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一个实例全面讲解机房如何做防雷接地?

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关于防雷接地这一部分介绍的比较少。下面我们就重点介绍一下防雷接地知识。 对于机房的接地,我们平时主要是 参考三个规范比较多。 《电子计算机机房设计规范》(GB 50174) 《建筑物防雷设计规范》(GB 50057) 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343) 本期我们来通过一个实例,详细了解 机房如何做防雷接地?


关于防雷接地这一部分介绍的比较少。下面我们就重点介绍一下防雷接地知识。


对于机房的接地,我们平时主要是 参考三个规范比较多。

《电子计算机机房设计规范》(GB 50174)

《建筑物防雷设计规范》(GB 50057)

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343)


本期我们来通过一个实例,详细了解 机房如何做防雷接地?


一、为什么要做防雷接地?

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。



 

二、机房防雷的必要性


雷击可以产生不同的破坏形式,国际电工委员会已将雷电灾害称为“电子时代的一大公害”,雷击、感应雷击、电源尖波等瞬间过电压已成为破坏电子设备的罪魁祸首。从大量的通信设备雷击事例中分析,专家们认为:由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲(LEMP)是机房设备损坏的主要原因。为此采取的防范原则是“整体防御、综合治理、多重保护”。力争将其产生的危害降低到最低点。


 三、机房防雷接地系统设计


一、防雷设计

防雷接地系统是弱电精密设备及机房保护的重要子系统,主要 保障设备的高可靠性, 防止雷电的危害。中心机房是一个设备价值非常高的场所,一旦发生雷击事故,将会造成难以估量的经济损失和社会影响,根据GB50057《建筑物防雷设计规范》和IEC61024-1-1标准的有关规定,中心机房的防雷等级应定为二类标准设计。


目前大楼总配电室根据建筑物防雷设计规范,提供了第一级防雷,因此,在本工程网络中心机房 市电配电柜前配置第二、三级复合防雷器。

防雷器采用独立模块,并应具有失效告警指示,当某个模块被雷击失效时 可单独更换该模块,而不需要更换整个防雷器。


二三级复合防雷器的主要参数指标:单相通流量为:≥40KA(8/20μs),响应时间:≤25ns


二、接地系统设计

国家标准GB50174《计算机机房设计规范》中计算机机房应具有以下四种地:计算机系统的直流地、交流工作地、交流保护地和防雷保护地。

各接地系统电阻如下:

? 计算机系统设备直流地接地电阻不大于1Ω。

? 交流保护地的接地电阻应不大于4Ω;

? 防雷保护地的接地电阻应不大于10Ω;

? 交流工作地的接地电阻应不大于4Ω;


1、机房室内等电位连接

在机房内设立一环形接地汇流排,机房内的设备及机壳采用S型的等电位连接形式,连接到接地汇流排上, 50*0.5铜铂带敷设在活动地板支架下 ,纵横组成1200*1200网格状,在机房一周敷设30*3(40*4)的铜带,铜带配有专用接地端子,用编织软铜线机房内所有金属材质的材料都做接地,接入大楼的保护地上。

工程中的所有接地线(包括设备、SPD、线槽等)、金属线槽搭接跨接线均应做到短、平、直,接地电阻要求小于或等于1欧姆。


2、机房屏蔽设计

整个机房屏蔽采用彩钢板进行六面体屏蔽,屏蔽板之前采用无缝焊接,墙身屏蔽体每边跟接地汇流排接地不少于2处。


3、机房接地装置设计

由于机房接地电阻要求较高,在该大楼附近另外增加人工接地装置,在地网槽内打入15根镀锌角钢,并用扁钢焊接起来,并采用降阻剂回填。机房静电接地 采用50mm2多股铜芯线穿管引入。


接地装置的接地电阻要求小于或等于1欧姆。



 四、机房地网制作方法

一、标准接地网的制作

      在距建筑物1.5~3.0m处,以6m*3m矩形框线为中心,开挖宽度为0.8m、深0.6~0.8m的土沟,两长边中间贯通 ,采用长2.5m的L5(5*50*50)镀锌角钢 ,在沟底的每个交点处垂直打入一根,共计6-20根,作为垂直接地极;


然后采用4号(4*40)镀锌扁钢将六根角钢焊接连通,作为水平接地极;再用4号镀锌扁钢焊在地网框架的中间部位,引出至机房外墙角,离地高0.3m,作为PE接地端;最后从该接地端引出16-50平方毫米以上护套地线,沿墙边穿墙进入室内,连至机房内等电位接地汇集排。


二、利用大楼钢筋做地网

       新建或翻建机房时,可利用入地混凝土立柱子内的钢筋作接地装置。在立柱内选取至少4根主筋(对角或对称的钢筋),用氧焊接通后再焊在两根伸出柱面的M12以上铜螺纹管上,作为接地端,引线至机房,与等电位接地汇流排连通,等电位接地排可设在防静电地板下面。


 五、如何做机房防雷接地?

 所谓接地,即把电路中的某一金属壳与大地边接在一起,形成电气回路。 目的是为了让 电流易于流如入大地 ,对人及设备形成保护。


接地的方法:

直流地悬浮法 即直流地不接大地,与地严格绝缘;

直流地接地法, 把计算机等设备中数字电路等的电位点地和网络。

无论采用何种形式,均须有接地母线,接地地杖, 在此特别强调建议采用接地埋接地网络板, 能更好的引导至大地, 接地时应注意如下问题:

? 尽量不要在机房内把直流地和交流工作地短路或混接;

? 不允许交流线路与直流地线平行敷设,以防止干扰或短接;

? 直流地线网应装接在地板下,便于边接,即可减小接地电阻,便于泄流。


1、接地铜排

室内机房接地采用30*5(宽*厚,单位mm)规格之铜片,围绕机房墙壁一周离地面10cm高,且与室外接地体母线相连接。在铜片每隔50 cm钻一小孔,以利于分布在机房各区域的设备进行接地。


2、接地铜板

接地铜板采用宽60mm(厚10mm)之L型铜板固定于楼板,此铜墙铁壁板作为所有应与机房接地之设施的总接地。


3、地网

机房有架设高架地板,则应以2.5mm之多芯裸铜线缠绵高架地板柱做地网。


 六、机房防雷接地工程实例

一、项目情况

某数据中心机房位于大楼三层,面积约1000m2。

本工程配电采用TN-S系统,独立设置接地线(PE)。采用大楼联合接地系统,并且要求接地小于1欧姆。


机房内设有功能性接地和保护性接地,共用一组接地装置。

1、保护接地 ,防雷保护接地延引大楼的接地。

2、机房内做M网型结构均压等电位网格。 机房室内等电位做法在机房地板下沿机柜一周敷设等电位铜带30×3mm2(均压环),铜带用ZR-BVR6mm2与各机房动力配电柜PE排相连,并设置100*0.3mm2铜箔等电位网格。机房动力设备的地线、动力设备的外壳、不带电的金属管道、金属线槽外壳、计算机设备外壳、防静电地板支架、吊顶龙骨、等均须用ZR-BVR6mm2与等电位铜排网络就近可靠相连。机房内设置等电位端子箱,机房内等电位端子箱采用ZR-BVR50mm2的电缆与大楼综合接地端可靠连接。机房等电位接地示意图如图1-1所示。



二、防雷设计思路

一个完整的防雷方案包括 防直接部分 防感应雷击两部分 ,中心机房所在的建筑物已具备 直接雷击防护措施 ,因此本方案 只对机房电子设备的配电系统采取相应的防感应雷击措施。


工程计算机交流配电系统 采用三级防雷:

第一级在大楼低压配电室内加装防雷器,实现第一级防雷(由大楼实现)。

第二级在UPS输入配电柜内加装B级防雷器,实现第二级防雷。

第三级在机房UPS输出列头配电柜内加装C级防雷器,实现第三级防雷。


机房防雷设计示意图如图2-1所示:

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 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。



5、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。



六、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。


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;


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;


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。

 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 服务器输入端口处安装单口 RJ45 端口信号避雷器,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 ,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,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,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或采用机架式视频信号防雷箱,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,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。







 五、机房防雷接地注意事项

1、考虑到雷电或其他电信设备的干扰,计算 机房不宜设置在大楼的顶层或靠外墙侧 ,特殊情况限制的,应设置屏蔽层防止雷电干扰。对于特别重要的计算机系统,应考虑设置独立的屏蔽机房。建筑物(包括计算机机房)内设备及管线接地安装应按照相关规范执行,做好等电位联结;


2、 防止雷电危害还应防雷击引起的电磁脉冲 ,计算机房的配电箱应设置SPD(防电磁浪涌)保护装置,防止机房供电电源由于雷击电磁脉冲而造成断电。另外,对于重要的系统主机,其通讯电缆也应设置SPD保护装置,由于通讯电缆数量一般比较多,因此通讯线的保护设置应根据具体实际情况合理设置;


3、 电气接地系统宜采用TN-S接地系统 ,PE线与相线分开,机房电源接入处应做重复接地;


4、机房接地一般分为 交流工作接地、直流工作接地、安全工作接地、防雷保护接地。 根据《建筑物防雷设计规范》的要求, 防雷设计采用共用接地系统时,各接地系统宜共用一组接地装置。 信息系统的所有外露导电物(各种箱体、壳体、机架等金属组件)应建立一等电位联结网络。


因此,电气防雷设计应在计算机房设置专用的等电位联结排,通过引下线与大楼总等电位联结排连接。根据共用接地系统的层层等电位原则,采用结构主钢筋作为引下线,更适用于共用接地系统。另外强调,大楼接地系统的接地电阻不应大于1Ω。

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  • 心平气和1118
    心平气和1118 2020年08月22日 15:04:38 2楼

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