作者：黄彪 何瑜 黄仁立 冯光辉
【摘 要】通过对广西东兴市某监控室机房的勘察,做出相应的防雷设计,运行实践证明该防雷系统安全可靠,达到了设计要求和正常运行的目标。
【关键词】机房;感应雷;防雷设计
广西东兴市地处我国海岸的最西端,纬度低,年雷暴日数平均达106 d,最多年份达133 d,属于特高雷区,每年都全发生多起雷灾事故,造成人员伤亡和财物损失[1]。近年来,随着边境地区经济的迅猛发展,机房和监控设备的增多,不按防雷规范设计的机房监控室,往往遭到雷击而引起误动作甚至造成设备损坏,而雷击造成的数据丢失比设备损坏更为严重。为此,针对某机房监控室,设计了一套防雷方案,经过3年多运行,证明该防雷设计合理、安全可靠,能有效地避免和防御雷电对设备的侵袭,为系统的正常运行提供了安全保障。
1雷电对电气设备的危害
雷击灾害主要由以下4个原因造成:①直击雷。直击雷蕴含极大的能量,其电压峰值可达数千KV,电流峰值一般在数十KV以上,具有极大的破坏力。如果建筑物被雷电击中,会造成如下影响:一是巨大的雷电流在数微秒时间内流下地,使地电位迅速升高,造成反击事故,危害人身和设备安全;二是雷电流引发强大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压;三是强大的雷电流产生的热效应、冲击波、电动力,造成机械性破坏,甚至引发火灾或爆炸事故。②传导雷。远处的雷电击中线路或因电磁感应产生极高的电压,由室外电源线路和通信线路传到建筑物内,损坏电气设备。③感应雷。云层之间频繁放电产生强大的电磁波,在电源线和通信线感应极高的脉冲电压,峰值可达50 KV,使传输和存储的数据受到干扰或丢失,网络不稳定,设备误动作、死机,系统瘫痪[2-3]。
2监控室机房防雷设计
当今电子设备的防雷手段主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护等几种方法。分流即利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流经引下线而下通过地网泄入大地,防止雷电流直接击在建筑物级设备上,该楼房的楼面防雷装置已做到要求[4]。主要存在的问题是接地、屏蔽、等电位连接和过电压保护。
2.1增建人工接地网
在监控室机房计算机网络系统中,为保证其稳定可靠的工作,保护机房网络设备和人身安全,解决环境电磁干扰及静电的危害,必须有一个良好的接地系统。经实地勘察测试该监控室机房所在的楼房接地电阻为10 Ω,该地土壤电阻率平均约为300 Ω·m,按规范标准,接地电阻应低于4 Ω,根据公式:
R=0.28 ρ/r
式中R:电阻,ρ:电阻率,r:半径。
设计一个半径为15 m,深0.8 m,用40×4的扁钢把在地沟中每隔约5 m打入深土的50×50×5×2 500的角钢焊接成环形的地极,该人工地网测得5.8 Ω,理论值与实际值基本相符,人工地网与楼房地网并联得总接地电阻为3.67 Ω,达到了设计标准要求。此时,交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地可共用一个接地装置,用不小于50 mm2的铜芯线引至监控室机房内与总接地端子连接,形成一个良好的接地系统。
2.2设置电源电涌保护器(SPD)和信号保护器(SPD)
在电子设备的电源线、信号线上安装相应的过电压保护器,将线路上过高的脉冲电压滤除,保护设备不被过电压破坏。由于雷电产生了强大的过电压、过电流不可能一次性在瞬间完成泄流和限压,所以应采取多级防雷保护。该监控室机房位于楼房的第2层,为确保电力系统的安全运行,在大楼底层的总配电开关处安装第1级标称放电电流为60 KA(8/20 μs)三相开关型电源电涌保护器,在第2层配电箱处安装第2级标称放电电流为40 KA(8/20 μs)三相限压型电源电涌保护器,在进入监控室机房开关处安装第3级标称放电电流为20 KA(8/20 μs)单相限压型电源电涌保护器,在设备前用10 KA的插座型SPD作为第4级防护,通过4级的SPD防护,有雷声电流时,即能逐级分泄数十千伏安的雷电流。机房进出的各种信号线包括电话线、专线、网络线、同轴电缆、光纤等。除光纤介质外,其他通信方式都可能因遭受直接受雷或感应雷而侵害两端连接的网络系统,因此,网络进线、电话传真进线、电视馈线、同轴电缆、专线在进入设备端口前都须加装相应SPD,以有效地防止雷电波从信号线涌入而造成灾害[5]。
2.3设置必要的屏蔽措施和等电位连接
建筑物综合布线系统防雷设计中采用的屏蔽措施是防止电磁干扰的最佳方法。为此,所有进入监控室机房线缆必须穿钢管进入,钢管多点与PE线作可靠连接,等电位连接的目的是减小或消除内部防雷装置各个部位上所产生的电位差,机房静电地板用30×3的铜板作环形与总接地端子连接各主机、设备、机柜、UPS电源电池柜、门窗、天花板。静电地板脚架等所有金属物体就近与环形接地铜环作可靠连结以达到均衡电位之目的。
3小结
在建筑物直击雷达到规范标准要求的情况下,对监控室机房要增加地网以达到更低的电阻要求,在国家标准接地电阻小于4Ω的基础上,安装多级电源SPD和信号SPD以及完善的屏蔽措施和等电位连接,从而达到对监控室机房防感应雷的要求,保证在雷雨季节机房能正常运行。
4参考文献
[1] 黄仁立,朱宣儒,谭瑞伟等.磷酸系列化工厂雷电综合防护措施[J].气象研究与应用,2008,29(1):66-68.
[2] 梅卫群,江燕如.建筑防雷工程与设计[M].北京:气象出版社,2004.
[3] 章磊,聂卫东.避雷线的防雷保护原理及保护范围[J].现代农业科技,2010(8):28,33.
[4] 魏沸生.浅谈有线电视防雷技术的研究[J].科技创新导报,2010(11):107.
[5] 周刚,闫利军,樊明辉.防雷技术与计算机机房安全设计[J].消防技术与产品信息,2010(6):3-6.
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