數(shù)據(jù)中心機房綜合防雷解決方案

1、數(shù)據(jù)中心機房綜合防雷解決方案導(dǎo)讀該文對鐵路計算機機房分等級防雷標(biāo)準(zhǔn)，防雷措施，施工注意事項進行闡述，并對不同類型的機房防雷系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)作了具體論述。隨著鐵路計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)不斷深入、系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，計算機機房“雷害”事故的問題也越來越突出。在計算機網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備逐漸取代以前落后的通信設(shè)備的過程中，其本身的防雷問題也逐漸顯露出來，廣梅汕鐵路有限責(zé)任公司管內(nèi)地區(qū)的計算機機房在雷雨季節(jié)以往經(jīng)常發(fā)生“雷害”設(shè)備故障，致使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)運行中斷，嚴(yán)重干擾了行車安全，直接影響了公司的鐵路運輸生產(chǎn)效益。造成計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備“雷害”故障頻發(fā)的原因是，系統(tǒng)采用的大量聯(lián)網(wǎng)微電子設(shè)備，有的沒有按照國家、國際防雷標(biāo)準(zhǔn)

2、進行計算機和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備實施綜合的防雷保護。廣梅汕鐵路有限責(zé)任公司下屬各計算機網(wǎng)絡(luò)機房都處在廣東的傳統(tǒng)強雷擊區(qū)，據(jù)建設(shè)部建筑氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中全國主要城鎮(zhèn)雷暴日數(shù)文章中提供的數(shù)據(jù)表明，廣州地區(qū)的年平均雷暴數(shù)為87.6日,屬高雷暴地區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場地形分析：廣梅汕鐵路有限責(zé)任公司下屬各計算機網(wǎng)絡(luò)機房都分布在野外鐵路沿線上，且建筑物的四周較為空曠，在計算機機房前面是延伸的鋼軌，所處理環(huán)境非常惡劣。根據(jù)最近鐵道部對鐵路沿線通信設(shè)備的防雷要求，廣梅汕鐵路有限責(zé)任公司下屬的計算機機房都要進行綜合的保護。本著可靠安全及節(jié)省節(jié)約的原則，廣梅汕鐵路有限責(zé)任公司下屬的計算機機房可按機房的重要程度、規(guī)模大小分為三類(即大

3、型機房、中型機房和小型機房)。針對這三類機房做出最有效、最經(jīng)濟、最適當(dāng)?shù)姆览捉鉀Q方案對其進行完善綜合防雷保護。1 綜合防雷的理論依據(jù)1.1 防雷區(qū)域的劃分按照IEC61312-1介紹，應(yīng)將需要保護的空間劃分為不同的防雷區(qū)(LPZ)，以確定各部分空間不同的LEMP(雷閃電磁脈沖)的嚴(yán)重程度和相應(yīng)的防護對策。防直擊雷區(qū)LPZOA本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊，因此各物體都可能導(dǎo)走大部雷電流。本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減。 防間接雷區(qū)：LPZOB本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流，比LPZOA 區(qū)減少，但本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減。 防LEMP沖擊區(qū)LPZ本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)

4、各導(dǎo)體的電流，比LPZOB區(qū)進一步減小，本區(qū)內(nèi)的電磁場已經(jīng)衰減，衰減程度取決于屏蔽措施。如果需要進一步減小導(dǎo)入的電流和電磁場，就應(yīng)再分出后續(xù)防雷區(qū)，如防雷區(qū)LPZ2等，應(yīng)按照保護對象的重要性及其承受浪涌的能力，作為選擇后續(xù)防雷區(qū)的條件，通常，防雷區(qū)劃分級數(shù)越多，電磁環(huán)境的參數(shù)就越低。1.2 雷電過電壓對建筑物內(nèi)部電子設(shè)備的損害主要的三個途徑1)直擊雷經(jīng)過避雷針(帶)而直放入地，導(dǎo)致地網(wǎng)地電位上升。地電位的高電壓通過設(shè)備的接地線引入電子設(shè)備造成地電位反擊。2)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。3)進出建筑物或設(shè)備機房的電源線和通信線等在

5、外部受直擊雷或感應(yīng)雷而加載的雷電壓及過電流沿線路入侵電子設(shè)備，造成設(shè)備因過電壓損壞。因此，我們需要針對雷擊浪涌入侵的三種途徑采用相應(yīng)的措施和相應(yīng)的防雷設(shè)備進行防護。根據(jù)雷電保護區(qū)的劃分規(guī)則，建筑物大樓外部是直接受到雷擊的區(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，為暴露區(qū)，也就是防雷分區(qū)中的LPZ0A區(qū);建筑物內(nèi)部及機房所處的位置為非暴露區(qū)，按其受到的屏蔽層數(shù)可將其分為LPZ1區(qū)、LPZ2區(qū)，越往內(nèi)部，雷電做成的危險程度也就越低。這時，雷電過電壓對建筑物內(nèi)部電子設(shè)備的損害的主要途徑就是通過設(shè)備的各種線路。因此，要在電氣線路以及金屬管道在穿過各個不同防雷分區(qū)的界面時，各個不帶電的金屬構(gòu)件

6、必須要采取等電位連接措施，以防止雷電通過這些途徑損壞設(shè)備。1.3 綜合防雷的防護原理 過電壓一切對電氣設(shè)備絕緣有危害的電壓升高，統(tǒng)稱為過電壓。在供電系統(tǒng)中，過電壓按其產(chǎn)生的原因不同，通常分為兩類：內(nèi)部過電壓與雷電過電壓。內(nèi)部過電壓指供電系統(tǒng)內(nèi)能量的轉(zhuǎn)化或傳遞所產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓升高。內(nèi)部過電壓的能量來源于電網(wǎng)本身，其大小與系統(tǒng)容量、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、中性點接地方式、斷路器性能、操作方式等因素有關(guān)。雷電由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形式損壞設(shè)備：一是通過金屬管線或地線直接傳導(dǎo)雷電致?lián)p設(shè)備;另一種是雷電流在釋放過程中所產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，以各種耦合方式感應(yīng)到金屬管道或其它線路上，

7、在管道或線路上產(chǎn)生雷電過電壓而損壞設(shè)備。對于電子信息設(shè)備而言，絕大部分因雷擊而損壞設(shè)備的原因都為第二種而引起。雷電電磁脈沖的危害主要來自于由雷電引起的耦合能量，通過以下三個通道所產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌：1)金屬管道及各類線路，如自來水管、電源線、天饋線、信號線、航空障礙燈的引線等;2)地線通道;3)空間通道。其中金屬管道上產(chǎn)生的浪涌過電壓和地線通道的地電位反擊是電子信息系統(tǒng)因雷擊而損壞的主要原因，所以對這一部分需要作重點防護。 泄放和均衡雷電防護的中心內(nèi)容是泄放和均衡。 泄放是將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過大地泄放，并且應(yīng)符合層次性原則，即盡可能多、盡可能遠地將多余能量在引入通信系統(tǒng)之前泄放入地;層次

8、性就是按照所設(shè)立的防雷保護區(qū)分層次對雷電能量進行削弱。均衡就是保持系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差，即系統(tǒng)所在環(huán)境及系統(tǒng)本身所有金屬導(dǎo)電體的電位在瞬態(tài)現(xiàn)象時保持基本相等，這實質(zhì)是基于均壓等電位連接。由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線和等電位連接器(防雷器)組成一個電位補償系統(tǒng)，在瞬態(tài)現(xiàn)象存在的極短時間里，這個電位補償系統(tǒng)可以迅速地在被保護系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)所有導(dǎo)電部件之間建立起一個等電位，這些導(dǎo)電部件也包括有源導(dǎo)線。通過這個完備的電位補償系統(tǒng)，可以在極短時間內(nèi)形成一個等電位區(qū)域，這個區(qū)域相對于遠處可能存在數(shù)十千伏的電位差。重要的是在需要保護的系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)部，所有導(dǎo)電部件之間不存在顯著的電位

9、差。 雷電防護系統(tǒng)雷電防護系統(tǒng)由三部分組成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防護，由接閃器、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導(dǎo)入地下泄放。過渡防護，由合理的屏蔽、接地、布線組成，可減少或阻塞通過各入侵通道引入的感應(yīng)。內(nèi)部防護，由均壓等電位連接、過電壓保護組成，可均衡系統(tǒng)電位，限制過電壓幅值。雷電過電壓保護的基本原理是在瞬態(tài)過電壓的極短時間內(nèi),在被保護區(qū)域內(nèi)的所有導(dǎo)電部件之間建立一個等電位，這種導(dǎo)電部件包括了供電系統(tǒng)的有源線路和信號傳輸線。并要在極短的時間內(nèi)，將高達數(shù)十千安培的雷電流從電源傳輸線和信號傳輸線傳導(dǎo)入地。 防護措施IEC /TC-81將整體防雷總結(jié)為：DBSE技術(shù)

10、即分流(Dividing)、均壓(Bonding)、接地(Earthing)、屏蔽(Shielding)等措施。只要從設(shè)計階段綜合考慮四項措施，符合相應(yīng)的防雷接地規(guī)范，就能起到理想的防護效果。2 綜合防雷的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鐵路電氣設(shè)備防雷、電磁兼容及接地工程設(shè)計規(guī)范TB/T23112002 鐵路電子設(shè)備用防雷保安器TB/T 30742003 鐵道信號設(shè)備雷電電磁脈沖防護技術(shù)條件鐵運200014號 中國鐵道部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-信號維護規(guī)則TB10007-99 鐵路信號設(shè)計規(guī)范GB 5005794 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范(2000版)GB 5016992 電器裝置安裝工程接地裝置施工及

11、驗收規(guī)范GBS017493 通信房防雷設(shè)計規(guī)范GB936188 計算站場地安全要求GA1731998 通信信息系統(tǒng)防雷保安器IEC61024 建筑物防雷IEC61312 雷電電磁脈沖的防護3 綜合防雷的設(shè)計思想依據(jù)國家防雷相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我們從機房接地、機房內(nèi)等電位連接、機房線路分級防浪涌保護等方面對該機房進行綜合防護。總的防雷保護設(shè)計方案按計算機機房的規(guī)模及重要程度分為三種情況(大型，中型，小型計算機機房)，下面分別針對這三種機房實施各自的防雷保護工作。4 綜合防雷的設(shè)計方案4.1 大型一類機房的防雷保護 通常一類計算機機房裝有大型服務(wù)器、交換設(shè)備、路由器、光端機、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理器等重要設(shè)備

12、。服務(wù)器內(nèi)安裝有各系統(tǒng)總數(shù)據(jù)庫，這些服務(wù)器正常工作中是不允許停機的，如果因意外停機輕者會導(dǎo)致系統(tǒng)的數(shù)據(jù)丟失或硬件的損壞，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰及癱瘓，所以一類計算機中心機房及設(shè)備是需要重點進行系統(tǒng)綜合防雷保護的。 機房直擊雷的防護(在離機房20米架設(shè)獨立避雷針保護) 機房的直擊雷防護主要針對機房所在建筑物所做的防止直擊雷擊中建筑物而引起的直接損壞和間接引起的雷電電磁脈沖造成的損壞。通常的做法是在建筑物上安裝完善的避雷網(wǎng)、帶，加裝避雷針，由于通信機房有時所處位置較為空曠，所以不建議在建筑物自身上安裝超過建筑物高度的避雷針，其原因在于：傳統(tǒng)意義上的避雷針是將雷電通過避雷針進行放電入地，而沒有考

13、慮強大的雷電流在通過避雷針時所產(chǎn)生的具有較高能量的雷電電磁脈沖，這種有避雷針引雷直接衍生的雷電電磁脈沖是對現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最大威脅。在總結(jié)以往工程的基礎(chǔ)上，我們避雷針人為的設(shè)置在距離20米的機房建筑的位置上，人為的使雷電定位放電，同時由于水平距離對雷電電磁脈沖進行了一定的衰減，較工程改造前由于雷電電磁脈沖造成的設(shè)備損害有所減少;對于新建機房有條件的可建防雷混凝土外墻。 電源系統(tǒng)的感應(yīng)雷防雷保護基于一類機房的重要性及其設(shè)備的價值考慮，機房的電源系統(tǒng)應(yīng)按國際、國內(nèi)、鐵道部系統(tǒng)綜合防雷標(biāo)準(zhǔn)采用三級防雷保護。電源采用三級防雷保護有利于雷電流的逐漸釋放，把雷電過電壓逐級衰減，使之降到設(shè)備能承受的范圍

14、之內(nèi)。電源第一級電涌保護器(B級spd)主要安裝在大樓總配電柜(箱)內(nèi)，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)B級SPD的保護水平應(yīng)4KV，所以我司在選用B級SPD的產(chǎn)品是采用了經(jīng)過鐵道部測試并認(rèn)可的華煒HW B 40/7全模式防雷箱，該產(chǎn)品放電電流可達到40KA。C級SPD安裝在計算機中心機房的分配電柜(箱)內(nèi)。產(chǎn)品選用了華煒HW C 20/4防雷箱，放電電流可達到20KA。D級SPD采用鐵道部標(biāo)準(zhǔn)的華煒公司的D級防雷產(chǎn)品，型號為HW D10/3防雷箱，放電流10KA，反應(yīng)速度小于25ns。安裝在設(shè)備電源輸入的前端，使感應(yīng)雷電過電壓下降到設(shè)備承受的范圍之內(nèi)達到保護設(shè)備的安全。三級電源防雷保護安裝如下圖 通信系統(tǒng)的感應(yīng)

15、雷防雷保護根據(jù)資料顯示，85%以上的通訊傳輸設(shè)備、計算機設(shè)備損壞都是端口損壞，導(dǎo)致無法通信。因此機房設(shè)備的系統(tǒng)綜合防雷，顯然是單有電源的防雷保護是不夠的，因為雷電流除了會從電源端入侵外還會通過通信通道入侵。對于計算機網(wǎng)絡(luò)信號的防雷主要針對的是傳輸設(shè)備及終端設(shè)備的保護，根據(jù)接口的不同類型，安裝相應(yīng)的防雷設(shè)備，可以對饋線、串口、并口、網(wǎng)絡(luò)接口、各種協(xié)議接口、話路配線、E1、光纖等進行全面可靠的保護，從而實現(xiàn)保護機房內(nèi)設(shè)備信號系統(tǒng)的安全。 機房內(nèi)等電位連接機房的等電位措施主要是減少各設(shè)備之間由于點位不均導(dǎo)致的設(shè)備間放電而造成的設(shè)備損壞。主要做法是在具備靜電地板的機房內(nèi)在靜電地板下采用銅箔或銅編織帶將

16、靜電地板下進行敷設(shè)。等電位連接實例 合理布線及優(yōu)化設(shè)計在計算機機房的綜合設(shè)計上，除防雷部分需要特殊考慮外，設(shè)備的擺設(shè)及走線也是需要細致的設(shè)計，機房的合理布線，通常也會對設(shè)備的運行安全起到作用。在機房設(shè)備間進行走線時，要注意合理布線及電磁屏蔽，應(yīng)盡量避免強弱電在同一個線槽內(nèi)，并且強弱電系統(tǒng)應(yīng)獨立切分開，如遇臨近走線時盡量相交避免平行。同時在機房的設(shè)備擺放上應(yīng)注意，在設(shè)備與建筑立柱及靠墻之間的距離，最小應(yīng)大于1.5米，如靠墻太近這容易造成墻內(nèi)的鋼筋在泄流時對設(shè)備進行閃絡(luò)放電。4.2 中型二類機房的防雷保護通常二類計算機機房裝有PC服務(wù)器，交換設(shè)備及路由器，光端機，協(xié)議轉(zhuǎn)換器等設(shè)備。服務(wù)器內(nèi)安裝有小

17、型數(shù)據(jù)庫;二類機房的防雷保護與一類機房相似，主要的差別在于其防雷保護措施的完善程度，基于二類機房的重要性顯然不如一級機房，所以二級機房的電源采用二級組合防雷保護，同時機房內(nèi)設(shè)備用均壓環(huán)做等電位連接并要在通信線路中安裝相應(yīng)的防雷器做重點保護。 電源防雷保護電源二級保護主要是確保二級機房電源系統(tǒng)的防雷安全，包括對UPS的保護。采用二級保護有利于雷電流的釋放，把雷擊電流逐級衰減，使之對對電源的危害降到安全范圍內(nèi)。第一級電源保護主要針對計算機中心機房的供電保護，從大樓總配電到了機房一般都設(shè)有獨立分開關(guān)控制，第一級防雷器就并聯(lián)安裝在獨立分開關(guān)的輸出端，也就是UPS的進線端。第一級防雷保護采用國際標(biāo)準(zhǔn)的C

18、級保護HW C60/3+1防雷箱，可以阻擋最大60KA(8/20us)的雷電流入侵，反應(yīng)速度小于25ns，保證了機房開關(guān)電源、UPS等設(shè)備的防雷安全，使房的電源系統(tǒng)在受到雷擊時，不會受到損壞。第二級的電源防雷保護主要采用國際標(biāo)準(zhǔn)的D級保護HW D20/2防雷箱，放電流20KA(8/20us)，反應(yīng)速度小于1ns。并聯(lián)安裝在重要設(shè)備的前端，做設(shè)備級的電源防雷保護，使雷電感應(yīng)電壓下降到小于1.25KV，這樣可有效的保證到重要設(shè)備的電源安全。 接地電阻機房內(nèi)等電位連接、地網(wǎng)建設(shè)和通信線路的防雷保護與一類機房相同，但對于地網(wǎng)的接地電阻值要求為小于2個歐姆。 通信系統(tǒng)的防雷保護同一類機房一樣，通訊系統(tǒng)的

19、防雷主要是在傳輸設(shè)備及終端設(shè)備上根據(jù)接口安裝相應(yīng)的防雷設(shè)備，保護饋線、串口、并口、網(wǎng)絡(luò)接口、各種協(xié)議接口、話路配線、E1、光纖等，從而實現(xiàn)保護機房內(nèi)設(shè)備信號系統(tǒng)的防雷安全。4.3 小型三級機房的防雷保護通常三類計算機機房裝有PC機，路由器，調(diào)制解調(diào)器設(shè)備。基于三類機房的重要性顯然不如一、二級機房，同時考慮到大部分站場都已經(jīng)進行過防雷綜合改造及地網(wǎng)改造，所以針對這樣的三級計算機機房主要是對電源及信號設(shè)備進行重點保護。電源保護主要是確保計算機中心的電源系統(tǒng)安全，把感應(yīng)雷擊對電源造成的危害降到最低。防雷器選用放電流20KA(8/20us)的避雷器，反應(yīng)速度小于1ns。并聯(lián)安裝在重要設(shè)備的前端，做設(shè)備

20、級的電源防雷保護，使雷電感應(yīng)電壓下降到小于1.25KV，這樣可有效的保證到重要設(shè)備的電源安全，同樣要在機房內(nèi)設(shè)立均壓匯流排。通信系統(tǒng)的防雷保護同樣與一、二類機房一樣，主要是在傳輸設(shè)備及終端設(shè)備上根據(jù)接口安裝相應(yīng)的防雷設(shè)備，保護饋線、串口、并口、網(wǎng)絡(luò)接口、各種協(xié)議接口、話路配線、E1、光纖等機房內(nèi)設(shè)備。根據(jù)三級計算機機房的實際情況，對于三級計算機機房的防雷地網(wǎng)的接地電阻值建議應(yīng)該小于4。5 根據(jù)機房的規(guī)模和用途分類：1)大型計算機房(一類計算機機房)建議：地網(wǎng)阻值小于1電源采用3級保護機房用均壓環(huán)做等電位連接通信線路重點保護2)中型計算機房(二類計算機機房)建議：地網(wǎng)阻值小于2電源采用2級保護機

21、房用均壓環(huán)做等電位連接通信線路重點保護3)小型計算機房(三類計算機機房)地網(wǎng)阻值小于4電源采用1級保護機房用接地匯接排做等電位連接通信線路重點保護6 工程施工6.1 電源及信號避雷器的安裝施工安裝電源避雷器時，要求避雷器的接地端與地網(wǎng)之間的連接距離盡可能越短越好。如果避雷器接地線拉得過長，將導(dǎo)致避雷器上的限制電壓過高，可能使避雷器難于起到應(yīng)有的保護作用。電涌保護器的接線線徑根據(jù)下表選擇：防護級別SPD的類型導(dǎo)線截面積(mm2)SPD相線連接銅導(dǎo)線SPD接地端連接銅導(dǎo)線B級開關(guān)型1625C級限壓型1016D級限壓型610電源避雷器的連接引線，必須有足夠粗，并盡可能短;如果引線長度超過1 m時，應(yīng)盡可能加大引線的截面積引線應(yīng)緊湊并排或幫扎布放電源避雷器的接地線盡可能就近可靠接地，距離不宜超過510m避雷箱安裝要緊貼墻安裝，安裝要牢固，并緊靠近機房配電箱電源避雷器的連接螺栓連接緊密、牢固，有防松措施地線要用綠、黃色相間條紋的專用導(dǎo)線，并在接頭處做好 地線標(biāo)識施工時要斷電操作，保證人員設(shè)備安全通信部分重點是保證線路安全暢通，安裝時要要特別注意線不能接反接錯，地線要連接可靠，不能有松動及接觸不良的現(xiàn)象。6.2 避雷針、帶安裝施工避雷針、帶與引下