機房綜合防雷的總體設計與應用論文
1引言
雷電是日趨嚴重的的自然災害之一，現代的通訊技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )不斷進(jìn)步，聯(lián)網(wǎng)化程度越來(lái)越高;通訊設備越來(lái)越多，規模越來(lái)越大，大規模集成電路的工作電壓越來(lái)越低，耐壓程度也明顯減低，使設備對電氣環(huán)境的依賴(lài)很強，根據保險公司的統計，近年來(lái)雷電與過(guò)電壓損壞在電子設備的傷害事故原因中已占絕對的因素，而且還有逐年上升的趨勢。并且由于雷電過(guò)電壓損壞造成的系統停頓、業(yè)務(wù)停頓、重要數據丟失、甚至系統崩潰，往往給用戶(hù)造成的間接經(jīng)濟損失遠遠超過(guò)直接的硬件損失。因此避雷、過(guò)電壓防護已成為具有時(shí)代特點(diǎn)的一項迫切要求。
隨著(zhù)城市現代化建設迅速發(fā)展和電子信息時(shí)代的到來(lái)，隨著(zhù)通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機和網(wǎng)絡(luò )越來(lái)越深入人們生活和工作中，同時(shí)也預示著(zhù)數字化、信息化時(shí)代的來(lái)臨。這些微電子網(wǎng)絡(luò )設備的普遍應用，使得防雷的問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。由于微電子設備具有高密度、高速度、低電壓、和低功耗等特性，這就使其對各種諸如雷電過(guò)電壓、電力系統操作過(guò)電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感。如果防護措施不力，隨時(shí)隨地可能遭受重大損失。值得我們關(guān)注的是雷電不僅僅破壞系統設備，更為重要的是使系統的通訊中斷、工作停頓、聲譽(yù)受損，其間接損失無(wú)法估量。
2雷電的侵害方式
2.1直擊雷電
雷電直接擊在機房所在的建筑物上，造成對建筑物或機房?jì)鹊碾姎庠O備放電，如圖1所示。放電產(chǎn)生強大的雷擊沖擊電流，強大的雷擊電流將有可能造成建筑物著(zhù)火;如果雷擊電流直接向機房?jì)鹊碾姎庠O備放電，那么直擊雷電的強大電流會(huì )使機房?jì)鹊碾姎庠O備的絕緣遭到擊穿造成設備焚毀。
2.2感應雷電
雷電直接擊在機房所在建筑物周?chē)钠渌ㄖ锷匣蛟O備上放電，如圖2所示。如果建筑物自身接地不好，雷擊就會(huì )通過(guò)電磁感應等方式沿導線(xiàn)或金屬導體進(jìn)人機房，造成機房?jì)炔康碾姎庠O備過(guò)電壓，當感應雷過(guò)電壓足夠高時(shí)，則將引起機房?jì)炔康碾娋�(xiàn)、金屬管道、電氣設備放電而造成設備燒毀。
2.3線(xiàn)路雷擊
當機房供電回路受到直接雷電或感應雷電時(shí)，強大的雷擊電流會(huì )沿著(zhù)供電路向機房?jì)鹊碾姎庠O備流動(dòng)，雷擊產(chǎn)生的高電壓可高達幾十萬(wàn)伏，使機房?jì)鹊碾姎庠O備絕緣損壞造成電氣設備、電子設備燒毀甚至還有可能造成人員傷亡，如圖3所示。
3防雷措施
由于網(wǎng)絡(luò )集成系統防雷點(diǎn)多面廣，因此，為了保護建筑物和建筑物內各向電子網(wǎng)絡(luò )設備不受雷電損害或使雷擊損害降低到最低程度，應從整體防雷的角度來(lái)進(jìn)行防雷方案的設計�，F在都采取綜合防雷，綜合防雷設計方案應包括兩個(gè)方面：直擊雷的防護和感應雷的防護，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險的[3]。
3.1直擊雷的防護
如果無(wú)直擊雷防護，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經(jīng)進(jìn)出建筑物的導體型線(xiàn)路(電源線(xiàn)、信號線(xiàn)等到)，這樣的損害就非常之嚴重，因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提;直擊雷防護按照國標GB50057《建筑物防雷設計規范》設計和施工，主要使用避雷針、網(wǎng)、線(xiàn)、帶及良好的接地系統，其目的是保護建筑短短的不受雷擊的破壞，給建筑物內的人或設備提供一個(gè)相對安全的環(huán)境。
3.2電源系統的防護
統計數據資料表明，微電子網(wǎng)絡(luò )系統80%以上的雷害事故都是因為與系統相連的電源線(xiàn)路上感應的雷電沖擊過(guò)電壓造成的。因此，做好電源線(xiàn)的防護是整體防雷中不容忽視的一環(huán)。
3.3信號系統的防護
盡管在電源和通信線(xiàn)路等外接引人線(xiàn)路上安裝了防雷保護裝置，由于雷擊發(fā)生在網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)(如雙絞線(xiàn))感應到過(guò)電壓，仍然會(huì )影響網(wǎng)絡(luò )的正常運行，甚至徹底破壞網(wǎng)絡(luò )系統。雷擊時(shí)產(chǎn)生巨大的瞬變磁場(chǎng)，在1公里范圍內的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò )金屬連線(xiàn)等都會(huì )感應到極強的感應雷擊;另外，當電源線(xiàn)或通信線(xiàn)路傳輸過(guò)來(lái)雷擊電壓時(shí)，或建筑物的地線(xiàn)系統在瀉放雷擊時(shí)，所產(chǎn)生強大的瞬變電流，對于網(wǎng)絡(luò )傳輸線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，所感應的過(guò)電壓已經(jīng)足以一次性破壞網(wǎng)絡(luò )。即使不是特別高的過(guò)電壓，不能夠一次性破壞設備，但是每一次的過(guò)電壓沖擊都加速了網(wǎng)絡(luò )設備的老化，影響數據的傳輸和存儲，甚至DOWN機，直至徹底損壞。所以網(wǎng)絡(luò )信號線(xiàn)的防雷對于網(wǎng)絡(luò )集成系統的整體防雷來(lái)說(shuō)，是非常重要的`環(huán)節。
3.4等電位連接
集成網(wǎng)絡(luò )系統主干交換機所在的中心機房應設置均壓環(huán)，將機房?jì)人薪饘傥矬w，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門(mén)窗、設備外殼以及所有進(jìn)出大樓的金屬管道等金屬構件進(jìn)行電氣連接，并接至均壓環(huán)上，以均衡電位。
3.5接地
防雷地網(wǎng)的制作，地網(wǎng)是避雷針、避雷帶、避雷器等設施有效發(fā)揮作用的保障。
4機房雷電防護應用
4.1電源系統的防雷保護
對于網(wǎng)絡(luò )集成系統的電源線(xiàn)防護，首先，進(jìn)入系統總配電房的電源進(jìn)線(xiàn)，應采用金屬鎧裝電纜敷設，電纜鎧裝層的兩端應良好接地;如果電纜沒(méi)有鎧裝層，則就將電纜穿鋼管埋地，鋼管兩端接地，埋地的長(cháng)度應不小于15米。由總配電房至各大樓的配電箱以及機房樓層配電箱的電力線(xiàn)路，均應采用金屬鎧裝電纜進(jìn)行敷設。這樣可以大大減少電源線(xiàn)感應過(guò)電壓的可能性。其次，在電源線(xiàn)路上安裝電源防雷器，是必不可少的防護措施。根據IEC防雷規范中有關(guān)防雷分區的要求，將電源系統分為三級保護�？稍谙到y總配電房的配電變壓器低壓側安裝最大流通容量100KA~150KA的一級電源防雷箱;在各大樓的總配電箱安裝通流容量為60KA~80KA的二級電源防雷箱;在機房的重要設備(如交換機、服務(wù)器、UPS等)的電源進(jìn)線(xiàn)處安裝最大通流容量40KA的三級電源防雷器;如圖4所示。根據情況可在在機房的重要設備UPS電源前安裝單相兩級聯(lián)動(dòng)串聯(lián)式電源防雷箱。所有防雷器均應良好接地。
從機房目前的情況來(lái)分析，供電線(xiàn)路穿越各級防雷區，考慮到機房各種不同用電設備的耐過(guò)壓的能力，我們建議采用如下的電源系統防雷方案，以達到最佳的防護效果和最經(jīng)濟的投入。由于機房UP不間斷電源設備是用于為機房?jì)认到y各用電設備提供穩定、可靠和高質(zhì)量的用電環(huán)境唯一的重要設備，并且是由市電供電輸人機房的主要途徑，所以我們將電源系統防護的重點(diǎn)放在了對UPS不間斷電源的保護上。在機房專(zhuān)用配電柜、UPS電源做兩級輸入防雷保護。具體的防護措施為：
一級保護：在機房配電柜前裝三相電源防雷器(單相電源防雷器)。
二級保護：在UPS電源前裝三相電源防雷器(單相電源防雷器)。
三級保護：在重要設備處裝電源防雷插座。
4.2通訊系統的防雷
一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )集成系統是由主服務(wù)器及中心交換機和各分交換機以及路由器、服務(wù)器、相當數量的終端構成。位于主機房?jì)鹊闹行慕粨Q機通過(guò)廣域網(wǎng)路由器與外界聯(lián)系，通過(guò)光纖與各分交換機連接，分交換機通過(guò)集線(xiàn)器與各用戶(hù)終端相連。
通訊系統防雷包括由戶(hù)外引至戶(hù)內的通訊線(xiàn)路，主要線(xiàn)路包括網(wǎng)絡(luò )通訊線(xiàn)路、專(zhuān)線(xiàn)、微波通信線(xiàn)(天饋線(xiàn))、視頻線(xiàn)路等;根據貴方提供的機房情況信號線(xiàn)路都可能用光纖傳輸，所以可以不做保護，但光纖兩端要接地。如有光端機，光端機需保護。如不選用光纖則需按信號線(xiàn)路種類(lèi)選取防雷器。
網(wǎng)絡(luò )傳輸線(xiàn)主要使用的是光纖和雙絞線(xiàn)。其中光纖不需要特別的防雷措施，但若室外的鎧狀光纖是架空的，那么需要將光纖的金屬部分接地。而雙絞線(xiàn)屏蔽效果較差，因此感應雷擊的可能性比較大，應將此類(lèi)信號線(xiàn)敷設在屏蔽線(xiàn)槽中，屏蔽線(xiàn)槽應良好接地;也可穿金屬管敷設，金屬管應全線(xiàn)保持電氣上的連通，并且金屬管兩端應良好接地。
4.3信號線(xiàn)上的防雷
在信號線(xiàn)路上安裝信號防雷器，對防感應雷是一種行之有效的辦法。對于網(wǎng)絡(luò )集成系統，可在網(wǎng)絡(luò )信號線(xiàn)進(jìn)入到廣域網(wǎng)路由器之前安裝專(zhuān)用信號防雷器;在系統主干交換機、主服務(wù)器以及各分交換機、服務(wù)器的信號線(xiàn)入口處分別安裝RJ45接口的信號防雷器。信號防雷器的選型應綜合考慮工作電壓、傳輸速率、接口形式等。所有防雷器均應良好接地。
4.4安裝注意事項
防雷器起到的作用是對雷電流的吸收和泄放作用。所有的防雷產(chǎn)品必須接地;
防雷器串聯(lián)/并聯(lián)在被保護設備與信號通道之間;
信號防雷器的輸人端(IN)與信號通道相連，輸出端(OUT)與被保護設備相連并緊靠被保護設備安裝，不能接反;
把防雷器的接地線(xiàn)與防雷系統接地排可靠連接，接線(xiàn)越短越好，最長(cháng)不能超過(guò)1m。
5結束語(yǔ)
防雷保護已成為電磁兼容研究的重要方面，同時(shí)也被列人了相應的政策法規中。測控系統各種線(xiàn)路伸人到工廠(chǎng)的各種環(huán)境之中，采用任何一種單一的過(guò)電壓保護。
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