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机房工程及防雷接地系统概述

放大字体  缩小字体 发布日期:2007-05-28  来源:互联网  作者:manage  浏览次数:5267
核心提示:  随着千兆位以太网的成熟和万兆网的出现,以及低成本在光纤上直接架构千兆位和万兆位以太网技术的成熟,以太网开始进入城域网和广域网领域。形成从局域网、接入网、城域网到广域网的结构。采用与IP一致的统一的以太网帧结构,各网之间无缝连接,中间不需要任何格式转
 
 
  随着千兆位以太网的成熟和万兆网的出现,以及低成本在光纤上直接架构千兆位和万兆位以太网技术的成熟,以太网开始进入城域网和广域网领域。形成从局域网、接入网、城域网到广域网的结构。采用与IP一致的统一的以太网帧结构,各网之间无缝连接,中间不需要任何格式转换。这将可以提高运行效率,方便管理,降低了成本,并且可提供端到端的连接。广电系统宽带网络改造,正是采用这一新技术拓宽带宽,并保证投资的延续和技术可升级性。
     
   技术的进步和高科技宽带网络的普及同时带来了雷击灾害的问题,由于双绞线路已经交换设备的抗雷击能力较差,现在普遍采用光纤到下级站点,再分为双绞线入户的方式。由于分配交换机或集线器管理了多户宽带线路,因此上级站点网络中心和下级交换设备的防雷问题将是需要重点解决的问题。

   雷电流的时间虽然短暂,但它巨大的破坏性是目前人类还无法控制的,只能通过努力将雷击的能量给予阻挡并将它泄放入大地,以避免它所带来的灾害。雷击及过电压的保护是一项系统的工作。雷击和线路过电压会出现多种有害的效应,基本上会有以下几种表现形式:直击雷击、感应雷击(电磁脉冲辐射)雷电过压侵入和反击。
     
   内部防雷系统是为了保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装适合的避雷器,使设备、线路、与大地形成一个有条件的等位体。将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得意安全泄放入地,确保后接设备的安全。

   根据《电力设备过电压保护设计技术规程》中的规定,将年平均雷暴日超过40天的地区称为多雷区,而超过90天的为强雷区。对于防雷不能带有任何地侥幸心理若因雷击而导致重大损失,是很难用时间和金钱来祢补的,特别是广电系统肩负国家政治宣传的重任,以及未来面对邮电等部门的竞争,针对雷电防护的专项工程应是刻不容缓地。对于不同地区不同的年雷暴日水平,采取不同的防雷方案,可以用最佳的防护性价比为有线宽带网络护航。

   二、 雷击危害网络系统的渠道
   建筑物外部避雷设施接闪,能量在建筑物内的分配
   天线遭受直接雷击或接收感应雷击
   电源供电天线路在远端遭受直接或感应雷击,沿供电通讯线路进入设备
   有线通讯线路在远端遭受直接或感应雷击,沿通讯线路进入设备
   网络数据线路在远端遭受直接或感应雷击,沿网络线路进入设备
   雷击发生在1000米范围内时(包含临近建筑物避雷针接闪或云对云闪电)
   建筑物内的电源回路感应雷击电磁脉冲辐射,进入设备
   建筑物内的通讯线路感应雷击电磁脉冲辐射,进入设备
   建筑物内的网络线路感应雷击电磁脉冲辐射,进入设备
   建筑物、附近的避雷针遭受雷击或雷击直接击中附近树或地面时,雷击由地线引入设备
   只有掌握了解了雷电的危害方式,才能更好的对雷击危害进行防护。如上图所示:雷电的危害途径不外乎直击、感应(LEMP
   雷电磁脉冲辐射)、传导(雷电波的侵入和反击)几个方式。我们分别介绍如下:
   直击雷:雷电直接击中建筑物,雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄放到大地,其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流,其中5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流,其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道、缆线分流。这里的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化。直击雷波形为10/350us
   传导雷(雷电波侵入):在更大的范围内(几公里甚至几十公里),雷电击中电力或信息通讯线路,然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种:雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面,导致地电压升高,并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击
   感应雷(雷电波感应):在周围1000公尺左右范围内(有资料为500公尺或1500公尺,距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化)。发生雷击时,LEMP在上述有效范围内,在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。

   三、 现场考察确定被保护设备的引雷渠道,并初步了解当地的雷暴日、接地状况以及综合布线水平。以确定设计施工方案。
   四、 防雷设计方案选型
   根据上文介绍的雷击危害渠道以及相关防雷标准和被保护设备状况,我们将防雷方案制定如下:
   分为电源系统和宽带网络系统两个大类。
   1. 电源系统防雷
   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,可防范从直击雷到工业浪涌的各级过电压的侵袭(见通用电源系统三级防雷示意图)。
   第一级电源防雷器安装于进线端;对直击雷、传导雷、感应雷实施进线端初级保护。
   第二级防雷器安装于分配端且要求距离第一级防雷器的线路距离大于10米;对初级保护的残余雷击能量和雷电波反射、感应雷击进行保护。
   第二级防雷器安装于被保护设备端,距离第二级防雷器的线路距离大于10M,且于被保护设备之间的线路距离不大于10米(超过10米则需要追加一级防雷器、防止雷电波反射)。主要对前级残余雷击、感应雷击和各种操作过电压进行保护。
   请参见下面电源三级防雷原理图。
   第一级电源防雷系统的选型
     
   在电源进入端的主级防雷器,三相进线的每条线路应有40-60KA的通流容量,可将数万甚至数十万伏的过电压限制到四千伏以内,防雷器并联安装在单位内部的总配电柜进线端处,做直击雷和传导雷德保护。可选用专用防雷箱PPS系统或AM模块化电源防雷系列,此级防雷器并联安装,对后接设备的功率不限。可以对通过线路传输的直击雷和高强度感应雷实施泄放保护。型号选择推荐:
   供电线路架空选:PPS-Ⅰ/3-100 或AM1-40/4 供电线路埋地选:PPS-Ⅱ/3-40 或AM1-40/4
   第二级电源防雷系统的选型
     
   作为分级配电柜的次级防雷器,可将几千伏的过电压进一步限制到2千伏以内,要求具有20KA以上的通流容量。防雷器并联安装在分级配电柜处(详见电源系统三级防雷示意图之Ⅱ处)。当从配电柜接出的电源是三相四线时可选用防雷模块AM2-20/4或防雷箱PPS-Ⅱ/3-20,当所接出的电源是单相三线制时可选用防雷模块AM2-20/4或防雷箱PPS-Ⅱ/1-20。此级防雷器并联安装,对后接设备的功率不限。可以对已经经过初级防雷器限制电压的直击雷、高强度感应雷和一、二级间感应雷实施泄放保护。要求第二级防雷器的线路安装距离距第一级防雷器10-15米,以使防雷器的动作分级起效。

   这也是系统防雷中极为重要的部分,目的是将雷电及其他浪涌电压限制到对设备没有损害的水平,特别是对日常天天发生的电源系统操作过电压、电源高次谐波等具有限制和保护作用,可以延长设备的正常使用寿命,减少运行维护成本。
   第三级的防雷器,要求有10KA的通流容量,最好能够有差模和共模保护功能。
   可以选择AM3-10系列或A6系列电源防雷插座作为第三级电源防雷器。需特别注意第三级防雷器的安装等级间距离问题。
     
   对于单相电源末级保护,串联安装,后接设备不能超过防雷器额定功率2500W。A6系列电源防雷插座结合插座的通用功能和第三级防雷保护功能,串联式安装,并具备同模和差模保护两种方式并且内含级间协调电感器(退耦电感)、和电源线路监测指示装置。具备的差模保护功能对于相线和零线之间的浪涌电压可以起到很好的抑制作用;内含的级间协调电感器,可解决与第二级防雷器级间安装线路距离问题,对于线路浪涌和EMI/RFI干扰、电源高次谐波、线路操作过电压等提供完善的滤波和保护,防止浪涌电压老化设备;线路监测装置可以随时监测地线状态,并指示相线和零线接线状态,一旦指示灯熄灭或发出红色报警信号,则可以提醒电工及时检查线路,排除故障;插座式的设计,很容易满足第三级防雷器距离最终被保护设备不得超过10米线路距离的要求。当然插座时防雷器具有串联式防雷器固有缺点--对后接功率有所限制(串联式防雷器的优点是限制电压低)。采用A6系列防雷插座可以对已经经过初、次级防雷器限制电压的直击雷、高强度感应雷和次级后的感应雷实施最终限压保护,使任何到达设备的过电压值不超过设备所能承受的脉冲耐压值。可以选用的A6系列第三级防雷器有A6-420NS纯电源保护器和A6-421NS带同轴保护\422NS带通信保护\423NS带网络保护的规格。
     当同时内含同一房间内设备数量非常多,
   而且所有设备距离房间配电盒的线路距离不超过10米,从降低保护成本的角度上也可以选用AM3-10/2模块式电源防雷器作为第三级防雷器(牺牲差模保护和串联式防雷器的优点和其他附加功能)。并考虑级间和到设备的距离问题。
   如果末级设备是三湘供电的,则直接选用AM3-10/4做第三级电源防雷。
   2.
   宽带网络信息系统的防雷保护网络信息系统除了遭受直击、传导雷以外。由于网络通信信息系统设备的工作电压较低,系统浪涌的破坏性因而也变得更为突出。根据国内外对雷击的研究,95%以上的雷击是发生在云对云的放电,而对云对云的放电产生的巨大雷电磁脉冲辐射(LEMP),此时的雷击对地面设备的影响则是通过感应雷发生作用的。因此这部分的感应雷灾害的发生几率较其他雷击灾害高很多。对网络通信系统的雷击保护因此也显得突出和重要。
     
   由于防雷是一项系统工程,所以依据等电位连接的原则,应该将设备所有引出线路对某一个基点做等电位连接,安装了电源防雷器的系统必须要配套信号系统的雷击保护措施,才能真正起到系统的雷击保护效果。我们用下图描述电源防雷和信息防雷缺一不可得因素:只有当A、B、C三点等电位时,图中的元件1,2,3才不会被击穿,当仅有AC之间的等电位连接时(即安装电源防雷器),AB或BC之间的元件1,3可能会被击穿.
 
 
 
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