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计算机机房防雷设计方案

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2010-1-5 11:08:46

摘要:雷击是年复一年的严重自然灾害之一,随着我国微电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片),从而造成设备耐过电压、耐过电流的水平下降,对雷电(包括感应雷及操作过电压)浪涌的承受能力下降。本文主要介绍计算机房防雷设计依据、原则以及防雷技术设计方案。

    一、机房防雷概述

    雷击是年复一年的严重自然灾害之一,随着我国微电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片),从而造成设备耐过电压、耐过电流的水平下降,对雷电(包括感应雷及操作过电压)浪涌的承受能力下降。

    从EMC(电磁兼容)的观点来看,防雷保护由外到内应划分多级保护区。最外层为O级,是直接雷击区域,危险性最高,主要是由外部(建筑)防雷系统保护,越往里则危险程度越底。保护区的界面划分主要通过防雷系统、钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层而形成,从O级保护区到最内层保护区,必须实行分层多级保护,从而将过电压降到设备能承受的水平。一般而言,雷电流经传统避雷装置后约有50%是直接泄入大地,还有50%将平均流入各电气通道(如电源线,信号线和金属管道等)。

    设备遭受雷击损坏一般是由如下途径:一、直击雷经过接闪器(如避雷针(带))而直放入地,导致地网地电位上升,高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。二、雷电流沿引下线入地时,在引下线周围产生磁场,引下线周围的各种金属管(线)上经感应而产生过电压。三、进出大楼或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入,入侵电子设备。因此,应对以上三种途径对整个入侵的雷电压及过电流进行防护。

    A 、大楼通过建筑物主钢筋,上端与接闪器,下端与地网连接,中间与各层均压网或环形均压带连接,对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接,具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。这样就形成一个法拉第笼式接地系统。它是消除地电位反击有效的措施。应符合下列要求:1、安装的避雷针或避雷线(网)应使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应大于5m*5m或6m*4m。2、所有避雷针应采用避雷带互相连接。3、建筑物应装设均压环。4、防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环型接地体,每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。

    B、机房内通信电缆以及地线的布放和连接,通过模拟不同的布线、屏蔽和接地方式时,空间电磁场对通信线路的电磁感应影响情况试验,对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式有如下要求:
通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁并沿建筑物立柱或横梁布线较长的距离,通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。

    C、根据IEC(国际电工委员会)雷电保护区的划分要求,建筑物大楼外部是直接雷的区域,在这个区域内的设备最容易遭受损害,危险性最高,是暴露区,为0区;建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,可将其分为1区、2区,越往内部,危险程度越低,雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成。电气通道以及金属管则通过这些界面,穿过各级雷电保护区的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。

    进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处,以及终端设备的前端根据IEC1312——雷电电磁脉冲防护标准,安装上OBO之不同类别的电源类SPD,以及通讯网络类SPD。(SPD瞬态过电压保护器),SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。

    选用和使用SPD注意事项:
    应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。在选用电源SPD时要考虑供电系统的形式、额定电压等因素。LPZ0与LPZ1区交界处的SPD必须是经过10/350us波形冲击试验达标的产品。对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的相容性。

    SPD保护必须是多级的,例如对大楼电子设备电源部分雷电保护而言,至少应采取泄流型SPD与限压型SPD前后两级进行保护。为各级SPD之间做到有效配合,当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规定要求时,应在两级SPD之间采用适当退耦措施。

    信号SPD应满足信号传输速率、工作电平、网络类型的需要,同时接口应与被保护设备兼容。信号SPD由于串接在线路中,在选用时应选用插入损耗较小的SPD。在选用SPD时,应让供应商提供相关SPD技术参数资料。正确的安装才能达到预期的效果。SPD的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行安装。卫星接收机高频电缆在进入机房前其金属屏蔽外皮应接地。

    D、等电位连接的要求:实行等电位连接的主体应为:设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道;供电线路含外露可导电部分;防雷装置;由电子设备构成的信息系统。 

    实行等电位连接的连接体为金属连接导体,无法直接连接时而做瞬态等电位连接的电涌保护器(SPD)。

    总的防雷原则是:
    1. 将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散(外部保护);
    2. 阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波(内部保护及过电压保护);
    3. 限制被保护设备上浪涌过压幅值(过电压保护)。这三道防线,相互配合,各行其责,缺一不可。 

    为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差,就特别需要实行等电位连接,目的是在减少需要防雷的空间各金属部件和各系统之间的电位差,电源线、信号线、金属管道,接地线都要通过过压保护器进行等电位连接,各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等到电位连接,各个局部等电位连接棒相互连接,并最后与主等到电位连接棒相连。电位均衡连接,就是使导体良好的导电性连接、使它们达到电位相等,为雷电流提供低阻搞抗道,以使它迅速泄流入地。

    随着通信设备的大规模使用,雷电以及操作瞬间过电压造成的危害越来越严重。以往的防护体系已不能满足电脑通信网络安全的要求。应从单纯一维防护(避雷针引雷入地==无源防护)转为三维防护(有源和无源防护),包括:防直击雷,防感应雷电波浸入,防雷电电磁感应,防地电位反击以及操作瞬间过电压影响等多方面作系统综合考虑。

    雷击一般分为直接雷击和感应雷击。直接雷击是指雷电直接击在建筑物、构筑物设备上,以其巨大的能量直接损坏建筑物、设备及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。感应雷又称二次雷击,感应雷侵入用电设备及计算机网络系统主要有四个方面:交流电源380V/220V电源线引入;信号传输通道引入;地电位反击以及空间雷闪电磁脉冲(LEMP)等。正确的连接和接地可有效地防止地电位变化对通讯设备造成的危害。连接是将设施中的所有电气和金属的物体连接起来,使其有相同电位。接地是将连接在一起的设备连接到它所处的地表面,通过低阻抗接地体将雷电流泄地,从而保证人员和设备安全。

    雷电会导致多种不同形式的危害,没有任何一种产品可以全面防止雷电的危害,因此防雷是一项系统工程,需要从构筑物雷电防护,暂态过电压浪涌抑制以及有效的连接和接地三方面综合考虑,缺少其中任何一个方面,均不能全面防止雷电危害。

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