機房綜合防雷的總體設計與應用論文
機房綜合防雷的總體設計與應用論文
1引言
雷電是日趨嚴重的的自然災害之一，現代的通訊技術和計算機網路不斷進步，聯網化程度越來越高;通訊裝置越來越多，規模越來越大，大規模積體電路的工作電壓越來越低，耐壓程度也明顯減低，使裝置對電氣環境的依賴很強，根據保險公司的統計，近年來雷電與過電壓損壞在電子裝置的傷害事故原因中已佔絕對的因素，而且還有逐年上升的趨勢。並且由於雷電過電壓損壞造成的系統停頓、業務停頓、重要資料丟失、甚至系統崩潰，往往給使用者造成的間接經濟損失遠遠超過直接的硬體損失。因此避雷、過電壓防護已成為具有時代特點的一項迫切要求。
隨著城市現代化建設迅速發展和電子資訊時代的到來，隨著通訊技術、計算機網路技術的飛速發展，計算機和網路越來越深入人們生活和工作中，同時也預示著數字化、資訊化時代的來臨。這些微電子網路裝置的普遍應用，使得防雷的問題顯得越來越重要。由於微電子裝置具有高密度、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。如果防護措施不力，隨時隨地可能遭受重大損失。值得我們關注的是雷電不僅僅破壞系統裝置，更為重要的是使系統的通訊中斷、工作停頓、聲譽受損，其間接損失無法估量。
2雷電的侵害方式
2.1直擊雷電
雷電直接擊在機房所在的建築物上，造成對建築物或機房內的電氣裝置放電，如圖1所示。放電產生強大的雷擊衝擊電流，強大的雷擊電流將有可能造成建築物著火;如果雷擊電流直接向機房內的電氣裝置放電，那麼直擊雷電的強大電流會使機房內的電氣裝置的絕緣遭到擊穿造成裝置焚燬。
2.2感應雷電
雷電直接擊在機房所在建築物周圍的其它建築物上或裝置上放電，如圖2所示。如果建築物自身接地不好，雷擊就會透過電磁感應等方式沿導線或金屬導體進人機房，造成機房內部的電氣裝置過電壓，當感應雷過電壓足夠高時，則將引起機房內部的電線、金屬管道、電氣裝置放電而造成裝置燒燬。
2.3線路雷擊
當機房供電迴路受到直接雷電或感應雷電時，強大的雷擊電流會沿著供電路向機房內的電氣裝置流動，雷擊產生的高電壓可高達幾十萬伏，使機房內的電氣裝置絕緣損壞造成電氣裝置、電子裝置燒燬甚至還有可能造成人員傷亡，如圖3所示。
3防雷措施
由於網路整合系統防雷點多面廣，因此，為了保護建築物和建築物內各向電子網路裝置不受雷電損害或使雷擊損害降低到最低程度，應從整體防雷的角度來進行防雷方案的設計。現在都採取綜合防雷，綜合防雷設計方案應包括兩個方面：直擊雷的防護和感應雷的防護，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險的[3]。
3.1直擊雷的防護
如果無直擊雷防護，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經進出建築物的導體型線路(電源線、訊號線等到)，這樣的損害就非常之嚴重，因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提;直擊雷防護按照國標GB50057《建築物防雷設計規範》設計和施工，主要使用避雷針、網、線、帶及良好的接地系統，其目的是保護建築短短的不受雷擊的破壞，給建築物內的人或裝置提供一個相對安全的環境。
3.2電源系統的防護
統計資料資料表明，微電子網路系統80%以上的雷害事故都是因為與系統相連的電源線路上感應的雷電衝擊過電壓造成的。因此，做好電源線的防護是整體防雷中不容忽視的一環。
3.3訊號系統的防護
儘管在電源和通訊線路等外接引人線路上安裝了防雷保護裝置，由於雷擊發生在網路線(如雙絞線)感應到過電壓，仍然會影響網路的正常執行，甚至徹底破壞網路系統。雷擊時產生巨大的瞬變磁場，在1公里範圍內的金屬環路，如網路金屬連線等都會感應到極強的感應雷擊;另外，當電源線或通訊線路傳輸過來雷擊電壓時，或建築物的地線系統在瀉放雷擊時，所產生強大的瞬變電流，對於網路傳輸線路來說，所感應的過電壓已經足以一次性破壞網路。即使不是特別高的過電壓，不能夠一次性破壞裝置，但是每一次的過電壓衝擊都加速了網路裝置的老化，影響資料的傳輸和儲存，甚至DOWN機，直至徹底損壞。所以網路訊號線的防雷對於網路整合系統的整體防雷來說，是非常重要的`環節。
3.4等電位連線
整合網路系統主幹交換機所在的中心機房應設定均壓環，將機房內所有金屬物體，包括電纜遮蔽層、金屬管道、金屬門窗、裝置外殼以及所有進出大樓的金屬管道等金屬構件進行電氣連線，並接至均壓環上，以均衡電位。
3.5接地
防雷地網的製作，地網是避雷針、避雷帶、避雷器等設施有效發揮作用的保障。
4機房雷電防護應用
4.1電源系統的防雷保護
對於網路整合系統的電源線防護，首先，進入系統總配電房的電源進線，應採用金屬鎧裝電纜敷設，電纜鎧裝層的兩端應良好接地;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，埋地的長度應不小於15米。由總配電房至各大樓的配電箱以及機房樓層配電箱的電力線路，均應採用金屬鎧裝電纜進行敷設。這樣可以大大減少電源線感應過電壓的可能性。其次，在電源線路上安裝電源防雷器，是必不可少的防護措施。根據IEC防雷規範中有關防雷分割槽的要求，將電源系統分為三級保護。可在系統總配電房的配電變壓器低壓側安裝最大流通容量100KA~150KA的一級電源防雷箱;在各大樓的總配電箱安裝通流容量為60KA~80KA的二級電源防雷箱;在機房的重要裝置(如交換機、伺服器、UPS等)的電源進線處安裝最大通流容量40KA的三級電源防雷器;如圖4所示。根據情況可在在機房的重要裝置UPS電源前安裝單相兩級聯動串聯式電源防雷箱。所有防雷器均應良好接地。
從機房目前的情況來分析，供電線路穿越各級防雷區，考慮到機房各種不同用電裝置的耐過壓的能力，我們建議採用如下的電源系統防雷方案，以達到最佳的防護效果和最經濟的投入。由於機房UP不間斷電源裝置是用於為機房內系統各用電裝置提供穩定、可靠和高質量的用電環境唯一的重要裝置，並且是由市電供電輸人機房的主要途徑，所以我們將電源系統防護的重點放在了對UPS不間斷電源的保護上。在機房專用配電櫃、UPS電源做兩級輸入防雷保護。具體的防護措施為：
一級保護：在機房配電櫃前裝三相電源防雷器(單相電源防雷器)。
二級保護：在UPS電源前裝三相電源防雷器(單相電源防雷器)。
三級保護：在重要裝置處裝電源防雷插座。
4.2通訊系統的防雷
一般來說，網路整合系統是由主伺服器及中心交換機和各分交換機以及路由器、伺服器、相當數量的終端構成。位於主機房內的中心交換機透過廣域網路由器與外界聯絡，透過光纖與各分交換機連線，分交換機透過集線器與各使用者終端相連。
通訊系統防雷包括由戶外引至戶內的通訊線路，主要線路包括網路通訊線路、專線、微波通訊線(天饋線)、影片線路等;根據貴方提供的機房情況訊號線路都可能用光纖傳輸，所以可以不做保護，但光纖兩端要接地。如有光端機，光端機需保護。如不選用光纖則需按訊號線路種類選取防雷器。
網路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，那麼需要將光纖的金屬部分接地。而雙絞線遮蔽效果較差，因此感應雷擊的可能性比較大，應將此類訊號線敷設在遮蔽線槽中，遮蔽線槽應良好接地;也可穿金屬管敷設，金屬管應全線保持電氣上的連通，並且金屬管兩端應良好接地。
4.3訊號線上的防雷
在訊號線路上安裝訊號防雷器，對防感應雷是一種行之有效的辦法。對於網路整合系統，可在網路訊號線進入到廣域網路由器之前安裝專用訊號防雷器;在系統主幹交換機、主伺服器以及各分交換機、伺服器的訊號線入口處分別安裝RJ45介面的訊號防雷器。訊號防雷器的選型應綜合考慮工作電壓、傳輸速率、介面形式等。所有防雷器均應良好接地。
4.4安裝注意事項
防雷器起到的作用是對雷電流的吸收和洩放作用。所有的防雷產品必須接地;
防雷器串聯/並聯在被保護裝置與訊號通道之間;
訊號防雷器的輸人端(IN)與訊號通道相連，輸出端(OUT)與被保護裝置相連並緊靠被保護裝置安裝，不能接反;
把防雷器的接地線與防雷系統接地排可靠連線，接線越短越好，最長不能超過1m。
5結束語
防雷保護已成為電磁相容研究的重要方面，同時也被列人了相應的政策法規中。測控系統各種線路伸人到工廠的各種環境之中，採用任何一種單一的過電壓保護。