、電子設備、計算機網絡和其他需要防雷的建（構）筑物和設施，必須按照國家和省的規定安裝雷電災害防護裝置。現代防雷是一個系統工程，包括外部防雷和內部防雷，即直擊雷防護和雷電電磁脈沖防護，強調整體防御，綜合治理，層層設防的原則。
雷電侵入機房及計算機通信等網絡系統主要有四個途徑：由電源系統侵入，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備損壞。為了提高機房設備及通信網絡系統的運行可靠性，保障機房及工作人員安全，除了架設良好的避雷針、避雷帶、地網的接地電阻達到規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（所有供電設備、用電設備）、信號傳輸系統、程控交換機系統、計算機網絡系統等設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、 設計總則
依據國際電工委員會IEC標準、法國NFC標準、德國VDE標準和中國GB標準與部委頒發的設計規范的要求，該建筑物和大樓內之計算機房等設備都必須有完
整完善之防護措施，保證該系統能正常運作。這包括電源供電系統、不間斷供電系統，空調設備、電腦網絡、微波通信設備等裝置應有防護裝置保護。
此方案的主要技術依據為
3.1《國際建筑物防雷設計規范》 IEC 1024-1 ，1990
3.2《建筑物防雷設計規范》 GB 50057-94（2000年版）
3.3《雷電電磁脈沖的防護》 IEC 1312-1，2，3
3.4《低壓供電系統中的過電壓保護器》 IEC 61643，1998
3.5《電力系統通信站防雷運行管理規程》 DL 548-94
3.6《金屬氧化物避雷器技術規范》 GB11032
3.7《計算機信息系統防雷保安器》 GA 173-1998
3.8《計算機信息系統雷電電磁脈沖安全防護規范》 GA 267-2000
3.9《電子計算機房設計規范》 GB 50174-93
3.10《通信局（站）低壓配電系統用電涌防護器技術要求》 YD/T1235.1-2002
3.11《通信局（站）低壓配電系統用電涌防護器測試方法》 YD/T1235.2-2002
3.12《計算站場地技術文件》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工程設計規范》 CECS 72-97
3.17《電磁兼容試驗和測量技術浪涌（沖擊）抗擾度試驗》 GB/T 17626.5-1999
四、 具體措施
按照GB 50057－94《建筑物防雷設計規范》（2000年版）、DL/T 621－1997《交流電氣裝置的接地》、DL 548－94《電力系統通信站防雷運行管理規程》、DL/T 620－1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》、GA 173－2002《計算機信息系統防雷保安器》等有關規程規定，結合具體實際, 采用均、分、地、保、屏、隔離的方法，堅持層層設防，水漲船高，整體防御的原則擬定如下技術改造方案。
五、 防雷設計方案
5．1、針帶引下線整改
大樓屋頂避雷網采用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。在小區內安裝2個避雷針作為直擊保護。
5．2、接地系統整改
根據對現場的勘察結果進行分析，綜合比較各種接地方式，采用本公司的突波吸收接地系統以達到更小的接地電阻。該突波吸收接地系統根據電荷中合放電、傳導原理，利用地球導電性和巨大的電容器機能的特性，克服了現有技術之不足，在一套接地統中采用先吸收、再泄放的技術方案，實現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境中特別是在土壤電阻率較高的環境中均有良好的接地效果，具有地電位低、設計簡單、安裝方便、檢測準確、工作可靠及制作成本低的優點。突波吸收接地系統與現有接地技術的根本不同之處在于：通過****型高效接地模塊水平敷設與垂直安裝的****型高效接地極進行聯接，構成完善的接地系統。當發生雷擊時，****所發生的電容效應，能迅速實現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與非金屬低阻材料的有機結合，并經先進的技術配方以及加工工藝生產制造，能與土壤實現化學反應式溶合，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處于穩定的低阻狀態。突波吸收接地系統及JDM、****產品為本公司獨創，擁有自主知識產權，且已申報國家發明專利。 針對原有地網進行改造達到接地電阻<4歐姆設計要求，基本要求如下：
（1）接地網安裝位置選擇整個小區每棟大樓與小區變壓器周圍。
（2）地網采用高效接地極****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成地網；
（3）接地網開挖深度約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）從地網的上引兩根40×4 mm的扁鋼沿墻敷設，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控遙測室接等電位匯集排，分別作為配電系統接地和監控室防雷接地引上線。
（5）接地網安裝完畢后，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《建筑物防雷設計規范》第六章 防雷擊電磁脈沖：第三節 屏蔽、接地和等電位連接的要求：第6.3.4條規定，所有進入建筑物的外來導電物均應在LPZ0A區或LPZ0B區與LPZ1區的界面處做等電位連接；信息系統的的各種箱體、殼體、機架等金屬組件應建立一等電位連接網絡，并與建筑物的共用等電位接地系統可靠電氣連接，連接至少2處。
5．4、感應雷防護
從 EMC （電磁兼容）的觀點來看，由外到內可分為幾級保護區。建筑物外部是直擊雷的區域，在這個區域內的設備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區，為 0 區；建筑物內部為非暴露區 , 可將其分為 1 區、 2 區，越往內部，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，端到機房設備端，必須實行分級保護，才能將雷電過電壓降低到設備能夠承受的水平。
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GB5057-94（2004年版）《建筑物防雷設計規范》第6.4.7條所述：在LPZ0A區或LPZ0B區與LPZ01區交界處，應選用標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）,在整個防雷系統中起到根本的作用是當發生強度很大的雷擊時，使產生于供電線路(相線、零線)上的感應雷電流，在進入總配電箱之前就迅速地泄放入地，穩定可靠的發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的殘壓仍然很高，仍可能大大超過被保護設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備供電端口的浪涌電壓值，使之小于設備耐壓值，從而在發生雷擊時，使設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、小區內高桿燈分別與臨近的地網做連接 2、小區大門、門衛室及護攔與臨近的地網做連接 3、通信、電源線路必須地埋進入大樓 5.6.2．室內部分
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埋入墻內，留出連接點。匯接帶分別與大樓引下線連接。