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机房雷电防护方案
时间：2009-05-25 来源：本站 作者：本站编辑 浏览次数：
近年来，计算机网络技术进入了前所未有的快速发展时期，新方法、新技术、新产品不断的涌现，为网络计算和管理这一计算机应用模式提供了强有力的支持，极大地推动了社会信息化的发展进程。随着电脑网络的不断发展和行业内竞争的加剧，各金融、电信等机构千方百计地发展自己的计算机业务处理系统，以更好的为客户服务，提高业内竞争力，每年的设备投资费用不断增加。上述机构对计算机进行业务处理的依赖性越来越高，网络的安全性、可靠性以及设备用机环境都成为客户考察服务水平的重要环节。就用机环境而言，由于计算机通信设备属于微电子设备（即弱电设备），其耐过电压冲击的能力很弱，而由电源线、信号传输线、地线侵入的雷电冲击波强度却很大。通过电源线、信号传输线引入的雷电感应冲击大电流，足以使许多微电子设备遭受不同程度的损坏，并危及人身安全，造成巨额的直接经济损失。而更为重要的是会导致整个网络瘫痪，重要数据丢失，间接经济损失不可估量。
我们不能因为没遭到过雷害而抱有侥幸心理，对依赖计算机来进行数据处理和存储的网络信息行业来说，雷电造成的数据丢失和网络瘫痪将是灾难性的。即使雷电流强度不足以打坏设备，频繁的雷电冲击也会大大的缩短电子设备的寿命。另外内部操作过电压，如变压器的空载、电机的启动、开关的开启等引起的强大脉冲电流通过线缆引入，也会造成设备不同程度的损坏。计算机设备遭受雷击损坏已成为影响金融、电信等机构业务正常、安全运行的重要因素之一。
雷电的产生雷电是由天空中云层间的相互高速运动、剧烈磨擦，使高端云层和低端云层带上相反电荷。此时，低端云层在其下面的大地上也感应出大量的异种电荷，形成一个极大的电容，当其场强达到一定强度时，就会产生对地放电，这就是雷电现象。 雷电的表现形式主要有两种：一种是直击雷，是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。直击雷威力巨大，雷电压可达几万至几百万伏，瞬间电流可达十几万安，在雷电通路上，物体会被高温烧伤甚至融化。通常在建筑物顶部安装避雷针或避雷网等来防直击雷。另一种是雷电感应，是指当直击雷发生以后，带电云层迅速消失，而地面上某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压；或由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物因电磁感应而产生高电压以致发生闪击的现象。
雷电还是和二百多年前相同，并未发生任何的变异，只不过它的某些物理效应在新技术产品上发生偶合效应，自富兰克林发明避雷针以来，科学技术取得了突飞猛进的发展，但防雷技术却始终停滞不前，雷电科学的发展需要和科技进步相适应。我们必须用新的视角去关注雷电这一自然现象。
因雷害及各种浪涌电压导致的系统瘫痪、设备损坏甚至人员伤亡比比皆是，造成不计其数的人力和物力损失。特别是89年的黄岛油库特大火灾和92年中国气象局中心大楼落雷的巨大影响，雷电灾害和防雷成为社会各界关注的焦点。从此，国家政府部门开始重视弱电系统（室内）防雷工作。
瞬时过电压的分类
实际上瞬时过电压又称浪涌电压，其分类如下表所示：
|
浪
涌
电
压 |
分类 |
产生原因 | |
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雷击 |
直接雷 |
雷击直接电殛电源或信号线 | |
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感应雷 |
静电感应 | ||
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电磁感应 | |||
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线路浪涌 |
故障浪涌 |
相线与地短路引起的过电压 | |
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一相开路引起的过电压 | |||
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其它原因 | |||
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系统开关过电压 |
无负载时开关 | ||
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切断电流 | |||
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容性或感性负载开关 | |||
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整流 | |||
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其它原因 | |||
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电磁感应 |
EMI/RFI* |
使用电吹风，无绳电话等 | |
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静电感应 |
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人体静电，摩擦静电等 | |
*注：EMI—Electro Magnetic Interference 电磁干扰
各类过电压会出现多种有害效应，需要给予综合防护。根据气象、公安部门的有关规定，要求在内部的计算机系统上统一安装防雷设备，以便于提高整体抗雷击和过电压的防护能力。因此对于防雷工作不能有任何的侥幸心理，若因雷击而导致生命和财产的重大损失，是很难用时间和金钱来弥补的，特别是一些重要部门的数据资料，一旦丢失，将会带来不可估量的损失。
雷电流持续的时间虽然短暂，但它巨大的破坏性是目前人类所无法控制的，现阶段通过人力主动去化解雷电的危害，还是不现实的，只能通过努力被动地将雷击的能量给予阻挡并将其泄放入大地，以避免所带来的灾害。
过电压的防护
针对过电压的特点及其所产生的危害，对过电压的防护应当采取综合的防护措施，进行全方位的防护，根据IEC1024-1对雷击区域的划分，针对不同的区域应当采用不同类型、不同功能的防护器件，因此将防雷应当分为外部建筑物防雷和内部系统防雷两部分。本方案主要设计内部防雷的电源防护部分.
设计依据
建筑物防雷设计规范（GB 50057-94）
通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范
电力系统通信站防雷运行管理规程（DL 548-94）
电子计算机场地通用规范（GB／T 2887-2000）
电子计算机场地通用规范（GB／T 2887-2000）
电子计算机机房设计规范（选）（GB 50174-93）
计算站场地安全要求（选）（GB 9361-88）
电信专用房屋设计规范(YD5003-94)
计算站场地安全要求（选）（GB 9361-88）
电信专用房屋设计规范(YD5003-94)
通信局（站）接地设计暂行技术规定(YDJ26-89)
Protection of Structures against Lighting (IEC1024-1:1993)
Protection against Lighting electeomagnetic impuise雷电电磁脉冲的防护 ICE 61312-1-2-3：1995-02
Insulation coordination for equipment within low-voltage systems IEC664-1:1992-02
Electrical installations of buildings IEC3644-4:1993-02
电源系统雷击引入途径及防范措施：
(一):途径：
第一：建筑物外部传输线引入。
第二：地线反击；
第三、线路浪涌；
第四、电磁干扰；
（二）防范：
根据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(如图1)。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，安装上航嘉不同类别的电源SPD，以及通讯网络类SPD(如图2)。(SPD瞬态过电压保护器的英文缩写)，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。
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。正确的安装才能达到预期的效果。
依据以上防雷规范要求，本方案电源采用二级防雷保护，可防范从感应雷到工业浪涌的过电压侵袭。第一级防雷将数万伏的过电压限制到1.8千伏，通流容量（8/20）us65kA。第二级防雷器将过电压进一步限制到1.5KV,通流容量(8/20)us40KA.或采用插座式防雷器将过电压进一步限制到1.2KV,通流容量(8/20)us20KA.
电源三级防雷技术说明:
A、第一级防护：
在总配电柜处加装HJSPD65/4型电源防雷器，其主要技术参数如下：
最大通流容量：65kA
保护水平Up ：≤2000V
保护方式 ：L1 L2 L3 N-PE
B、第二级防护：
在分配电柜处加装HJSPD40/4型电源防雷器。其主要技术参数如下：
最大通流容量：40kA
保护水平Up ：≤1800V
保护方式 ：L1 L2 L3 N-PE
C、第三级防护：
在机房 各种插座处安装插座式电源防雷器。其主要技术参数如下：
最大通流容量：20kA
保护水平Up ：≤1500V
保护方式 ：L-N及N-PE
三级防雷方案所需元件表:
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名称 |
型号 |
单价 |
数量 |
合计 |
参数 |
|
一级三相电源防雷器B1 |
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1 |
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65KA |
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二级三相电源防雷器B2 |
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2 |
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40KA |
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二级单相电源防雷器B2 |
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|
2 |
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40KA |
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插座式防雷器 |
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4 |
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20KA |
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电源防雷箱 |
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|
1 |
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小型断路器 |
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7 |
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施工费 |
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合计 |
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等电位联结:
等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置，建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体、电气装置、电 信装置等连接起来。如图所示:
可采用以下方法完成等电位连接：
1. 自然连接可以保证电气贯通的地方用连接导线连接。
2. 不允许用连接导线的地方，采用过电压保护器跨接。
3. 必须尽可能在靠近进户点处对外来导体作等电位连接，预计大部分雷电流将流过这些连接点。
4. 电力线路的所有导体本身应做直接或非直接等电位连接。相线应通过过电压保护器连到避雷接地装置上。在TN系统中，PE线或PEN线应直接连到避雷接地装置上。
等电位连接所需材料表:
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名称 |
型号 |
单价 |
数量 |
合计 |
参数 |
|
等电位连接盒 |
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|
4 |
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等电位连接排 |
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20米 |
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等电位连接线 |
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|
80米 |
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其他材料 |
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施工费 |
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合计 |
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施工质量保证及技术服务
坚决按照国家有关规范，精心组织施工，切实做到线路敷设、零部件插接和设备安装一次到位。严格按照功能需要和国家标准的要求，合理布放设备，保证系统效果优良、运行稳定，达到最佳状态。认真接受监理和质检部门的检查与监督，适时进行整改和完善，绝不遗留任何质量隐患。由我方技术总监负责现场质量监督，坚决按照有关规范和程序施工，切实做到每个工序都一丝不苟。
工程竣工验收合格后，由我方负责向使用单位提供以下技术数据以便使用单位日后管理和维护。
a)系统设计方案
b)产品合格证
c)产品使用说明书
设备安装调试完毕经我方自检合格后，即报工程方与专家按照经济合同和国家有关标准及规范进行检测评定和验收。对验收中发现的问题，我方保证坚决、及时地予以整改，直至安装调试结果完全符合合同规定和达到最佳运行状态时为止。
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