圖1　建筑物外部和內(nèi)部雷電防護區(qū)劃分

本項目機房所在的建筑物外層防雷系統(tǒng)由大樓建設(shè)單位完成,本設(shè)計方案重點對第二防護區(qū)(LPZ2)和后續(xù)防護區(qū)(LPZn)進行防雷設(shè)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(tǒng)可根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)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(tǒng)雷電防護等級的選擇表

雷電防護等級電子信息系統(tǒng)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(tǒng)，如國家文物、檔案庫的閉路電視監(jiān)控和報警系統(tǒng)。3)大型電子醫(yī)療設(shè)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(jiān)控系統(tǒng)、證券中心。2)乙級安全防范系統(tǒng)，如省級文物、檔案庫的閉路電視監(jiān)控和報警系統(tǒng)。3)雷達站、微波站、高速公路監(jiān)控和收費系統(tǒng)。4)中型電子醫(yī)療設(shè)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(tǒng)。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(tǒng)設(shè)備。

根據(jù)被保護建筑物所在地區(qū)的地形地質(zhì)和氣象條件情況,以及建筑物內(nèi)各樓層及樓頂被保護的電子信息系統(tǒng)設(shè)備的分布狀況,本設(shè)計方案確定本項目的雷電防護等級為B級。

3.2　防雷系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1　系統(tǒng)要求

根據(jù)分區(qū)的原則,應(yīng)在機房系統(tǒng)不同防雷區(qū)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(jù)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(gòu)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(shè)計范圍內(nèi),本方案重點設(shè)計第二級和第三級。

第二級限制雷電經(jīng)過第一級的殘壓或產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓。第三級對設(shè)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(shè)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(nèi)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(xiàn)二級防雷措施,防止將雷電引入機房內(nèi)供電系統(tǒng),對整個機房的用電設(shè)備進行有效的保護。

機房內(nèi)電氣設(shè)備的保護,一般采用C級防雷器。針對一般機房設(shè)備的分布特點,在機房內(nèi)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(xiàn)三級防雷措施對機房內(nèi)的各種用電設(shè)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(shè)備所處雷區(qū)的雷電浪涌強度;

2)被保護設(shè)備對雷電浪涌的暴露程度;

3)被保護設(shè)備的重要程度和價值。

選用電源用SPD考慮的主要技術(shù)參數(shù)有最大放電電流Imax、持續(xù)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(shù)為45 d,屬多雷區(qū)。

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范(GB 50057—94)》,感應(yīng)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(shù)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(shè)備,可以在設(shè)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(jù)GB 50057—94,感應(yīng)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(shù)Ks=1.3,則有Imax3≥Ks×Ig=Ks×Is×30%=1.3×61×30%=23.79(kA)

2) 持續(xù)工作電壓Uc　浪涌保護器的最大連續(xù)工作電壓小于Uc,應(yīng)滿足使用現(xiàn)場電網(wǎng)電壓的波動。對于供電質(zhì)量比較差的地區(qū),Uc至少應(yīng)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(jù)《計算機信息系統(tǒng)防雷保護器(GA 173—98)》規(guī)定,并聯(lián)型電源避雷器的漏電流應(yīng)小于20 A。漏電流Ip越大,電涌保護器將聚集能量而發(fā)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(huán)狀態(tài)。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(jù)SPD的選用原則和主要技術(shù)參數(shù),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(guī)格為V25-B C/3 NPE的防雷產(chǎn)品,三級電源防雷器采用型號規(guī)格為V25-C/3 NPE的防雷產(chǎn)品,其主要技術(shù)參數(shù)均符合技術(shù)要求。

3.3　配電柜中防雷器的設(shè)計圖

配電柜中的防雷器設(shè)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(nèi)的二級SPD防雷器設(shè)計圖

4　接地系統(tǒng)設(shè)計

機房防雷接地系統(tǒng)設(shè)計為多點聯(lián)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(fù)引入大地。

做好計算機機房接地系統(tǒng)的建設(shè)主要有兩個目的：

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

2)機房建立接地系統(tǒng)是計算機設(shè)備穩(wěn)定、可靠工作的需要。由于計算機設(shè)備和通訊設(shè)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(tǒng)解決。

在接地系統(tǒng)設(shè)計時,首先要求土建在主機房、配電室內(nèi)預(yù)留弱電系統(tǒng)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(jiān)控室、UPS配電室等區(qū)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(wǎng),機房內(nèi)所有設(shè)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(dǎo)線與接地銅網(wǎng)連接。

監(jiān)控室、配線間內(nèi)所有設(shè)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(guī)格ZR-BVR 6 mm2導(dǎo)線與接地銅網(wǎng)連接。

根據(jù)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(wǎng)格地與大地絕緣,在銅帶下應(yīng)墊上2～3 mm厚的絕緣板,形成與結(jié)構(gòu)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(dǎo)線與接地銅網(wǎng)連接。

為確保配電柜、UPS設(shè)備、精密空調(diào)和機柜等重要設(shè)施的接地效果,設(shè)計方案中采用2根不同長度的ZR-BVR 10 mm2導(dǎo)線與銅網(wǎng)連接。

機房裝修工程中的防雷接地,主要共用的接地銅網(wǎng)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(wǎng)通過2根不同長度的ZR-BVR 50 mm2導(dǎo)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(shè)環(huán)行接地母線,地板支架接地點主機房內(nèi)不少于30點。

2)機房內(nèi)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(wǎng)上,形成聯(lián)合接地。聯(lián)合接地的接地電阻值應(yīng)≤1 Ω。

3)所有機柜和設(shè)備采用設(shè)備或外殼對角線兩點與接地母線緊密連接,接地支線應(yīng)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(wǎng)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(shè)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(yīng)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(zhì)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(lián)接性能,規(guī)格ZR-BVR 6 mm2的等電位接地線與機房接地母排聯(lián)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(lián)接成一個整體的鋼質(zhì)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(lián)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(wǎng)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(zhì)支架用電線相互連接,再與機房接地母排聯(lián)接一體。另外,非計算機系統(tǒng)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(tài)下不帶電的電子計算機系統(tǒng)設(shè)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(yīng)符合設(shè)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(shè)；

4)等電位連接可靠,接地材料選擇銅質(zhì)材料。

6　結(jié)　語

防雷接地系統(tǒng)的成功建設(shè),順利通過了政府有關(guān)部門的驗收,為中心機房的安全應(yīng)用奠定了扎實基礎(chǔ)。

本次機房工程中防雷接地的設(shè)計方法,簡單明了,易于理解。建設(shè)內(nèi)容的投入資金較少,應(yīng)用效果良好。本項目已成為業(yè)界的經(jīng)典工程,并具有良好的示范作用和推廣意義。

作者簡介：王旭明(1971—),男,浙江新昌人,工程師,從事弱電工程設(shè)計與施工工作。

文章來源：機房空調(diào) http://m.keenjuche.com.cn/