機房防雷接地及安全供電

1、機房防雷接地及安全供電來源：中國綠色數(shù)據(jù)中心 作者：機房360 編輯：admin摘要：雷電和浪涌電壓是電子化時代的一大公害。 窗體頂端窗體底端一、概述隨著通信技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，如今已是電子化時代，日益繁忙龐雜的事物通過計算機、自動化設(shè)備及通信的發(fā)展變得井然有序，而這些敏感電子設(shè)備的工作電壓卻在不斷降低，這些高精度的微電子計算設(shè)備內(nèi)置大量的CMOS半導(dǎo)體集成模塊，導(dǎo)致過壓、過流保護能力極其脆弱。（美國通用研究公司提供磁場脈沖超過0.07高斯，就可引起計算失效；磁場脈沖超過2.4高斯就可以引起集成電路永久性損壞。）且電子設(shè)備的數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，因而它們受到過電壓特別是雷電襲擊

2、而受到損壞的可能性就大大增加，這是由于以雷擊中心1.5km-2.0km范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生危險過電壓，損壞線路上的設(shè)備；其后果可能使整個系統(tǒng)的運行中斷，并造成難以估計的經(jīng)濟損失，雷電和浪涌電壓成了電子化時代的一大公害。防雷器（SPD）是在最短時間（納秒級）內(nèi)將被保護線路連入等電位系統(tǒng)中，使設(shè)備各端口電位相等，同時釋放系統(tǒng)中因雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量，并短路泄放到大地，降低設(shè)備各接口端的電位差，從而保護線路上用戶的設(shè)備。對系統(tǒng)設(shè)備而言，電源線路和信號線路是雷電襲擊產(chǎn)生過電壓并傳導(dǎo)的兩條主要通道，因此防雷可分建筑物防）、電源系統(tǒng)防雷和信號系統(tǒng)防雷。雷電入侵渠道分析雷電過電壓對機房系統(tǒng)電子設(shè)備的損害主要

3、有以下三個途徑進入：一、直擊雷經(jīng)過接閃器（如避雷針（帶）而直放入地，導(dǎo)致地網(wǎng)地電位上升，高電壓由設(shè)備接地線引入電子設(shè)備造成地電位反擊。二、雷電流沿引下線入地時，在引下線周圍產(chǎn)生磁場，引下線周圍的各種金屬管（線）上經(jīng)感應(yīng)而產(chǎn)生過電壓。三、進出大樓的電源線和通信線等在大樓外受直擊雷或感應(yīng)雷而加載的雷電壓及過電流沿線竄入，入侵電子設(shè)備。雷電對電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個方面造成：1、直擊雷直擊雷蘊含極大的能量，電壓峰值可達5000KV，具有極大的破壞力。如建筑物直接被雷電擊中，巨大的雷電流沿引下線入地，會造成以下三種影響：a：巨大的雷電流在數(shù)微秒時間內(nèi)流下地，使地電位迅速抬高，造成反擊事故，危害人

4、身和設(shè)備安全。b：雷電流產(chǎn)生強大的電磁波，在電源線和信號線上感應(yīng)極高的脈沖電壓。c：雷電流流經(jīng)電氣設(shè)備產(chǎn)生極高的熱量，造成火災(zāi)或爆炸事故。2、傳導(dǎo)雷遠處的雷電擊中線路或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路和通信線路傳至建筑物內(nèi)，損壞電氣設(shè)備。3、感應(yīng)雷云層之間的頻繁放電產(chǎn)生強大的電磁波，在電源線和信號線上感應(yīng)極高的脈沖電壓，峰值可達50KV。4、開關(guān)過電壓供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都能在電源線路上產(chǎn)生高壓脈沖，其脈沖電壓可達到線電壓的3.5倍，從而損壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。由此產(chǎn)生的雷電過電壓對電子設(shè)備的破壞主要有以下幾個方面：(1)損壞元器件

5、a：過高的過電壓擊穿半導(dǎo)體結(jié)，造成永久性損壞；b：較低而更為頻繁的過電壓雖在元器件的耐壓范圍之內(nèi)，亦使器件的工作壽命大大縮短；c：電能轉(zhuǎn)化為熱能，毀壞觸點、導(dǎo)線及印刷電路板，甚至造成火災(zāi)；(2)設(shè)備誤動作及破壞數(shù)據(jù)文件因此，應(yīng)根據(jù)實際情況具體分析，采取相應(yīng)的防雷保護措施，確保通信系統(tǒng)的安全工作。我們對以上三種途徑對整個入侵的雷電壓及過電流進行防護。因此，應(yīng)根據(jù)實際情況具體分析，采取相應(yīng)的防雷保護措施，確保計算機機房系統(tǒng)的安全工作。根據(jù)雷電電磁脈沖防護理論和實踐經(jīng)驗證明，電子信息設(shè)備損壞的主要原因是雷電感應(yīng)浪涌電壓造成的。它可以通過各種引線把感應(yīng)浪涌電壓波引入電子信息設(shè)備內(nèi)部，破壞其芯片和接口。

6、從以上雷電入侵渠道的分析中可以得出：在整個計算機機房系統(tǒng)防雷工程中，必須在電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信號系統(tǒng)進行可靠、有效的防護工作，并具有可靠的接地裝置。本方案所采取的措施正是基于以上分析，從各種可能引入雷電流和感應(yīng)浪涌及各種過電壓的電源和數(shù)據(jù)信號線路入手，選用優(yōu)質(zhì)的電源及數(shù)據(jù)信號防雷器件，對機房內(nèi)設(shè)備及其它重要終端進行保護。雷電保護分區(qū)根據(jù)IEC（國際電工委員會）雷電保護區(qū)的劃分要求，建筑物大樓外部是直接雷的區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)的設(shè)備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區(qū)，為0區(qū);建筑物內(nèi)部及計算機房所處的位置為非暴露區(qū),可將其分為1區(qū)、2區(qū)，越往內(nèi)部，危險程度越低，雷電過電壓對內(nèi)部電子設(shè)備的損害主要是沿

7、線路引入(如圖1)。保護區(qū)的界面通過外部的防雷系統(tǒng)、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構(gòu)成的屏蔽層而形成。電氣通道以及金屬管則通過這些界面，穿過各級雷電保護區(qū)的金屬構(gòu)件必須在每一穿過點做等電位連接。進入建筑物大樓的電源線和通訊線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)IEC1312雷電電磁脈沖防護標準，安裝上OBO之不同類別的電源類SPD，以及通訊網(wǎng)絡(luò)類SPD(如圖2)。(SPD瞬態(tài)過電壓保護器)，SPD是用以防護電子設(shè)備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓的有效手段。選用和使用SPD注意事項：應(yīng)在不同使用范圍內(nèi)選用不同性能的SPD。在選用電源SPD時要考慮

8、供電系統(tǒng)的形式、額定電壓等因素。LPZ0與LPZ1區(qū)交界處的SPD必須是經(jīng)過10/350us波形沖擊試驗達標的產(chǎn)品。對于信號SPD在選型時應(yīng)考慮SPD與電子設(shè)備的相容性。SPD保護必須是多級的，例如對大樓電子設(shè)備電源部分雷電保護而言，至少應(yīng)采取泄流型SPD與限壓型SPD前后兩級進行保護。為各級SPD之間做到有效配合，當兩級SPD之間電源線或通訊線距離未達規(guī)定要求時，應(yīng)在兩級SPD之間采用適當退耦措施。信號SPD應(yīng)滿足信號傳輸速率、工作電平、網(wǎng)絡(luò)類型的需要，同時接口應(yīng)與被保護設(shè)備兼容。信號SPD由于串接在線路中，在選用時應(yīng)選用插入損耗較小的SPD。在選用SPD時，應(yīng)讓供應(yīng)商提供相關(guān)SPD技術(shù)參數(shù)

9、資料。正確的安裝才能達到預(yù)期的效果。SPD的安裝應(yīng)嚴格依據(jù)廠方提供的安裝要求進行安裝。等電位連接的要求實行等電位連接的主體應(yīng)為：設(shè)備所在建筑物的主要金屬構(gòu)件和進入建筑物的金屬管道；供電線路含外露可導(dǎo)電部分；防雷裝置；由電子設(shè)備構(gòu)成的信息系統(tǒng)。實行等電位連接的連接體為金屬連接導(dǎo)體和無法直接連接時而做瞬態(tài)等電位連接的電涌保護器(SPD)。通過星型(S型結(jié)構(gòu)或網(wǎng)形M型)結(jié)構(gòu)把設(shè)備直接地以最短的距離連到鄰近的等電位連接帶上。小型機房選S型，在大型機房選M型結(jié)構(gòu)。機房內(nèi)的電力電纜(線)、通信電纜(線)宜盡量采用屏蔽電纜。架空電力線由終端桿引下后應(yīng)更換為屏蔽電纜，進入大樓前應(yīng)水平直埋50m以上，埋地深度應(yīng)

10、大于0.6m，屏蔽層兩端接地，非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鐵管并水平直埋50m以上，鐵管兩端接地。二、設(shè)計依據(jù)依據(jù)國際電工委員會IEC標準、德國VDE標準和中國GB標準與部委頒發(fā)的設(shè)計規(guī)范的要求，計算機機房系統(tǒng)設(shè)備等都必須有完整完善之防護措施，保證該系統(tǒng)能正常運作。這包括機房電源供電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等裝置應(yīng)有防護裝置保護。21 GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范22 GB50174-93計算機房防雷設(shè)計規(guī)范23 GB2887-89計算站場地技術(shù)文件24 GB9361-88計算站場地安全要求25 JGJ/T16-92民用建筑電氣執(zhí)行規(guī)范26 GA173-1998計算機信息系統(tǒng)防雷保安器27 IEC131

11、2雷電電磁脈沖的防護28 IEC61643SPD電源防雷器29 IEC61644SPD通訊網(wǎng)絡(luò)防雷器210 VDE0675過電壓保護器211 GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范三設(shè)計方案根據(jù)“分析概述”及“設(shè)計依據(jù)”對防雷系統(tǒng)的要求，結(jié)合計算機機房系統(tǒng)具體實際情況設(shè)計本方案，由于雷電侵害，通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)等時常遭受打擊，輕者接口損壞，通信中斷或數(shù)據(jù)誤、錯碼，重者使系統(tǒng)癱瘓，嚴重影響工作的順利進行。因此，雷電已成為電子信息時代的一大公害，雷電防護已成為電子設(shè)備急需解決的問題。雷擊附近的建筑物、避雷針（塔）或雷擊遠處的電源通信線路，都會在設(shè)備或接口處產(chǎn)生極高的感應(yīng)電壓，對設(shè)

12、備造成威脅，據(jù)統(tǒng)計，感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷對電子設(shè)備的損壞已占雷擊損壞的80%以上?，F(xiàn)代防雷強調(diào)在作好直擊雷防護的前提下，更應(yīng)采取均壓等電位連接，屏蔽，聯(lián)合接地，箝位保護等新技術(shù)，分區(qū)分級做好精密儀器、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等敏感電子設(shè)備的雷電電磁脈沖的防護。（一）直擊雷防護：直擊雷防護系統(tǒng)包括接閃器（避雷針、避雷帶）、引下線、地網(wǎng)三個部分。直擊雷防護系統(tǒng)起到了保護建筑物結(jié)構(gòu)、提供雷擊放電的通道的作用。當建筑物遭到直接雷擊時，接閃器接閃雷電，雷電流沿引下線到地網(wǎng)，流到大地。在設(shè)計時要求接閃器最先可靠接閃，接地網(wǎng)的接地電阻較低。（二）電源防雷：目前，經(jīng)實際運行經(jīng)驗驗證，由電源系統(tǒng)耦合進入的感應(yīng)雷擊造成設(shè)備的損壞

13、占雷擊災(zāi)害損失60以上的概率。因此，對電源系統(tǒng)的避雷保護措施是整個防雷工程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。要防止由外輸電線路的感應(yīng)雷電波和雷電電磁脈沖的侵入，使其在進入大樓電源系統(tǒng)之前將其泄放入地。由于單級防雷可能會帶來因雷電流過大而導(dǎo)致的泄流后殘壓過大或者保護能力不足引起的設(shè)備損壞。因此采用電源系統(tǒng)多級保護。1、機房電源系統(tǒng)的防雷根據(jù)機房大小及設(shè)備保護的重要程度，采用一級、二級或三級防雷，設(shè)備末端需要有防浪涌插座。在大樓低壓配電屏已設(shè)置一級電源防雷裝置的基礎(chǔ)上，至少在機房配電柜上口再加設(shè)二級電源防雷裝置。防雷器裝置在接地、連接等方面均須滿足國家標準。在設(shè)備終端處采用帶突波吸收功能的電源插座為設(shè)備提供電

14、源，對設(shè)備進行防浪涌保護。電源第一級防雷保護：在總配電柜內(nèi)，三相B級電源防雷器，進行電源第一級防雷保護，主要作用是泄放掉電源線路上大部分的雷電流。并聯(lián)安裝于主斷路器的出線側(cè)，并在防雷器回路中串接32A/3P空開，做為防雷器自身脫扣裝置失效下的保護。電源第二級防雷保護：在機房內(nèi)UPS電源前端，安裝單相C級電源防雷器，做為電源系統(tǒng)的第二級防雷保護，主要作用是限制電源線路上的過電壓。并聯(lián)安裝于主斷路器的出線側(cè)，并在防雷器回路中串接20A/1P空開，做為防雷器自身脫扣裝置失效下的保護。電源第三級防雷保護：在監(jiān)控機房內(nèi)重要設(shè)備電源處，安裝單相D級電源防雷插座，做為電源系統(tǒng)的第三級防雷保護。其作用是當發(fā)生

15、能量大的雷擊時，感應(yīng)雷電流在經(jīng)過B級、C級防雷器的泄放后，其殘壓仍然可能高于設(shè)備的最高耐壓值，重要設(shè)備的端口及內(nèi)部的高精度集成電路比較脆弱，仍有可能被燒壞。因此，D類防雷器的安裝就顯得特別必要了。TPSD10JF7防雷插座能將過電壓的水平限制在設(shè)備所能承受的水平內(nèi)。這樣，經(jīng)過D類防雷器的泄放，設(shè)備的安全運行就更為可靠了。配電柜采用的空氣開關(guān)應(yīng)選擇進口或合資產(chǎn)品。配電柜內(nèi)的二級電源避雷器，選用進口可靠性高的產(chǎn)品，容量60kA(8/20s)的型號。2.機房信號系統(tǒng)的防雷根據(jù)配置要求，機房內(nèi)在安裝電源防雷器的同時必須加裝信號避雷器，以便保護與通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)相連的重要設(shè)備。(1)所有建

16、筑物進出線路(含天饋線路)均應(yīng)加信號防雷器。(2)網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng):機房總迸線部分加裝信號防雷器，在部分特別重要的服務(wù)器或設(shè)備前加裝避雷器，對此類特別重要設(shè)備進行保護。(3)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng):所有模塊加裝信號防雷器。圖3-17是電視監(jiān)控系統(tǒng)浪涌電壓保護原理圖。(4)門禁系統(tǒng):在門禁管理主機前加裝信號防雷器。所有信號避雷器應(yīng)具備以下功能:(1)保護l000/l00/l0BASE-T以太網(wǎng)接口卡和LAN設(shè)備接人線。(2)保護數(shù)據(jù)終端及個人電腦串口。(3)在持續(xù)性故障時具有失效保護短路功能。(4)在長時司持續(xù)性過壓、異常強烈的雷電沖擊情況下，要安全斷開。4、等電位連接：分別在32號院和33號院的監(jiān)控機房的防

17、靜電活動地板下，采用303紫銅排做等電位連接網(wǎng)格。機房內(nèi)各設(shè)備機殼、金屬管道、金屬門窗、地板支架等都采用6mm2接地線以最短的距離和與等電位網(wǎng)格連接。使監(jiān)控機房內(nèi)所有設(shè)備處于等電位狀態(tài)。四、機房接地系統(tǒng)隨著計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在各類計算機機房、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)申心擁有數(shù)臺、數(shù)十臺乃至數(shù)百臺計算機或服務(wù)器的情況越來越普遍。如何更高效、更安全地管理這些服務(wù)器或計算機，成為機房管理人員及操作維護人員必須面對的課題，如機房的環(huán)境條件、電氣技術(shù)、機房裝飾及防雷接地等存在的機房安全問題。這里首先介紹機房的電氣接地、防雷系統(tǒng)安全。機房電氣接地系統(tǒng)有四種:(1)交流工作接地，接地電阻不應(yīng)大于4。(2

18、)安全工作接地，接地電阻不應(yīng)大于4。(3)直流工作接地，接地電阻應(yīng)按計算機系統(tǒng)具體要求確定。(4)防雷接地，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準GB50057一1994(2000版)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范執(zhí)行。目前，可行而又經(jīng)濟的接地方法是將交流接地和安全工作接地合二為一，與直流接地、防雷接地分別用三根接地引線引至大樓的地面總等電位連接箱，再將它們引至避雷地樁形成綜合接地網(wǎng)，這樣他們就有同樣的電位，在發(fā)生雷擊時，不會發(fā)生雷電反擊而損壞設(shè)備。只要接地電阻小于1，就可保證接地線間不產(chǎn)生電位差、不相互干擾，也是工程上最常見的做法。為了保證接地電阻小于l，將采用優(yōu)質(zhì)的接地體和副下線，根據(jù)實際情況綜合運用深埋、添加降阻劑、增大

19、接地線橫截面面積、增加接地體數(shù)量等方法來降低接地電阻，以達到國家標準的要求。若防雷接地一定要單獨設(shè)置接地裝置時，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值，并應(yīng)按現(xiàn)行國家標準建筑物防雷設(shè)計規(guī)范的要求采取防止反擊措施。但是，交流與安全工作接地、防雷接地、直流接地分開的方式存在一個問題，即在發(fā)生雷電反擊時，容易損壞設(shè)備。必須使防雷接地與其他兩種接地間有一定的距離，方可避免雷電反擊的破壞。由于直流接地與其他接地是分開的，來自其他接地線的干擾也可消除。但重新打接地地樁，費用比較高，而且一般建筑物受周圍環(huán)境的限制，另外找地樁有一定的困難。在TN一S系統(tǒng)中，交流工作地和安全保護地分別取自

20、電源供電線上的N線和PE線。聯(lián)合接地的電阻一般都要求滿足Rl的規(guī)定。據(jù)有關(guān)調(diào)查材料報道:北京、上海、重慶、深圳和海南等地的一些高層建筑項目的聯(lián)合接地電阻大都為0.20.5,某些高層建筑個別測試點接地電阻值最大不過0.8。聯(lián)合接地電阻不應(yīng)大于l的要求，是設(shè)計規(guī)范要求的一個最低限值，在具體工程中應(yīng)越小越好。如達不到要求，應(yīng)增加接地體數(shù)量或采取人工降阻措施來滿足實測要求。由變電所引至機房的主饋線電纜有兩種接法:(1)當變電所與機房處于同一建筑內(nèi)時，由變電所低壓柜引出的饋線，迸機房UPS電源管理間的電纜采用三相五線(3L+N+PE)絕緣防火電纜。(2)當變電所與機房處于不同的建筑內(nèi)時，由變電所低壓柜引

21、出的饋線，進機房ups電源管理間的電纜可采用三相四線(3L+N)絕緣防火電纜，在人戶處做重復(fù)接地，并在此后變?yōu)槿辔逍?，引出的PE線聯(lián)至各級設(shè)備。對直流工作接地有特殊要求且需單獨設(shè)置接地裝置的電子計算機系統(tǒng)，其接地電阻值及與其他接地裝置的接地體之間的距離應(yīng)按計算機系統(tǒng)及有關(guān)規(guī)定的要求確定。當多個電子計算機系統(tǒng)共用一組接地裝置時，應(yīng)將各電子計算機系統(tǒng)分別采用接地線與接地體連接。電源電纜PE線在電源管理間的互投切換箱內(nèi)，需作輔助等電位接地端子排。一定要做直流工作接地的程控交換機房和計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機房，在總體規(guī)劃時應(yīng)鄰設(shè)于計算機機房。電源交流工作接地和安全保護接地取自計算機機房電源管理間，單獨從變電

22、所總等電位接地母排上，用截面積不小于16mm2的絕緣防火電纜引至有直流接地的機房，在設(shè)有專用金屬接線箱內(nèi)做直流接地端子排，供直流接地設(shè)備端接使用。變電所總等電位接地母排應(yīng)設(shè)避雷器、放電間隙或浪涌電壓抑止器等保護裝置，以防雷擊時接地裝置電位升高、通過接地線反擊電氣設(shè)備、引起直流地電位較大波動而導(dǎo)致電子設(shè)備工作失常。凡外露的正常狀態(tài)下不帶電的電子計算機系統(tǒng)設(shè)備金屬殼體，必須與保護接地裝置可靠連接。接地裝置焊接應(yīng)當牢固，需涂復(fù)部分涂層要完整。交流電源線路不要與直流工作地線緊貼平行敷設(shè)。此外，機房內(nèi)防靜電活動地板距地面高度應(yīng)按機房敷設(shè)電纜量的多少和下送風(fēng)量的大小而定，至少要大于0.3m。沿機房四邊墻線用20mm4mm扁鋼(要求高的機房采用30mm3mm銅帶)敷設(shè)，并將活動地板金屬支撐管腳做多點重復(fù)接地焊接，在近電源管理間一側(cè)用6mm2以上的銅芯絕緣線穿鋼管或PVC管，接入電源管理間內(nèi)的輔助等電位接地母排，連同沿墻敷設(shè)的扁鋼帶共同構(gòu)成安全可靠的等電位平面。這樣，機房地板下面形成了屏蔽，保護各種信號線路免受電磁干擾。工程的設(shè)計階段，在有時不知道信息系統(tǒng)的規(guī)模和具體位置的情況下，若預(yù)計將會有信息系統(tǒng)，應(yīng)在設(shè)計時就將建筑物的金屬支撐物、