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解决方案

机房防雷设计(解决方案)

字号+ 作者:wpch125 我要评论( )

前 言 雷电是一种自然现象。随着微电子、计算机技术的迅速发展,以集成电路为核心的各种测控及网络通讯系统已广泛应用于现代生活的各个领域。这类设备对过电压、过电流、电磁脉冲等外来干扰极其敏感且耐受能力极低。通过对雷电的能量波谱分析可知,雷电波能

前 言

雷电是一种自然现象。随着微电子、计算机技术的迅速发展,以集成电路为核心的各种测控及网络通讯系统已广泛应用于现代生活的各个领域。这类设备对过电压、过电流、电磁脉冲等外来干扰极其敏感且耐受能力极低。通过对雷电的能量波谱分析可知,雷电波能量主要集中在低频段,极易与工频(50HZ)的供电线路形成耦合,造成雷电波的侵入;加之机房内的计算机设备采用了大量的微电子技术,由于微电子设备的特殊性,其速度快、精度高,但抗干扰能力差,极易毁坏。而雷电电磁脉冲是一种强电磁干扰源,以不同的途径侵入电子设备内部,轻则干扰设备的正常运行,造成数据失真;重则使电子设备局部损坏或整机报废。

一、雷电的防护原理
在低压供电系统、测量和控制系统、计算机网络,有许多因素可引起过电压浪涌。下面所述的四种造成的危害最大。
直击雷:
    如果雷电直接对有外部防雷装置的建筑物或者直接打到建筑物顶部的可以通过某种途径传输雷电流入地的装置放电(如室外天线,卫星接收装置等),使得地电位抬升,一大部分雷电流通过保护接地线进入到建筑物的装置和连接的设备。
雷电也可能直接对电源线(低压架空线)或数据线放电,大部分高能雷电流被引入到建筑物里。

附近的雷击:
一是,即使建筑物本身没有遭到雷击,附近的雷电闪击也可能引起建筑物装置上的过电压。这个浪涌过电压直接或通过电感性或电容性耦合到达电子装置、设备的线路上。或者通过雷电放电通道散发出的磁场,在设备的线路上感应出过电压,建筑物内的长导线回路特别容易感应出过电压。容性耦合是通过具有高电位差的两点之间的电场产生的,例如在雷电放电通道和金属导线之间。

附近的雷击----雷击电磁脉冲辐射
二是,雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面,导致地电压升高,并在周围形成巨大的跨步电压。部分雷电流可能通过大地传送到接地系统从而入侵建筑物内部设备形成地电位反击。或者其它防雷装置在对地泄放防雷流时引起接地装置的电位升高,并沿接地系统入侵建筑物内部设备形成地电位反击。


附近的雷击----地电位反击
远处的雷击:
一是在几公里甚至几十公里的范围内,雷电击中电力或信息通讯线路,然后沿着传输线路侵入设备。
二是在几公里的范围内的雷电闪击,也可能在低压导线、数据线上感应过电压,该过电压也可能将高电压传导到建筑物的接地装置上,从而对电子设备造成极大的危害。甚至云层之问或云层内部的放电产生的瞬变电磁场也能耦合过电压到导线中。
开关浪涌:
开关浪涌来自电路的闭合、断开的转换操作,来自感性和容性负载的开关操作,也来自短路电流的阻断。特别地,大型用电系统或变压器的断开可能引起对邻近的电子设备的损坏。
雷电的破坏力主要表现为:
1   产生电效应、热效应和机械力破坏。
2   由于雷电引发的电荷分布不均匀,通过静电感应而产生的局部过压使电子设备损坏。
3   由于雷电流形成的电磁场变化,通过电磁感应使周围导体产生过压。
4   雷击使微电子设备地电位升,导致高电位地反击。

 

方案设计

一、本防雷工程方案的组成:
这次的防雷方案主要包括三大部分:
第一部分:设备防雷,包括电源防雷和信号防雷二大类。
第二部分:等电位处理、屏蔽,等电位处理也可称共地处理,即工作地、防雷地、保护地均进行等电位连接,消除各点之间的电位差。金属线管的屏蔽接地,其目的是将线管上已感应的电磁干扰在进入设备之前疏导入地。
二、方案达到的目的:
完善机房的防雷措施,保护好机房工作人员人身安全及计算机正常运行和系统设备的安全。
三、方案的具体内容:
(一)防雷的等级分类:
由于雷击的能量是非常巨大的,需要通过分级泄放的方法,将雷击能量逐步泄放到大地。第一级防雷器可以对于直接雷击电流进行泄放,或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放,对于有可能发生直接雷击的地方,必须进行CLASS—I的防雷。第二级防雷器是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备,对于前级发生较大雷击能量吸收时,仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会传导过来,需要第二级防雷器进一步吸收。同时,经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射LEMP,当线路足够长感应雷的能量就变得足够大,需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对LEMP和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。

 

(二)、电源部分:
1.   电源的第一级保护:
第一级保护的目的是防止浪涌电压直接从LPZ0区传导进入LPZ1区,将数万至数十万伏的浪涌电压限制到2500—3000V。入户电力变压器低压侧安装的电源防雷器作为第一级保护时应为三相电压限压型电源防雷器。该级电源防雷器应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防雷器。
根据国标GB50057-94《建筑物防雷设计规范》,我们选择在机房的总配电柜处安装一台LGA601P单相并联式电源防雷箱,流容量60KA(8/20uS)。(共1台)作为电源的第一级保护:
2.   电源的第二级保护:(UPS电源的的防雷保护)
UPS是一种集数字和模拟电路,自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备;可以在市电出现异常时,有效地净化市电;可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电。一般UPS与市电为并联关系,对整个电路起保护作用。同时,UPS也是电源防雷的重要一环。所以我们针对UPS采用单独对其进行保护的防雷设备。LGA系列是专针对UPS设计的,能将残余浪涌电压的值直接降低到700V以内,对于瞬态过电压具有极好的抑制作用, 能最大限度的保护UPS。
根据国标GB50057-94《建筑物防雷设计规范》,我们选择在机房的UPS电源前端安装一台LGA401P单相串联式电源防雷模块,作为电源的第二级保护。,流容量40KA(8/20uS)。
3.电源第三级防雷保护:
第三级防雷器的保护目的是将残余浪涌电压的值进一步减少,将残余浪涌电压的值降低到1000V以内,使浪涌的能量有致损坏设备。在电子信息设备交流电源进线端安装的电源防雷器作为第三级保护时应为限压型电源防雷器,其雷电通流容量不应低于10KA。 最后的防线可在用电设备内部电源部分采用一个内置式的电源防雷器,以达到基本消除微小的瞬态过电压的目的。该处使用的电源防雷器要求的最大冲击容量为每相20KA或更低一些,要求的限制电压应小于1000V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备具备第三级保护是必要的,同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。
根据机房内的弱电信号防雷要求,需要把机房机柜内所有的插座改成LGA101Z防雷插座作,以达到第三级的防雷效果。
(三)、均压环:
均压环是网络机房内部防雷接地的一个重要组成部分:为了实现均压和就近接地的原则,一般我们在静电地板下采用铜排做均压网格(设在屋内)为了更好的内部防雷而安装的围绕设备四周的扁铜排。机房内设备上所有需要进行的接地,都必须先接到等电位均压环上,等电位均压环通过接地线再连接到地网上。
机房均压环:均压环用30*3的紫铜排制作(也可用等电位汇流盒),环绕机房内壁一周,安装在静电地板下面。机房内有静电底板,可以在静电底板下施工。
(四)、屏蔽处理:
屏蔽处理对于电子信息系统很重要。对一个网络系统,或者一台设备,以及进出该系统或者该设备的所有金属导电线路采取了很好的屏蔽措施,那么雷电产生的电磁辐射就无法侵入该系统和该设备。
本方案采用对中心机房的金属窗户、门屏和机柜进行蔽处理,用导线将窗户、门接和所有金属机柜引下线连接到均压环上。
(五)、接线标准:
1. 采用6mm2的BVR铜线作为机房内正常工作不带电的金属外壳(如机房的金属门窗、金属吊顶、防静电地板支撑架、设备外壳等)的接地线。接到接地汇集排上,具体数量由施工现场而定。
2. 电源防雷器安装标准:
1)第一级电源防雷器连接采用16mm2的BVR铜线
2)第二级电源防雷器连接采用10mm2的BVR铜线
3)第三级电源防雷器连接采用6mm2的BVR铜线
4)信号防雷器连接采用6mm2或4mm2的BVR铜线
3. 电源防雷器接地标准:
1)第一级电源防雷器接地采用25mm2的BVR铜线
2)第二级电源防雷器接地采用16mm2的BVR铜线
3)第三级电源防雷器接地采用10mm2的BVR铜线
4)信号防雷器连接采用10mm2或6mm2的BVR铜线
4. 建筑接地端子与均压环或汇流排的连接采用35mm2的BVR铜线,汇流排或均压环与机柜和控制台连接采用6mm2的BVR铜线。并且接地线最好为直线,不能为弹簧型。
防雷器接地线≤0.8米。

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