機(jī)房綜合防雷的總體設(shè)計(jì)與應(yīng)用論文
1引言
雷電是日趨嚴(yán)重的的自然災(zāi)害之一，現(xiàn)代的通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不斷進(jìn)步，聯(lián)網(wǎng)化程度越來越高;通訊設(shè)備越來越多，規(guī)模越來越大，大規(guī)模集成電路的工作電壓越來越低，耐壓程度也明顯減低，使設(shè)備對電氣環(huán)境的依賴很強(qiáng)，根據(jù)保險(xiǎn)公司的統(tǒng)計(jì)，近年來雷電與過電壓損壞在電子設(shè)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。并且由于雷電過電壓損壞造成的系統(tǒng)停頓、業(yè)務(wù)停頓、重要數(shù)據(jù)丟失、甚至系統(tǒng)崩潰，往往給用戶造成的間接經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直接的硬件損失。因此避雷、過電壓防護(hù)已成為具有時(shí)代特點(diǎn)的一項(xiàng)迫切要求。
隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)迅速發(fā)展和電子信息時(shí)代的到來，隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)越來越深入人們生活和工作中，同時(shí)也預(yù)示著數(shù)字化、信息化時(shí)代的來臨。這些微電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的普遍應(yīng)用，使得防雷的問題顯得越來越重要。由于微電子設(shè)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電壓、電力系統(tǒng)操作過電壓、靜電放電、電磁輻射等電磁干擾非常敏感。如果防護(hù)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(tǒng)設(shè)備，更為重要的是使系統(tǒng)的通訊中斷、工作停頓、聲譽(yù)受損，其間接損失無法估量。
2雷電的侵害方式
2.1直擊雷電
雷電直接擊在機(jī)房所在的建筑物上，造成對建筑物或機(jī)房內(nèi)的電氣設(shè)備放電，如圖1所示。放電產(chǎn)生強(qiáng)大的雷擊沖擊電流，強(qiáng)大的雷擊電流將有可能造成建筑物著火;如果雷擊電流直接向機(jī)房內(nèi)的電氣設(shè)備放電，那么直擊雷電的強(qiáng)大電流會(huì)使機(jī)房內(nèi)的電氣設(shè)備的絕緣遭到擊穿造成設(shè)備焚毀。
2.2感應(yīng)雷電
雷電直接擊在機(jī)房所在建筑物周圍的其它建筑物上或設(shè)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)通過電磁感應(yīng)等方式沿導(dǎo)線或金屬導(dǎo)體進(jìn)人機(jī)房，造成機(jī)房內(nèi)部的電氣設(shè)備過電壓，當(dāng)感應(yīng)雷過電壓足夠高時(shí)，則將引起機(jī)房內(nèi)部的電線、金屬管道、電氣設(shè)備放電而造成設(shè)備燒毀。
2.3線路雷擊
當(dāng)機(jī)房供電回路受到直接雷電或感應(yīng)雷電時(shí)，強(qiáng)大的雷擊電流會(huì)沿著供電路向機(jī)房內(nèi)的電氣設(shè)備流動(dòng)，雷擊產(chǎn)生的高電壓可高達(dá)幾十萬伏，使機(jī)房內(nèi)的電氣設(shè)備絕緣損壞造成電氣設(shè)備、電子設(shè)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(tǒng)防雷點(diǎn)多面廣，因此，為了保護(hù)建筑物和建筑物內(nèi)各向電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不受雷電損害或使雷擊損害降低到最低程度，應(yīng)從整體防雷的角度來進(jìn)行防雷方案的設(shè)計(jì)。現(xiàn)在都采取綜合防雷，綜合防雷設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括兩個(gè)方面：直擊雷的防護(hù)和感應(yīng)雷的防護(hù)，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險(xiǎn)的[3]。
3.1直擊雷的防護(hù)
如果無直擊雷防護(hù)，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經(jīng)進(jìn)出建筑物的導(dǎo)體型線路(電源線、信號(hào)線等到)，這樣的損害就非常之嚴(yán)重，因此做好直接雷擊防護(hù)是做感應(yīng)雷擊防護(hù)的前提;直擊雷防護(hù)按照國標(biāo)GB50057《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)和施工，主要使用避雷針、網(wǎng)、線、帶及良好的接地系統(tǒng)，其目的是保護(hù)建筑短短的不受雷擊的破壞，給建筑物內(nèi)的人或設(shè)備提供一個(gè)相對安全的環(huán)境。
3.2電源系統(tǒng)的防護(hù)
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料表明，微電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)80%以上的雷害事故都是因?yàn)榕c系統(tǒng)相連的電源線路上感應(yīng)的雷電沖擊過電壓造成的。因此，做好電源線的防護(hù)是整體防雷中不容忽視的一環(huán)。
3.3信號(hào)系統(tǒng)的防護(hù)
盡管在電源和通信線路等外接引人線路上安裝了防雷保護(hù)裝置，由于雷擊發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)線(如雙絞線)感應(yīng)到過電壓，仍然會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，甚至徹底破壞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。雷擊時(shí)產(chǎn)生巨大的瞬變磁場，在1公里范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò)金屬連線等都會(huì)感應(yīng)到極強(qiáng)的感應(yīng)雷擊;另外，當(dāng)電源線或通信線路傳輸過來雷擊電壓時(shí)，或建筑物的地線系統(tǒng)在瀉放雷擊時(shí)，所產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電流，對于網(wǎng)絡(luò)傳輸線路來說，所感應(yīng)的過電壓已經(jīng)足以一次性破壞網(wǎng)絡(luò)。即使不是特別高的過電壓，不能夠一次性破壞設(shè)備，但是每一次的過電壓沖擊都加速了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的老化，影響數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)，甚至DOWN機(jī)，直至徹底損壞。所以網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線的防雷對于網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)的整體防雷來說，是非常重要的`環(huán)節(jié)。
3.4等電位連接
集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主干交換機(jī)所在的中心機(jī)房應(yīng)設(shè)置均壓環(huán)，將機(jī)房內(nèi)所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設(shè)備外殼以及所有進(jìn)出大樓的金屬管道等金屬構(gòu)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(shè)施有效發(fā)揮作用的保障。
4機(jī)房雷電防護(hù)應(yīng)用
4.1電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)
對于網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)的電源線防護(hù)，首先，進(jìn)入系統(tǒng)總配電房的電源進(jìn)線，應(yīng)采用金屬鎧裝電纜敷設(shè)，電纜鎧裝層的兩端應(yīng)良好接地;如果電纜沒有鎧裝層，則就將電纜穿鋼管埋地，鋼管兩端接地，埋地的長度應(yīng)不小于15米。由總配電房至各大樓的配電箱以及機(jī)房樓層配電箱的電力線路，均應(yīng)采用金屬鎧裝電纜進(jìn)行敷設(shè)。這樣可以大大減少電源線感應(yīng)過電壓的可能性。其次，在電源線路上安裝電源防雷器，是必不可少的防護(hù)措施。根據(jù)IEC防雷規(guī)范中有關(guān)防雷分區(qū)的要求，將電源系統(tǒng)分為三級(jí)保護(hù)。可在系統(tǒng)總配電房的配電變壓器低壓側(cè)安裝最大流通容量100KA~150KA的一級(jí)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(jí)電源防雷箱;在機(jī)房的重要設(shè)備(如交換機(jī)、服務(wù)器、UPS等)的電源進(jìn)線處安裝最大通流容量40KA的三級(jí)電源防雷器;如圖4所示。根據(jù)情況可在在機(jī)房的重要設(shè)備UPS電源前安裝單相兩級(jí)聯(lián)動(dòng)串聯(lián)式電源防雷箱。所有防雷器均應(yīng)良好接地。
從機(jī)房目前的情況來分析，供電線路穿越各級(jí)防雷區(qū)，考慮到機(jī)房各種不同用電設(shè)備的耐過壓的能力，我們建議采用如下的電源系統(tǒng)防雷方案，以達(dá)到最佳的防護(hù)效果和最經(jīng)濟(jì)的投入。由于機(jī)房UP不間斷電源設(shè)備是用于為機(jī)房內(nèi)系統(tǒng)各用電設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠和高質(zhì)量的用電環(huán)境唯一的重要設(shè)備，并且是由市電供電輸人機(jī)房的主要途徑，所以我們將電源系統(tǒng)防護(hù)的重點(diǎn)放在了對UPS不間斷電源的保護(hù)上。在機(jī)房專用配電柜、UPS電源做兩級(jí)輸入防雷保護(hù)。具體的防護(hù)措施為：
一級(jí)保護(hù)：在機(jī)房配電柜前裝三相電源防雷器(單相電源防雷器)。
二級(jí)保護(hù)：在UPS電源前裝三相電源防雷器(單相電源防雷器)。
三級(jí)保護(hù)：在重要設(shè)備處裝電源防雷插座。
4.2通訊系統(tǒng)的防雷
一般來說，網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)是由主服務(wù)器及中心交換機(jī)和各分交換機(jī)以及路由器、服務(wù)器、相當(dāng)數(shù)量的終端構(gòu)成。位于主機(jī)房內(nèi)的中心交換機(jī)通過廣域網(wǎng)路由器與外界聯(lián)系，通過光纖與各分交換機(jī)連接，分交換機(jī)通過集線器與各用戶終端相連。
通訊系統(tǒng)防雷包括由戶外引至戶內(nèi)的通訊線路，主要線路包括網(wǎng)絡(luò)通訊線路、專線、微波通信線(天饋線)、視頻線路等;根據(jù)貴方提供的機(jī)房情況信號(hào)線路都可能用光纖傳輸，所以可以不做保護(hù)，但光纖兩端要接地。如有光端機(jī)，光端機(jī)需保護(hù)。如不選用光纖則需按信號(hào)線路種類選取防雷器。
網(wǎng)絡(luò)傳輸線主要使用的是光纖和雙絞線。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。而雙絞線屏蔽效果較差，因此感應(yīng)雷擊的可能性比較大，應(yīng)將此類信號(hào)線敷設(shè)在屏蔽線槽中，屏蔽線槽應(yīng)良好接地;也可穿金屬管敷設(shè)，金屬管應(yīng)全線保持電氣上的連通，并且金屬管兩端應(yīng)良好接地。
4.3信號(hào)線上的防雷
在信號(hào)線路上安裝信號(hào)防雷器，對防感應(yīng)雷是一種行之有效的辦法。對于網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)，可在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線進(jìn)入到廣域網(wǎng)路由器之前安裝專用信號(hào)防雷器;在系統(tǒng)主干交換機(jī)、主服務(wù)器以及各分交換機(jī)、服務(wù)器的信號(hào)線入口處分別安裝RJ45接口的信號(hào)防雷器。信號(hào)防雷器的選型應(yīng)綜合考慮工作電壓、傳輸速率、接口形式等。所有防雷器均應(yīng)良好接地。
4.4安裝注意事項(xiàng)
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(hù)設(shè)備與信號(hào)通道之間;
信號(hào)防雷器的輸人端(IN)與信號(hào)通道相連，輸出端(OUT)與被保護(hù)設(shè)備相連并緊靠被保護(hù)設(shè)備安裝，不能接反;
把防雷器的接地線與防雷系統(tǒng)接地排可靠連接，接線越短越好，最長不能超過1m。
5結(jié)束語
防雷保護(hù)已成為電磁兼容研究的重要方面，同時(shí)也被列人了相應(yīng)的政策法規(guī)中。測控系統(tǒng)各種線路伸人到工廠的各種環(huán)境之中，采用任何一種單一的過電壓保護(hù)。
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