防雷工程-机房(网络机房防雷解决方案)

防雷通站长  •  2020-03-11  •  阅 302

网络机房防雷解决方案-随着通信技术、计算机网络技术的飞速发展,计算机和网络越来越深入人们生活和工作中,同时也预示着数字化、信息化时代的来临。 这些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。

一、前言

随着通信技术、计算机网络技术的飞速发展,计算机和网络越来越深入人们生活和工作中,同时也预示着数字化、信息化时代的来临。 这些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。

一般来说,网络集成系统是由主服务器及中心交换机和各分交换机以及路由器、服务器、相当数量的终端构成。位于主机房内的中心交换机通过广域网路由器与外界联系,通过光纤与各分交换机连接,分交换机通过集线器与各用户终端相连。

二、方案设计依据:

1.GB50174-93《电子计算机机房设计规范》

2.GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

3.GB50054-95《低压配电设计规范》

4.GA173-1998《计算机信息系统防雷保安器》

5.GB3482-3483-83《电子设备雷击试验》

6.IE1312-1∶1995《雷电电磁脉冲的防护通则》

7.ITU.TS.K20∶1990《电信交换设备耐过电压和过电流能力》

8.ITU.TS.K21∶1998《用户终端耐过电压和过电流能力》

三、防雷设计思路

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。

(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雷对于网络集成系统的整体防雷来说,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。

四、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。

五、接地系统

本机房有四种接地形式,即:计算机专用直流逻辑地、交流工作地、安全保护地、防雷保护地。

(1)、计算机机房接地系统

在机房活动地板下方安装铜排网,将机房所有计算机系统非带电壳体接入铜排网并由此引入大地。机房接地系统采用专用接地系统,专用接地系统由大楼提供,接地电阻≤1Ω。

(2)、机房内等电位接地具体做法:

用3mm×30mm的铜带,在机房活动地板下交叉排成方格,其交叉点与活动地板支撑的位置交错排列,交点处压接在一起,并在铜带下用垫绝缘子固定。在机房离墙400mm的距离沿墙采用3mm×30mm紫铜条造成一个M型或S型的地网,紫铜条间的接驳位用10mm镙母压接后烧铜焊,通过35mm2铜缆引下线驳接建筑物的联合接地体,这样就形成一个法拉第笼式接地系统,并保证接地电阻不大于1Ω。

机房等电位连接:将天花龙骨、墙身龙骨、活动地板支架、非计算机系统的管、金属的门、窗等均做等电位连接,并分别取多点通过16m m2的地线接入机房接地铜排网。

(3)、交流工作地

在电力系统中运行需要的接地(配电柜中性点接地),应不大于4欧姆。与变压器或发电机直接接地的中性点连接的中性线称零线;将零线上的一点或多点与地再次做电气连接称重复接地。交流工作地是中性点可靠地接地。当中性点不接地时,若一相碰地而人又触及另一相时,人体所受到的接触电压将超过相电压,而当中性点接地时,且中性点的接地电阻很小,则人体受到电压相当于相电压;同时若中性点不接地时,由于中性点对地的杂散抗阻很大,因此接地电流很小;相应的保护设备不能迅速切断电源,对人及设备产生危害;反之则行。

(4)、安全保护地

安全保护地是指机房内所有机器设备的外壳以及电动机、空调机等辅助设备的机体(外壳)与地之间做良好的接地,应不大于4欧姆。当机房内各类电器设备的绝缘体损坏时,将会对设备和操作及维修人员的安全构成威胁。所以应使设备的外壳可靠接地。

六、防雷保护地

即机房的防雷系统的接地,一般以水平连线和垂直接地桩埋设地下,主要是把雷电电流由受雷装置引到接地装置,应不大于10欧姆。

防雷装置可分为三个基本部分:即接闪器、引下线和接地装置,接闪器即接受雷电电流的金属导体。本方案只将加装防雷器的引下线与动力配电柜内的接地铜排连接。要求接地电阻≤4Ω。

七、防雷设计方案

(1)、直击雷的防护

机房所在大楼已有避雷针、避雷带等外部防雷设施,不再作外部防雷补充设计。如之前无直击雷防护,需在机房顶层做避雷带或是避雷网,若机房在空旷地带,视情况还需安装避雷针,避雷针、避雷带必须做好引下线,接入地网。

(2)、电源系统的防雷

1)、对于网络集成系统的电源线防护,首先,进入系统总配电房的电源进线,应采用金属铠装电缆敷设,电缆铠装层的两端应良好接地;如果电缆没有铠装层,则就将电缆穿钢管埋地,钢管两端接地,埋地的长度应不小于15米。由总配电房至各大楼的配电箱以及机房楼层配电箱的电力线路,均应采用金属铠装电缆进行敷设。这样可以大大减少电源线感应过电压的可能性。

2)、在电源线路上安装电源防雷器,是必不可少的防护措施。根据IEC防雷规范中有关防雷分区的要求,将电源系统分为三级保护。

① 可在系统总配电房的配电变压器低压侧安装流通容量80KA~100KA的一级电源防雷箱(如ZS150E-400);

② 在各大楼的总配电箱安装通流容量为60KA~80KA的二级电源防雷箱(如ZS150E-300);

③ 在机房的重要设备(如交换机、服务器、UPS等)的电源进线处安装通流容量20~40KA的三级电源防雷器(如ZSPD TT20KC/2);

④ 在机房控制中心硬盘刻录机及电视墙设备电源处用插座式防雷器(如FACP-10)

所有防雷器均应良好接地。选用防雷器要注意接口的形式和接地的可靠性,重要场所应设置专用的接地线,切不可将防雷接地线与避雷针接地线并接,且要尽量远离、分开入地。

(3)、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接口的信号防雷器(如RJ45-E100)。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。

① 服务器 100M 输入端口处安装单口 RJ45 端口信号避雷器(如RJ45-E100),以保护服务器。

② 24口网络交换机串联 24 口的 RJ45 端口信号避雷器(如RJ45-E100/24),避免因雷击感应或电磁场干扰沿双绞线窜入而毁坏设备。

③ 在DDN专线接收设备上安装单口RJ11端口信号避雷器(RJ11-TELE/2)或(RJ45-DDN/4),保护DDN 专线上的设备。

④ 在卫星接收设备前端安装同轴端口天馈线避雷器(CoaxB-N-JK),以保护接收设备。

3)、对于监控系统机房的防雷保护

① 在硬盘录像机的视频线出线端加装视频信号防雷器(CoaxB-CCTV)或采用机架式视频信号防雷箱(CoaxB-CCTV/12),12口全保护,安装方便。

② 在矩阵与视频分割器的控制线进入端加装控制信号防雷器(DB-RS485/422)。

③ 机房电话线采用(RJ11-TELE/2)音频信号防雷器,串接在电话机前端电话线处,安装方便,易维护。

④ 在报警器前端信号线接入处装控制信号防雷器(DB-RS485/422),对报警器信号线做有效的防雷保护。

注意:所有防雷器均应良好接地,选用防雷器要注意接口的形式和接地的可靠性,重要场所应设置专用的接地线,切不可将防雷接地线与避雷针接地线并接,且要尽量远离、分开入地。

(4)、机房等电位连接

在机房防静电地板下,沿着地面上布置40*3紫铜排,形成闭合环接地汇流母排。将配电箱金属外壳、电源地、避雷器地、机柜外壳、金属屏蔽线槽、门窗等穿过各防雷区交界的金属部件和系统设备的外壳,以及对防静电地板下的隔离架进行多点等电位接地就进至汇流排。并采用等电位连接线4-10mm2铜芯线螺栓紧固的线夹作为连接材料。同时在机房找出建筑物主钢筋,经测试确与避雷带连接良好,用14mm镀锌圆钢通过铜铁转换接头将接地汇流母排与之连接起来。形成等电位。采用联合接地网,目的是消除各地网之间的电位差,保证设备不因雷电的反击而损坏。

(5)、接地网制作设计

接地是避雷技术非常重要的环节之一,无论是直击雷或感应雷,最终都是把雷电流引入大地。因此,对于敏感的数据(信号)通信设备而言,没有合理而良好的接地系统是不能可靠避雷的。因此,对接地电阻 >1Ω 的大楼地网,需按照规范要求整改,以提高机房接地系统的可靠性。根据具体情况,通过沿机房大楼建立不同形式的接地网(包括水平接地体、垂直接地体)来扩大接地网的有效面积和改善地网的结构。

采用共用接地装置时,共用接地电阻值不应大于1Ω;采用专用接地装置时,其接地电阻值不应大于4Ω

基本要求如下:

( 1 )在大楼周围做接地网,用较少的材料和较低的安装成本,完成最有效的接地装置;

(2 )接地电阻值要求 R ≤1Ω ;

(3 )接地体应离机房所在主建筑物 3~5m 左右设置;

(4 )水平和垂直接地体应埋入地下 0.8m 左右,垂直接地体长 2.5m ,每隔 3~5m 设置一个垂直接接地体,垂直接地体采用 50×50×5mm 的热镀锌角钢,水平接地体则选 50×5mm 的热镀锌扁钢;

(5 )在地网焊接时,焊接面积应 ≥6 倍接触点,且焊点做防腐蚀防锈处理;

(6 )各地网应在地面下 0.6~0.8m 处与多根建筑立柱钢筋焊接,并作防腐蚀、防锈处理;

(7 )土壤导电性能差时采用敷设降阻剂法,使接地电阻 ≤1Ω ;

( 8 )回填土必须是导电状态较好的新粘土;

(9)与大楼基础地网多点焊接,并预留接地测试点。

以上是一种传统的廉价实用的接地方式,根据实际情况,接地网材料也可以选用新型技术接地装置,如免维护电解离子接地系统、低电阻接地模块、长效铜包钢接地棒等等