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    常見問題

    機房工程中防雷接地的建設方案

    作者: 發布時間:2020-03-26 16:21:48點擊:
    1 系統概述

    防雷接地系統一直是數據機房關注的重點,技術日趨成熟。目前,雷電對設備的破壞途徑更加多樣化,破壞程度更加廣泛和深入。防雷接地系統必須從系統角度進行綜合防御,提供高效接閃體,安全引導雷電流入地,完善低電阻地網,清除地面回路,進行電源浪涌沖擊防護和信號及數據線瞬變防護。

    2 設計思路

    防雷接地系統包括防雷保護和接地保護兩個關聯的子系統。

    在防雷保護方面,本項目主要考慮室內雷電防護方面的內容,室外防雷措施已在建筑土建施工時進行考慮。室內防雷措施主要是在各主要供配電鏈路上安裝必要的防雷保護器來進行過電壓保護。

    在接地保護方面,把正常情況下不帶電而在故障情況下可能帶電的電氣設備外殼、構架、支架通過接地和大地接連起來,其作用就是將電氣設備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接,降低接點的對地電壓,避免人體觸電危險。

    國家標準《計算站場地技術文件(GB 2887—89)》及《計算機機房設計規范(GB 50174—2008)》中均對計算機機房接地系統的要求作了具體的規定。標準計算機機房一般應具有以下四類接地,計算機系統直流地、交流工作地、安全保護地和防雷保護地。這四類接地在采用綜合接地方式,共同使用一個等電位MEB接地系統時,要求接地電阻≤1 Ω。

    3 防雷設計

    3.1 雷電防護分區和防雷等級

    3.1.1 雷電防護區

    雷電防護區的劃分是將需要保護的控制雷電電磁脈沖環境的建筑物,從外部到內部劃分為不同的雷電防護區(LPZ),見圖1。

    圖1 建筑物外部和內部雷電防護區劃分

    本項目機房所在的建筑物外層防雷系統由大樓建設單位完成,本設計方案重點對第二防護區(LPZ2)和后續防護區(LPZn)進行防雷設計,針對機房電源進行防雷保護。本項目在UPS市電配入電柜都安裝二級電源防雷器,在UPS市電配出電柜都安裝三級電源防雷器,將雷擊對電源的影響減到最低。

    3.1.2 雷電防護分級

    建筑物電子信息系統可根據其重要性、使用性質和價值,按表1 選擇確定雷電防護等級。

    表1 建筑物電子信息系統雷電防護等級的選擇表

    雷電防護等級電子信息系統A級1)大型計算中心、大型通信樞紐、國家金融中心、機場、大型港口、火車樞紐站等。2)甲級安全防范系統,如國家文物、檔案庫的閉路電視監控和報警系統。3)大型電子醫療設備和五星級賓館。B級1)中型計算中心、中型通信樞紐、移動通信基站、大型體育場(館)監控系統、證券中心。2)乙級安全防范系統,如省級文物、檔案庫的閉路電視監控和報警系統。3)雷達站、微波站、高速公路監控和收費系統。4)中型電子醫療設備。5)四星級賓館。C級1)小型通信樞紐、電信局。2)大中型有線電視系統。3)三星級以下賓館。D級除上述A、B、C級以外一般用途的電子信息系統設備。

    根據被保護建筑物所在地區的地形地質和氣象條件情況,以及建筑物內各樓層及樓頂被保護的電子信息系統設備的分布狀況,本設計方案確定本項目的雷電防護等級為B級。

    3.2 防雷系統設計

    3.2.1 系統要求

    根據分區的原則,應在機房系統不同防雷區界面,對正常不帶電的金屬直接進行等電位連接,而對帶電的線路則使用SPD(過電壓保護器)做等電位連接。根據界面的不同,使用不同試驗波形、不同能量、不同容量的SPD安裝在不同的位置,構成分級防護。

    第一級能承受直接雷擊的高能量SPD,泄放雷電流的主要能量。這一級的防護不在本方案的設計范圍內,本方案重點設計第二級和第三級。

    第二級限制雷電經過第一級的殘壓或產生的感應過電壓。第三級對設備進行精細保護,同時限制操作過電壓。防雷方案中須考慮防雷器失效情況下的保護電路設計,要包含對地電位反擊的防護措施。

    3.2.2 防雷器的配置

    在大樓機房內UPS配電柜SD01和SD02輸入端各安裝1個二級電源防雷器,接在進入大樓的電力電纜末端。這些防雷器與機房大樓的一級防雷相配合,實現二級防雷措施,防止將雷電引入機房內供電系統,對整個機房的用電設備進行有效的保護。

    機房內電氣設備的保護,一般采用C級防雷器。針對一般機房設備的分布特點,在機房內UPS輸出配電柜PM-A和PM-B輸入端,各安裝B級電源防雷器,實現三級防雷措施對機房內的各種用電設備進行保護。

    3.2.3 防雷器選擇

    選用電源用SPD考慮的原則:

    1)被保護設備所處雷區的雷電浪涌強度;
    2)被保護設備對雷電浪涌的暴露程度;
    3)被保護設備的重要程度和價值。

    選用電源用SPD考慮的主要技術參數有最大放電電流Imax、持續工作電壓Uc、漏電流Ip。

    1) 最大放電電流Imax 在配電柜電源輸入端,可加裝第二級保護。以衢州為例,已測到的最大雷電流強度為122 kA,年雷暴日數為45 d,屬多雷區。

    根據《建筑物防雷設計規范(GB 50057—94)》,感應雷最大電流Ig可按最大雷電流強度Is的50%計算,取安全系數Ks=1.3,則有Imax2≥Ks×Ig=Ks×Is×50%=1.3×122×50%=79.3(kA)對一些重要的微電子設備,可以在設備前端加裝第三級保護,其目的是可以獲得更低的殘壓,使保護更可靠。根據GB 50057—94,感應雷最大電流Ig可按最大雷電流強度Is的30%計算,取最大雷電流強度為122 kA×50%=61 kA,取安全系數Ks=1.3,則有Imax3≥Ks×Ig=Ks×Is×30%=1.3×61×30%=23.79(kA)

    2) 持續工作電壓Uc 浪涌保護器的最大連續工作電壓小于Uc,應滿足使用現場電網電壓的波動。對于供電質量比較差的地區,Uc至少應大于320 V。因為浪涌保護器的工作時間是以微秒計算,一般不超過100 μs,而工頻電壓一個周波長為20 ms,足以燒壞浪涌保護器。

    3) 漏電流Ip 漏電流根據《計算機信息系統防雷保護器(GA 173—98)》規定,并聯型電源避雷器的漏電流應小于20 A。漏電流Ip越大,電涌保護器將聚集能量而發熱的可能性增大,而漏電流又是隨著壓敏電阻的溫度升高而增大的,因此,此時該壓敏電阻就處于惡性循環狀態。這也表明了漏電流隨時間的變化率(增加率)越大,電涌保護器聚集能量將越快,從而性能會越差,保護器使用壽命下降。一般情況下,保護器的漏電流小于10 A為宜。

    根據SPD的選用原則和主要技術參數,我們使用德國OBO BETTERMANN公司的防雷及過電壓保護器(SPD)。二級電源防雷器采用型號規格為V25-B C/3 NPE的防雷產品,三級電源防雷器采用型號規格為V25-C/3 NPE的防雷產品,其主要技術參數均符合技術要求。

    3.3 配電柜中防雷器的設計圖

    配電柜中的防雷器設計圖見圖2、圖3。
    圖2 電源防雷器示意圖
    圖3 市電輸入柜內的二級SPD防雷器設計圖

    4 接地系統設計

    機房防雷接地系統設計為多點聯合接地方式,將強電、弱電、安全保護、防雷共用接地由匯流接地排重復引入大地。

    做好計算機機房接地系統的建設主要有兩個目的:

    1)機房建立接地系統是為了設備和人身的安全。在機房中要做到安全用電,保護設備和工作人員的安全,做好接地系統建設是必需的。特別是做好防雷電的措施,對人和設備的安全尤為重要。

    2)機房建立接地系統是計算機設備穩定、可靠工作的需要。由于計算機設備和通訊設備都要求有可靠的工作參考點,即等電位。另外,還有防干擾的屏蔽問題和防靜電的問題,都需要通過建立良好的接地系統解決。

    在接地系統設計時,首先要求土建在主機房、配電室內預留弱電系統專用接地點,接地電阻阻值≤1 Ω。然后,在中心機房、運營商機房、監控室、UPS配電室等區域使用30 mm×4 mm的紫銅排安裝組成共用的等電位接地銅網,機房內所有設備的金屬外殼和金屬線管、龍骨等金屬部件都必須接地處理,采用ZR-BVR 6 mm2的導線與接地銅網連接。

    監控室、配線間內所有設備的金屬外殼和金屬線管等金屬部件都必須接地處理,采用規格ZR-BVR 6 mm2導線與接地銅網連接。

    根據機房需要,我們把一定截面積的銅帶,在活動地板下面交叉排成600 mm×600 mm的方格,其交叉點與活動地板支撐架的位置交錯排列。交點處用錫鎳焊接或壓接在一起。為了使直流網格地與大地絕緣,在銅帶下應墊上2~3 mm厚的絕緣板,形成與結構樓板地面的絕緣,其對地電阻為1 MΩ以上,絕緣板選用絕緣強度高、吸水性差、耐油污的材料制作?;顒拥匕宓闹渭?通過ZR-BVR 6 mm2導線與接地銅網連接。

    為確保配電柜、UPS設備、精密空調和機柜等重要設施的接地效果,設計方案中采用2根不同長度的ZR-BVR 10 mm2導線與銅網連接。

    機房裝修工程中的防雷接地,主要共用的接地銅網必須可靠地和大樓等電位體相連接。本項目中,機房共用接地網通過2根不同長度的ZR-BVR 50 mm2導線和大樓等電位體。

    5 施工工藝
    5.1 施工過程具體要求
    1)主機房、電源間的地面用30 mm×4 mm銅帶敷設環行接地母線,地板支架接地點主機房內不少于30點。
    2)機房內所有的工作地、安全保護地、防靜電接地、金屬隔斷、金屬門窗,和線槽、管道、電纜屏蔽層等等,均接在該地網上,形成聯合接地。聯合接地的接地電阻值應≤1 Ω。
    3)所有機柜和設備采用設備或外殼對角線兩點與接地母線緊密連接,接地支線應盡可能短。
    4)配電柜接地排與接地母線連接。
    5)等電位接地網格與引至本層的專用接地母線采用接地端子排進行連接。見圖4。
    圖4 機柜、配電柜等設備的接地示意圖
    6)接地線不能并接,接地匯流排上的每個螺絲只能接一根地線,接地線應符合要求,且接觸良好并做好防氧化處理。

    5.2 吊頂龍骨防雷接地
    吊頂主龍骨采用輕鋼QC75鐵質龍骨,副龍骨采用T型(或三角型嵌入式)鋼制龍骨,在龍骨的連接、交叉處用自攻螺絲緊固加強聯接性能,規格ZR-BVR 6 mm2的等電位接地線與機房接地母排聯接成一體。

    5.3 鋼骨架金屬板墻面防雷接地
    采用金屬骨架聯接成一個整體的鋼質骨架,與表面金屬鋼板電氣連接。再用銅芯線與機房接地母排聯接一體。

    5.4 防靜電活動地板防雷接地
    用銅帶在機房活動地板下交叉排成方格,其交叉點與活動地板支撐的位置交錯排列。交點處壓接在一起。為了使直流網格地和大地絕緣,在銅帶下墊約3 mm厚的絕緣物體。直流接地干線由大樓提供專用接地就近引入。
    活動地板的鋼質支架用電線相互連接,再與機房接地母排聯接一體。另外,非計算機系統的管和金屬的門、窗等均作接地處理且保證等電位。

    5.5 其他防雷接地
    1)凡外露的正常狀態下不帶電的電子計算機系統設備金屬殼體,必須與保護接地裝置可靠連接;
    2)各類接地裝置的安裝及其接地電阻值應符合設計要求,連接正確;
    3)交流電源線路不得于直流工作地線緊貼平行敷設;
    4)等電位連接可靠,接地材料選擇銅質材料。

    6 結 語
    防雷接地系統的成功建設,順利通過了政府有關部門的驗收,為中心機房的安全應用奠定了扎實基礎。
    本次機房工程中防雷接地的設計方法,簡單明了,易于理解。建設內容的投入資金較少,應用效果良好。本項目已成為業界的經典工程,并具有良好的示范作用和推廣意義。
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