醫藥項目電子信息系統防雷接地的工程設計

（國藥集團重慶醫藥設計院有限公司，重慶 400042）

雷電是自然界中強大的脈沖放電過程，雷電侵入地面建筑物或設備造成的災害是多渠道的，一般說來，可以把雷電放電可能產生的危害形式劃分為直擊雷擊、感應雷擊和雷電反擊。

直擊雷擊是在雷暴活動區域內，雷云直接通過人體、建筑或設備等對地放電所產生的電擊現象。直接雷擊產生大電流、高電位，雷電擊中人體、建筑或設備時，強大的雷電流轉變成熱能，導致人員傷亡、建筑物破壞，以及設備毀壞等主要危害[1]。

感應雷擊是雷電感應而出現的過電壓現象，從雷云密布到發生閃電放電的整個過程中，雷電活動區會同時出現靜電感應、電磁感應和雷電過電壓侵入三種物理現象，均為感應雷擊的形式，交變電磁場的能量將感應于線路并最終作用到設備上，對用電設備及電子系統設備造成極大危害[1]。

雷電反擊是指遭受直擊雷的金屬體（包括接閃器、接地引下線和接地體），在引導強大的雷電流流入大地時，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導體上會產生非常高的電壓，對周圍的金屬物體、設備、線路、人體之間產生巨大的電位差，就會對與大地連接的其他金屬物體發生放電（又叫閃絡），這種的現象叫雷電反擊，雷電反擊同樣會對人員、建筑物以及設備造成很大危害[1]。

因此，無論哪種雷擊形式都有可能給建筑物、設備、人員產生巨大的危害，為了避免或減少雷擊的危害，應對各種雷擊形式采取完善的防護措施。

1 防雷的工程設計

建筑物的防雷接地和配電線路電源浪涌保護一般由電氣專業設計，這里不做討論，本文主要介紹醫藥工程電子信息系統的防雷接地，主要包括室外電子設備的防直接雷擊、電子信息系統防感應雷擊、防雷電反擊的措施以及等電位聯結。

1.1 直接雷擊的防護措施

設置在建筑物屋面的電子信息設施（如接收天線、攝像機）和廠區室外設施（如攝像機）根據滾球法確認不在建筑物防雷的保護范圍內時，應設置防直接雷擊的設施。

1.1.1 建筑物屋面電子信息設施的防護

建筑物屋面電子信息設施應設置防直接雷擊的接閃器（接閃桿），接閃器應采用專用引下線不少于2 處與建筑物防雷設施（接閃帶或接閃網）直接連接，接閃桿不應與建筑物內等電位連接網、接地干線相連接。

接閃桿宜采用熱鍍鋅圓鋼或鋼管材料，桿長1 m，圓鋼直徑應不小于12 mm，鋼管管徑應不小于20 mm。

引下線宜采用熱鍍鋅圓鋼、扁鋼或鋼管（兼作支架），最小截面積不應小于50 mm2，采用熱鍍鋅圓鋼時直徑不小于8 mm；采用熱鍍鋅扁鋼時厚度不應小于2.5 mm；采用熱鍍鋅鋼管兼作接閃桿的立柱支架時管徑不小于50 mm[3]。

1.1.2 室外地面電子信息設施的防護

廠區室外設施根據滾球法確認不在建筑物保護范圍內，應單獨設置防直接雷擊的接閃桿、引下線及單獨的接地裝置，其接地電阻不應大于10 Ω。

接閃桿宜采用熱鍍鋅圓鋼，桿長0.5 m，圓鋼直徑應不小于12 mm。

引下線宜采用熱鍍鋅鋼管（兼作支架），最小截面積不應小于50 mm2，熱鍍鋅鋼管立柱兼作引下線時接閃桿應與熱鍍鋅鋼管立柱焊接連通，引下線與接地裝置焊接連通。

接地裝置宜采用垂直接地體和水平接地體組成，每處接地裝置的電阻達不到10 Ω 要求時，應采用降阻劑或接地模塊。

1.2 感應雷擊的防護措施

1.2.1 電源線路電磁脈沖防護措施

電源線路的防雷電、防浪涌保護主要是為了防止雷電波通過電源電纜對電子信息系統及相關設備造成危害，電源系統一般實施三級防雷、防過電壓保護。

（1）第一級防雷：在變配電室或建筑物總配電柜（箱）設置第一級防雷（強電專業在10 kV 高壓進線及低壓母線上均設置避雷器），采用Ⅰ級分類試驗的浪涌保護器（10/350 μs）或開關型浪涌保護器（100 kA）作為第一級保護，對直擊雷電流進行泄放，或者當電源傳輸線路遭受直接雷擊時，將傳導的巨大能量進行泄放（電氣專業設計）。

（2）第二級防雷：在消防控制室、智能化控制室、信息網絡機房、電話機房及智能弱電系統總配電箱的電源進線處設置第二級防雷，采用II 級分類試驗的浪涌保護器（8/20 μs）或限壓型浪涌保護器（40 kA）作為第二級保護（后級保護），經過第一級防雷器的傳輸線路也會感應雷擊電磁脈沖輻射，需要第二級保護器進一步對雷擊能量實施泄放。

（3）第三級防雷：在各機房UPS 前端及分配電箱設置第三級防雷，采用II 級或Ⅲ 級分類試驗的浪涌保護器（8/20 μs）或限壓型浪涌保護器（20 kA）作為第三級保護（精細保護）。

（4）對于部分重要的電子信息設備，在其電源端口采用帶防雷保護模塊的電源插座或Ⅲ類試驗的浪涌保護器作為電子信息設備的精細保護。

1.2.2 信號線路電磁脈沖防護措施

信號線路（電纜）的防雷電、防浪涌保護主要是為了防止雷電波通過信號電纜、控制電纜對電子信息系統及相關設備造成危害，在信號傳輸電纜的設備前端設置浪涌保護器，用來保護后續設備，防止雷電波從信號電纜涌入損傷設備。因此在以下位置的信號、控制電纜設置信號浪涌保護器。

（1）進出消防控制室的室外信號線纜、控制線纜均應設置信號浪涌保護器，達到對設備的保護（雷擊、浪涌）。

（2）進出各建筑單體的室外（含屋面）信號線纜、控制線纜均應設置信號浪涌保護器，達到對設備的保護（雷擊、浪涌）。

（3）在進出各建筑單體的光纜不設置浪涌保護器，因為光纜主要是由光導纖維（玻璃絲）和塑料保護套管及塑料外皮構成，不導電、也不感應雷電，因此光纜不應設置信號浪涌保護器。對于鎧裝光纜，只需將金屬鎧裝層兩端做接地處理即可。

1.2.3 遠離避雷引下線

建筑物遭受直接雷擊，引下線在引導強大的雷電流（幾十kA～幾百kA）流入大地時，會在引下線周圍產生強大的電磁感應，可能對電子信息設備（或系統）造成損害，因此電子設備（或系統）應遠離防雷引下線。特別是電子信息機房內不應有防雷引下線穿越，在布置機房時應合理設置機房位置，不宜靠外墻，機房內的柱（包括墻、邊柱）不應作為防雷引下線的位置，避免防雷引下線穿越機房。

1.3 雷電反擊的防護措施

建筑物或其金屬體遭受直擊雷，在引導強大的雷電流流入大地時，由于接地裝置存在接地電阻，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導體上會產生非常高的電壓，對周圍的金屬物體、設備、線路、人體之間產生巨大的電位差，就會對周圍的金屬物體放電，對人員、建筑物以及設備造成很大危害。為了避免產生電位差，主要措施就是采用共用接地和等電位聯結，使得同一區域所有金屬體、接地干線、接地網、電源等的電位同時升高（達到電位相同），消除電位差。共用接地和等電位聯結的設計詳見下面第2 節。

2 接地的工程設計

2.1 等電位聯結

每層弱電豎井及機房內電子信息設備應作等電位聯結，電氣和電子設備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設備防靜電接地、安全保護接地、功能性接地、浪涌保護器接地端等均應以最短的距離與等電位連接網絡連接，見圖1。

圖1 等電位聯結示意圖Fig.1 Diagram of equipotential bonding

（1）接地端子板（箱）的設置

在建筑物最底層的弱電豎井應設置總等電位接地端子板（箱），每層樓弱電豎井設置樓層等電位接地端子板（箱），各控制室、機房以及建筑其他各控制機柜（如會議控制機柜、自控PLC、樓控DDC 等）處設置局部等電位接地端子板（箱）。

（2）接地端子板（箱）的選擇[4]

① 機房局部等電位接地端子板（排）的材料宜采用銅帶，其截面不應小于50 mm2；

② 樓層等電位接地端子板的材料宜采用銅帶，其截面不應小于100 mm2；

③ 總等電位接地端子板的材料宜采用銅帶，其截面不應小于150 mm2。

（3）等電位接地端子板之間的連接[4]

各類等電位接地端子板之間的連接導體宜采用多股銅芯導線或銅帶，其連接線的最小截面積應符合下列要求，見圖2和圖3。

① 機房內等電位連接網格采用銅箔或多股銅芯導體，其截面不應小于25 mm2，銅箔宜為100×0.3或者30×3；

② 電子信息設備應采用兩根不同長度的銅芯導線與等電位連接網格連接，連接導線的截面積不應小于6 mm2（RV-1×6）；

③ 機房局部端子板（箱）之間的連接導體應采用多股銅芯導線進行連通，其截面積不應小于16 mm2（RV-1×16）；

④ 機房局部端子板（箱）與樓層端子板（箱）之間的連接導體應采用多股銅芯導線或銅帶進行連通，其截面積不應小于25 mm2（RV-1×25），見圖2；機房局部端子板（箱）也可與接地體直接連接，其截面積不應小于50 mm2（RV-1×50），見圖3；

⑤ 辦公樓音視頻、車間自控PLC 柜（含DDC 箱）局部等電位端子板（箱）與樓層端子板（箱）連接時應采用多股銅芯導線或銅帶進行連通，其截面積不應小于25 mm2（RV-1×25）；

⑥ 總等電位接地端子板（箱）與樓層端子板（箱）之間的垂直接地干線應采用多股銅芯導線或銅帶進行連通，其截面積不應小于50 mm2（RV-1×50 或40×4）；

⑦ 總等電位接地端子板（箱）與接地裝置的連接不應少于兩處，其截面積不應小于50 mm2（RV-1×50）。

2.2 共用接地

電子信息接地系統若單獨設置，為了減少建筑防雷系統對弱電接地的影響，弱電接地體要求距建筑物防雷接地體的距離應大于20 m，并且要求弱電系統接地的引出連接線必須與防雷接地用的建筑鋼筋絕緣。由于單獨設置接地體受到距離的限制、同時為了減小或消除電位差，一般弱電接地與電氣接地采用共用接地，工程中將所有基礎內各柱網上地基梁的兩根主鋼筋進行連接（焊接）、圈梁內的兩根主鋼筋進行連接（焊接）以及它們相互間進行連接（焊接）作為共用接地系統的接地裝置（一般電氣專業已設計）。

圖2 接地干線圖（1）Fig.2 Diagram of grounding trunk line （1）

圖3 接地干線圖（2）Fig.3 Diagram of grounding trunk line （2）

電子信息系統與電氣共用接地裝置，火災報警系統、智能化系統以及自控系統設置（共用）一套接地干線，各局部等電位聯結通過接地干線與總等電位電子板（箱）相連，最后通過專用接地干線不少于2處與接地裝置連通，其接地電阻要求小于1 Ω。若測試達不到要求，在室外增設接地極（通過地下約1.0 m處基礎接地引出的圓鋼與基礎接地網焊接連通）或接地模塊或使用物理型長效復合接地降阻劑等措施，直到達到接地電阻值的要求為止。

3 結束語

隨著科技高速發展，大部分制藥企業都應用計算機技術、智能制造技術，不同程度實施了醫藥信息化（SCADA、MES）系統、智能化系統以及自控（PLC、DCS）系統，設置了各種電子信息系統。為了保證醫藥工程電子信息系統安全、穩定運行，除了電子信息系統的設計外，其防雷接地設計也是至關重要的。電子信息系統防雷接地設計應全面，對各種雷擊形式采取有效的防護措施，各個子系統接地及等電位聯結應完善，避免或減少雷擊給電子信息系統帶來的危害。實際上，本防雷接地的工程設計也適合其他建筑物的電子信息系統防雷接地設計。