医药项目电子信息系统防雷接地的工程设计

（国药集团重庆医药设计院有限公司，重庆 400042）

雷电是自然界中强大的脉冲放电过程，雷电侵入地面建筑物或设备造成的灾害是多渠道的，一般说来，可以把雷电放电可能产生的危害形式划分为直击雷击、感应雷击和雷电反击。

直击雷击是在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体、建筑或设备等对地放电所产生的电击现象。直接雷击产生大电流、高电位，雷电击中人体、建筑或设备时，强大的雷电流转变成热能，导致人员伤亡、建筑物破坏，以及设备毁坏等主要危害[1]。

感应雷击是雷电感应而出现的过电压现象，从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中，雷电活动区会同时出现静电感应、电磁感应和雷电过电压侵入三种物理现象，均为感应雷击的形式，交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上，对用电设备及电子系统设备造成极大危害[1]。

雷电反击是指遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，就会对与大地连接的其他金属物体发生放电（又叫闪络），这种的现象叫雷电反击，雷电反击同样会对人员、建筑物以及设备造成很大危害[1]。

因此，无论哪种雷击形式都有可能给建筑物、设备、人员产生巨大的危害，为了避免或减少雷击的危害，应对各种雷击形式采取完善的防护措施。

1 防雷的工程设计

建筑物的防雷接地和配电线路电源浪涌保护一般由电气专业设计，这里不做讨论，本文主要介绍医药工程电子信息系统的防雷接地，主要包括室外电子设备的防直接雷击、电子信息系统防感应雷击、防雷电反击的措施以及等电位联结。

1.1 直接雷击的防护措施

设置在建筑物屋面的电子信息设施（如接收天线、摄像机）和厂区室外设施（如摄像机）根据滚球法确认不在建筑物防雷的保护范围内时，应设置防直接雷击的设施。

1.1.1 建筑物屋面电子信息设施的防护

建筑物屋面电子信息设施应设置防直接雷击的接闪器（接闪杆），接闪器应采用专用引下线不少于2 处与建筑物防雷设施（接闪带或接闪网）直接连接，接闪杆不应与建筑物内等电位连接网、接地干线相连接。

接闪杆宜采用热镀锌圆钢或钢管材料，杆长1 m，圆钢直径应不小于12 mm，钢管管径应不小于20 mm。

引下线宜采用热镀锌圆钢、扁钢或钢管（兼作支架），最小截面积不应小于50 mm2，采用热镀锌圆钢时直径不小于8 mm；采用热镀锌扁钢时厚度不应小于2.5 mm；采用热镀锌钢管兼作接闪杆的立柱支架时管径不小于50 mm[3]。

1.1.2 室外地面电子信息设施的防护

厂区室外设施根据滚球法确认不在建筑物保护范围内，应单独设置防直接雷击的接闪杆、引下线及单独的接地装置，其接地电阻不应大于10 Ω。

接闪杆宜采用热镀锌圆钢，杆长0.5 m，圆钢直径应不小于12 mm。

引下线宜采用热镀锌钢管（兼作支架），最小截面积不应小于50 mm2，热镀锌钢管立柱兼作引下线时接闪杆应与热镀锌钢管立柱焊接连通，引下线与接地装置焊接连通。

接地装置宜采用垂直接地体和水平接地体组成，每处接地装置的电阻达不到10 Ω 要求时，应采用降阻剂或接地模块。

1.2 感应雷击的防护措施

1.2.1 电源线路电磁脉冲防护措施

电源线路的防雷电、防浪涌保护主要是为了防止雷电波通过电源电缆对电子信息系统及相关设备造成危害，电源系统一般实施三级防雷、防过电压保护。

（1）第一级防雷：在变配电室或建筑物总配电柜（箱）设置第一级防雷（强电专业在10 kV 高压进线及低压母线上均设置避雷器），采用Ⅰ级分类试验的浪涌保护器（10/350 μs）或开关型浪涌保护器（100 kA）作为第一级保护，对直击雷电流进行泄放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时，将传导的巨大能量进行泄放（电气专业设计）。

（2）第二级防雷：在消防控制室、智能化控制室、信息网络机房、电话机房及智能弱电系统总配电箱的电源进线处设置第二级防雷，采用II 级分类试验的浪涌保护器（8/20 μs）或限压型浪涌保护器（40 kA）作为第二级保护（后级保护），经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射，需要第二级保护器进一步对雷击能量实施泄放。

（3）第三级防雷：在各机房UPS 前端及分配电箱设置第三级防雷，采用II 级或Ⅲ 级分类试验的浪涌保护器（8/20 μs）或限压型浪涌保护器（20 kA）作为第三级保护（精细保护）。

（4）对于部分重要的电子信息设备，在其电源端口采用带防雷保护模块的电源插座或Ⅲ类试验的浪涌保护器作为电子信息设备的精细保护。

1.2.2 信号线路电磁脉冲防护措施

信号线路（电缆）的防雷电、防浪涌保护主要是为了防止雷电波通过信号电缆、控制电缆对电子信息系统及相关设备造成危害，在信号传输电缆的设备前端设置浪涌保护器，用来保护后续设备，防止雷电波从信号电缆涌入损伤设备。因此在以下位置的信号、控制电缆设置信号浪涌保护器。

（1）进出消防控制室的室外信号线缆、控制线缆均应设置信号浪涌保护器，达到对设备的保护（雷击、浪涌）。

（2）进出各建筑单体的室外（含屋面）信号线缆、控制线缆均应设置信号浪涌保护器，达到对设备的保护（雷击、浪涌）。

（3）在进出各建筑单体的光缆不设置浪涌保护器，因为光缆主要是由光导纤维（玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，不导电、也不感应雷电，因此光缆不应设置信号浪涌保护器。对于铠装光缆，只需将金属铠装层两端做接地处理即可。

1.2.3 远离避雷引下线

建筑物遭受直接雷击，引下线在引导强大的雷电流（几十kA～几百kA）流入大地时，会在引下线周围产生强大的电磁感应，可能对电子信息设备（或系统）造成损害，因此电子设备（或系统）应远离防雷引下线。特别是电子信息机房内不应有防雷引下线穿越，在布置机房时应合理设置机房位置，不宜靠外墙，机房内的柱（包括墙、边柱）不应作为防雷引下线的位置，避免防雷引下线穿越机房。

1.3 雷电反击的防护措施

建筑物或其金属体遭受直击雷，在引导强大的雷电流流入大地时，由于接地装置存在接地电阻，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，就会对周围的金属物体放电，对人员、建筑物以及设备造成很大危害。为了避免产生电位差，主要措施就是采用共用接地和等电位联结，使得同一区域所有金属体、接地干线、接地网、电源等的电位同时升高（达到电位相同），消除电位差。共用接地和等电位联结的设计详见下面第2 节。

2 接地的工程设计

2.1 等电位联结

每层弱电竖井及机房内电子信息设备应作等电位联结，电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆金属外层、电子设备防静电接地、安全保护接地、功能性接地、浪涌保护器接地端等均应以最短的距离与等电位连接网络连接，见图1。

图1 等电位联结示意图Fig.1 Diagram of equipotential bonding

（1）接地端子板（箱）的设置

在建筑物最底层的弱电竖井应设置总等电位接地端子板（箱），每层楼弱电竖井设置楼层等电位接地端子板（箱），各控制室、机房以及建筑其他各控制机柜（如会议控制机柜、自控PLC、楼控DDC 等）处设置局部等电位接地端子板（箱）。

（2）接地端子板（箱）的选择[4]

① 机房局部等电位接地端子板（排）的材料宜采用铜带，其截面不应小于50 mm2；

② 楼层等电位接地端子板的材料宜采用铜带，其截面不应小于100 mm2；

③ 总等电位接地端子板的材料宜采用铜带，其截面不应小于150 mm2。

（3）等电位接地端子板之间的连接[4]

各类等电位接地端子板之间的连接导体宜采用多股铜芯导线或铜带，其连接线的最小截面积应符合下列要求，见图2和图3。

① 机房内等电位连接网格采用铜箔或多股铜芯导体，其截面不应小于25 mm2，铜箔宜为100×0.3或者30×3；

② 电子信息设备应采用两根不同长度的铜芯导线与等电位连接网格连接，连接导线的截面积不应小于6 mm2（RV-1×6）；

③ 机房局部端子板（箱）之间的连接导体应采用多股铜芯导线进行连通，其截面积不应小于16 mm2（RV-1×16）；

④ 机房局部端子板（箱）与楼层端子板（箱）之间的连接导体应采用多股铜芯导线或铜带进行连通，其截面积不应小于25 mm2（RV-1×25），见图2；机房局部端子板（箱）也可与接地体直接连接，其截面积不应小于50 mm2（RV-1×50），见图3；

⑤ 办公楼音视频、车间自控PLC 柜（含DDC 箱）局部等电位端子板（箱）与楼层端子板（箱）连接时应采用多股铜芯导线或铜带进行连通，其截面积不应小于25 mm2（RV-1×25）；

⑥ 总等电位接地端子板（箱）与楼层端子板（箱）之间的垂直接地干线应采用多股铜芯导线或铜带进行连通，其截面积不应小于50 mm2（RV-1×50 或40×4）；

⑦ 总等电位接地端子板（箱）与接地装置的连接不应少于两处，其截面积不应小于50 mm2（RV-1×50）。

2.2 共用接地

电子信息接地系统若单独设置，为了减少建筑防雷系统对弱电接地的影响，弱电接地体要求距建筑物防雷接地体的距离应大于20 m，并且要求弱电系统接地的引出连接线必须与防雷接地用的建筑钢筋绝缘。由于单独设置接地体受到距离的限制、同时为了减小或消除电位差，一般弱电接地与电气接地采用共用接地，工程中将所有基础内各柱网上地基梁的两根主钢筋进行连接（焊接）、圈梁内的两根主钢筋进行连接（焊接）以及它们相互间进行连接（焊接）作为共用接地系统的接地装置（一般电气专业已设计）。

图2 接地干线图（1）Fig.2 Diagram of grounding trunk line （1）

图3 接地干线图（2）Fig.3 Diagram of grounding trunk line （2）

电子信息系统与电气共用接地装置，火灾报警系统、智能化系统以及自控系统设置（共用）一套接地干线，各局部等电位联结通过接地干线与总等电位电子板（箱）相连，最后通过专用接地干线不少于2处与接地装置连通，其接地电阻要求小于1 Ω。若测试达不到要求，在室外增设接地极（通过地下约1.0 m处基础接地引出的圆钢与基础接地网焊接连通）或接地模块或使用物理型长效复合接地降阻剂等措施，直到达到接地电阻值的要求为止。

3 结束语

随着科技高速发展，大部分制药企业都应用计算机技术、智能制造技术，不同程度实施了医药信息化（SCADA、MES）系统、智能化系统以及自控（PLC、DCS）系统，设置了各种电子信息系统。为了保证医药工程电子信息系统安全、稳定运行，除了电子信息系统的设计外，其防雷接地设计也是至关重要的。电子信息系统防雷接地设计应全面，对各种雷击形式采取有效的防护措施，各个子系统接地及等电位联结应完善，避免或减少雷击给电子信息系统带来的危害。实际上，本防雷接地的工程设计也适合其他建筑物的电子信息系统防雷接地设计。