一、概述
雷击是年复一年的严重自然灾害之一，随着我国微电子设备内部结构高度集成化（VLSI芯片），从而造成设备耐过电压、耐过电流的水平下降，对雷电（包括感应雷及操作过电压）浪涌的承受能力下降。
从EMC（电磁兼容）的观点来看，防雷保护由外到内应划分多级保护区。最外层为O级，是直接雷击区域，危险性最高，主要是由外部（建筑）防雷系统保护，越往里则危险程度越底。保护区的界面划分主要通过防雷系统、钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层而形成，从O级保护区到最内层保护区，必须实行分层多级保护，从而将过电压降到设备能承受的水平。一般而言，雷电流经传统避雷装置后约有50%是直接泄入大地，还有50%将平均流入各电气通道（如电源线，信号线和金属管道等）。
设备遭受雷击损坏一般是由如下途径：一、直击雷经过接闪器（如避雷针（带））而直放入地，导致地网地电位上升，高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。二、雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管（线）上经感应而产生过电压。三、进出大楼或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入，入侵电子设备。
因此，应对以上三种途径对整个入侵的雷电压及过电流进行防护。
A 、 大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。这样就形成一个法拉第笼式接地系统。它是消除地电位反击有效的措施。应符合下列要求：1、安装的避雷针或避雷线（网）应使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应大于5m*5m或6m*4m。2、所有避雷针应采用避雷带互相连接。3、建筑物应装设均压环。4、防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环型接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。
B、 机房内通信电缆以及地线的布放和连接，通过模拟不同的布线、屏蔽和接地方式时，空间电磁场对通信线路的电磁感应影响情况试验，对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式有如下要求：
通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁并沿建筑物立柱或横梁布线较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。
C、根据IEC（国际电工委员会）雷电保护区的划分要求，建筑物大楼外部是直接雷的区域，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，为0区;建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,可将其分为1区、2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入(如图1)。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。电气通道以及金属管则通过这些界面，穿过各级雷电保护区的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。
进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处，以及终端设备的前端根据IEC1312——雷电电磁脉冲防护标准，安装上OBO之不同类别的电源类SPD，以及通讯网络类SPD(如图2)。(SPD瞬态过电压保护器)，SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。
选用和使用SPD注意事项：
应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。在选用电源SPD时要考虑供电系统的形式、额定电压等因素。LPZ0与LPZ1区交界处的SPD必须是经过10/350us波形冲击试验达标的产品。对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的相容性。
SPD保护必须是多级的，例如对大楼电子设备电源部分雷电保护而言，至少应采取泄流型SPD与限压型SPD前后两级进行保护。为各级SPD之间做到有效配合，当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规定要求时，应在两级SPD之间采用适当退耦措施。
信号SPD应满足信号传输速率、工作电平、网络类型的需要，同时接口应与被保护设备兼容。信号SPD由于串接在线路中，在选用时应选用插入损耗较小的SPD。在选用SPD时，应让供应商提供相关SPD技术参数资料。正确的安装才能达到预期的效果。SPD的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行安装。
卫星接收机高频电缆在进入机房前其金属屏蔽外皮应接地。
D、等电位连接的要求：实行等电位连接的主体应为：设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道；供电线路含外露可导电部分；防雷装置；由电子设备构成的信息系统。
实行等电位连接的连接体为金属连接导体，如图3。和无法直接连接时而做瞬态等电位连接的电涌保护器(SPD)。
总的防雷原则是：
1． 将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散（外部保护）；
2． 阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波（内部保护及过电压保护）；
3． 限制被保护设备上浪涌过压幅值（过电压保护）。这三道防线，相互配合，各行其责，缺一不可。
为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接，目的是在减少需要防雷的空间各金属部件和各系统之间的电位差，电源线、信号线、金属管道，接地线都要通过过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等到电位连接，各个局部等电位连接棒相互连接，并最后与主等到电位连接棒相连。电位均衡连接，就是使导体良好的导电性连接、使它们达到电位相等，为雷电流提供低阻搞抗道，以使它迅速泄流入地。
随着通信设备的大规模使用，雷电以及操作瞬间过电压造成的危害越来越严重。以往的防护体系已不能满足电脑通信网络安全的要求。应从单纯一维防护（避雷针引雷入地==无源防护）转为三维防护（有源和无源防护），包括：防直击雷，防感应雷电波浸入，防雷电电磁感应，防地电位反击以及操作瞬间过电压影响等多方面作系统综合考虑。
雷击一般分为直接雷击和感应雷击。直接雷击是指雷电直接击在建筑物、构筑物设备上，以其巨大的能量直接损坏建筑物、设备及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。感应雷又称二次雷击，感应雷侵入用电设备及计算机网络系统主要有四个方面：交流电源380V/220V电源线引入；信号传输通道引入；地电位反击以及空间雷闪电磁脉冲（LEMP）等。正确的连接和接地可有效地防止地电位变化对通讯设备造成的危害。连接是将设施中的所有电气和金属的物体连接起来，使其有相同电位。接地是将连接在一起的设备连接到它所处的地表面，通过低阻抗接地体将雷电流泄地，从而保证人员和设备安全。
雷电会导致多种不同形式的危害，没有任何一种产品可以全面防止雷电的危害，因此防雷是一项系统工程，需要从构筑物雷电防护，暂态过电压浪涌抑制以及有效的连接和接地三方面综合考虑，缺少其中任何一个方面，均不能全面防止雷电危害。
二．设计依据
1.建筑物防雷设计规范《GB50057- 94》
2.NFC-107
3.International Standard IECU1643-1 Surge Protection Devices
4.《IEL1024-1》（国际建筑物防雷规范）
三．设计原则
1.严格按照有关规范设计
2.系统防雷采用等电位结构
四． 技术方案
主机是针对于机站内设备的感应雷的防护和设备的接地系统。
(一) 雷电灾害是自然灾害中较为严重的一种。由于雷电是一个随机过程，它的能量相当强大，而且它是一个瞬间过程，在很短的时间内把巨大的能量放出来对周围的设备产生很大的破坏作用。在雷电灾害中直击雷的威力相当大,但感应雷电流的破坏程度相当广泛。根据资料统计显示，在雷击微电子设备事故当中，80%以上是由于感应雷所引起的。
感应雷是由于在雷电闪击过程（能量高达100KA、200KA）中在它周围很大面积的线路上感应出一个强大的雷电过电压，这个过电压随着线路向两个方向进行传输进入设备就会击坏设备。往往几公理或十几公理外的雷闪产生的过电压沿线路进入设备，就会击坏设备。感应雷的预防分电源部分和信号部分。
电子系统防雷过电压示意图
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（1）电源防雷
防雷最重要的就是等电位连接，把各种设备利用防雷器、线材、钢筋和铜排进行设备的电气处理。使各种设备在雷电流入侵时行成等电位体，这样设备与设备、设备与大地、设备与大楼整体结构之间就不会产生电位差。利用这些材料和设备把雷电流引入大地，从而保护设备。
由于雷电流的能量很大，在电源线路上通过配置不同等级能量的防雷器，逐级把强大的雷电流分流到大地，以达到设备能承受电压，从而保护设备。
电源防雷应保护配电系统、UPS、用电设备等。电源防雷一般采用三级分流法。
第一级采用100KA（或70KA）的防雷器，将较大部分的雷电源分流到地下。它安装在进线的总配电柜的后面。机站的线跟一般是架空到机房内的，很容易遭受感应雷的入侵，鉴于机站的特殊情况，德国OBO的防雷器我们选用V25-B+C/3+NPE（单相则选用V25-B/2），在较大的通流容量的情况下能够使保电平达到3000以下，以更好的保护后端设备的用电。
第二级防雷采用40KA的防雷器，它能进一步的衰减雷电流。它的安装位置在分配电柜后面。用德国OBO的防雷器就选用V20-C/3+NPE（单相则选用V20-C/2）。
第三级防雷选用防雷插座C9640B，它能更进一步的衰减雷电流。它带有故障显示，一但防雷器损坏或发生故障上面会有红灯显示，告之相关人员及进更换防雷器，比较明显观，不影响设备的正常运行。它的安装位置在设备的用电前端。
电源防雷示意图(略)
信号防雷
信号防雷主要针对通信线路、电话线路、计算机专用DDN接口、有线电视等等外线进行防雷接地。
数据专线：
DDN专线的工作电压为12V，传输速率为9600Bit和56K Bit 选用OBO RJ45-V24T/4做为专线防雷器，具体技术参数见后。
控制线路：
控制线路采用RS485传输方式，所以选用OBO FLD12做为控制线路的防雷器，具体技术参数见后。
视频信号：
在一些室外的摄像机采用OBO KoaxB-E2/MF-F 防雷器做保护，以保证室外摄像机的安全运行。具体技术参数见后。
注：但一般现在大楼数据线大多为光纤进线，不出楼层线缆可以不作防雷保护。
终端设备防雷示意图(略)
对于防雷器的选型有两个很重要的参数，一个是工作电压，另一个是保护电平（残压）。这两个参数的选定决定了防雷效果的好坏和系统运行的保障。
工作电压（Uc）的选择是关系到防雷器运行稳定的关键参数。在选择防雷器的最高持续工作电压值时，要符合相关标准要求外，还应考虑到安装电网可能出现正常波动以及可能出现的最高持续故障电压。我们国家用的电为220V，按照IEC-61643-2的说明，在TT交流供电系统中，相线对地线的最高持续故障电压，可能达到标称电压（Un=220V）R 1.5倍,即有可能达到330V。建议选择CITEL电源防雷器的最大持续工作电压值为400V的模块。
保护电平（残压）的选择
单纯考虑防雷器残压越低越好，并不全面，并且容易引起误导。首先，不同产品标称的残压数值，必需注明测试电流的大小，才能有一个共同比较的基础。一般以20KA（8/20μs）测试电流下记录残压，作为比较，其次，对于压敏电阻防雷器选用残压越低时，通常意味其最大持续工作电压越低。
故此，过分强调低残压，是需要会出降低最大持续工作电压的代价，换来的后果，可能是在市电不稳定地区，防雷器容易因长时间持续工作而损坏。其实在压敏电阻型的防雷器，选择最合适的最大持续工作电值和最合适的残压，就好像天平的两边，不可侧重任何一边。按照以往的经验，残压在2KV以下（8/20μs），就能对用户设备提供足够的保护。
（二）接地系统
在考虑到现场的一些施工条件和成本，以常用的方法置入单根的接地体，检测接地电阻，电阻如果小于4欧姆，则不用另外再置入接地体，如大于4欧姆则需加装另外加装多根接地体或加入降阻剂(接地模块)以达到预期的效果。
注：要求接地体离大楼15至20米以上为宜，接地体采用50mm×50mm×2500mm镀锌角钢及50mm×5mm扁钢组成矩阵接地网，确保接地电阻小于4欧姆。采用25mm2国标铜芯线连接接地体与一楼机房接地铜母排。直流接地与其他接地绝缘，并作单点接地。
五、维护与保修
每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。
接地网的接地电阻应每年进行一次测量。
每年雷雨季节前应对运行中的防雷器利用老化测试仪进行一次检测，雷雨季节中要加强外观巡视，发现模块显示窗口出现红色应及时更换。
设备遭受雷击后应对损坏情况进行调查分析，调查分析内容主要包括：
各种电气绝缘部分有无击穿闪络的痕迹，有无烧焦气味，设备元件损坏部位。
了解雷害事故地点附近的情况，分析附近地质、地形和周围环境特点及当时的气象情况。
保留雷击损坏部件，对现场进行拍照或录像，做好各种记录。
根据上述调查情况，组织有关专家分析，写出调查分析报告及改进措施。