弱电机房防雷接地系统的原理、组成及其设计

2021-09-11

【内容导读】

防雷接地系统一直是数据机房关注的重点,技术日趋成熟。目前,雷电对设备的破坏途径更加多样化,破坏程度更加广泛和深入。进入新发展阶段,微电子网络设备的普遍应用,使得防雷的问题显得越来越重要。由于微电子设备具有高密度、高速度、低电压、和低功耗等特性,这就使其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感。如果防护措施不力,随时随地可能遭受重大损失。值得我们关注的是雷电不仅仅破坏系统设备,更为重要的是使系统的通讯中断、工作停顿、声誉受损,其间接损失无法估量。

防雷接地系统必须从系统角度进行综合防御,提供高效接闪体,安全引导雷电流入地面,完善低电阻地网,清除地面回路,进行电源浪涌冲击防护和信号及数据线瞬变防护。

一、机房防雷接地系统的原理

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接地是避雷技术最重要的环节,不管是直击雷、感应雷还是其他形式的雷,最终还是把雷电流送入大地。因此,没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小,散流就越快,被雷击物体高电位保持时间就越短,危险性就越小。对于计算机场地的接地电阻要求欧姆,并且采取共用接地的方法将避雷接地、电器安全接地、交流地、直流地统一为一个接地装置。如有特殊要求设置独立地,则应在两地网间用地极保护器连接,这样,两地网之间平时是独立的,防止干扰,当雷电流来到时两地网间通过地极保护器瞬间连通,形成等电位连接。

二、机房防雷接地系统的组成

防雷接地系统是弱电精密设备及机房保护的重要子系统,主要由雷电接受装置、引下线、接地线、接地体(级)、接地装置、接地网、接地电阻组成。
1、雷电接受装置
直接或间接接受雷电的金属杆(接闪器),如避雷针、避雷带(网)、架空地线及避雷器等。
2、引下线
用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。
3、接地线
电气设备、杆塔的接地端子与接地体或零线连接用的正常情况下不载流的金属导体。
4、接地体(极)
埋入土中并直接与大地接触的金属导体,称为接地体。分为垂直接地体和水平接地体。
5、接地装置
接地线和接地体的总称。
6、接地网
由垂直和水平接地体组成的具有泄流和均压作用的网状接地装置。
7、接地电阻
接地体或自然接地体的对地电阻的总和称为接地装置的接地电阻,其数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。同时接地电阻也是衡量接地装置水平的标志。

三、机房防雷设计

由于网络集成系统防护点多、面广,因此,为了保护建筑物和建筑物内各向电子网络设备不受雷电损害或使雷击损害降低到最低程度,应从整体防雷的角度来进行防雷方案的设计。现在都采取综合防雷,综合防雷设计方案应包括两个方面:直击雷的防护和感应雷的防护,缺少任何一方面都是不完整的,有缺陷的和有潜在危险的。同时防雷主要是从电源以及信号系统两大方面进行。
1、直击雷的防护
如果无直击雷防护,按IEC1312的估算几乎所有雷电流都流经进出建筑物的导体型线路(如电源线、信号线等)侵入设备,这样的损害就非常之严重,因此做好直接雷击防护是做感应雷击防护的前提;直击雷防护按照国标GB50057《建筑物防雷设计规范》设计和施工,主要使用避雷针、网、线、带及良好的接地系统,其目的是保护建筑外部不受雷击的破坏,给建筑物内的人或设备提供一个相对安全的环境。
2、电源系统的防护
统计数据资料表明,微电子网络系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的电源线路上感应的雷电冲击过电压造成的。因此,做好电源线的防护是整体防雷中不容忽视的一环。
3、信号系统的防护
尽管在电源和通信线路等外接引入线路上安装了防雷保护装置,由于雷击发生在网络线(如双绞线)感应到过电压,仍然会影响网络的正常运行,甚至彻底破坏网络系统。雷击时产生巨大的瞬变磁场,在1公里范围内的金属线路,如网络金属连线等都会感应到极强的感应雷击;另外,当电源线或通信线路传输过来雷击电压时,或建筑物的地线系统在泻放雷击时,所产生强大的瞬变电流,对于网络传输线路来说,所感应的过电压已经足以一次性破坏网络。即使不是特别高的过电压,不能够一次性破坏设备,但是每一次的过电压冲击都加速了网络设备的老化,影响数据的传输和存储,甚至死机,直至彻底损坏。所以网络信号线的防宙对于网络集成系统的整体防宙来说。是非常重要的环节。
4、等电位连接
集成网络系统主干交换机所在的中心机房应设置均压环,将机房内所有金属物体,包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接,并接至均压环上,以均衡电位。
5、接地
机房采用联合接地可有效的解决地电位升高的影响,合格的地网是有效防雷的关键。机房的联合地网通常由机房建筑物基础(含地桩)、环形接地(体)装置、工作(电力变压器)地网等组成。对于敏感的数据通讯设备的防雷,接地系统的良好与否,直接关系到防雷的效果和质量。如果地网不合要求,应改善地网条件,适当扩大地网面积和改善地网结构,使雷电流尽快地泄放,缩短雷电流引起的高过电压的保持时间。以达到防雷要求。
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A.电源防雷
电源系统防雷采用三级防雷的方式。对机房配电箱的防雷应采取不少于二级保护(细保护), 既在机房的主配电箱的输入一套安装二级防雷器,在机房配电箱输出端每一路安装三级防雷器。即在配电柜中总开关前端安装二级防雷器,这样既节省空间,又起到了美观、易维护的作用,并分别在市电配电柜、UPS配电柜各自的总开关前端安装三级防雷器,以保护机房内的设备。
B.信号系统的防雷
(1)网络传输线主要使用的是光纤和双绞线。其中光纤不需要特别的防雷措施,但若室外的光纤是架空的,那么需要将光纤的金属部分接地。而双绞线屏蔽效果较差,因此感应雷击的可能性比较大,应将此类信号线敷设在屏蔽线槽中,屏蔽线槽应良好接地;也可穿金属管敷设,金属管应全线保持电气上的连通,并且金属管两端应良好接地。
(2)在信号线路上安装信号防雷器,对防感应雷是一种行之有效的办法。对于网络集成系统,可在网络信号线进入到广域网路由器之前安装专用信号防雷器;在系统主干交换机、主服务器以及各分交换机、服务器的信号线入口处分别安装RJ45接口的信号防富器。信号防雷器的选型应综合考虑工作电压、传输速率、接口形式等。避雷器主要串接在线路的两端设备的接口处。
a.服务器100M输入端口处安装单口RJ45端口信号避雷器, 以保护服务器。
b.24口网络交换机串联24口的RJ45端口信号避雷器 , 避免因雷击感应或电磁场干扰沿双绞线窜入而毁坏设备。
c.在DDN专线接收设备上安装单口RJ11端口信号避雷器,保护DDN专线上的设备。
d.在卫星接收设备前端安装同轴端口天馈线避雷器,以保护接收设备。