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機(jī)房電源防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：劉冬喜文檔來(lái)源：南車(chē)成都機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月04日
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技術(shù)與方法
rE( HN JoI』F AND ME I II(，1)
0卷 9 jfJj
V01．2O NO．9
艾 編”-j：1005．8451(2Ol 1)09．0054—03
槐腐電源防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)
劉冬喜
(南車(chē)成都機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司 信息中心，成都 610051)
摘 嚶：分析雷電對(duì)信息系統(tǒng)及設(shè)備的危害，結(jié)合信息中心機(jī)房電源防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，詳細(xì)闡
述系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及實(shí)施方法。
火鍵 ： 雷電危害； 防雷保護(hù)；避雷器；接地摸塊
IllI剞分類(lèi)I，，1_：U285．64 乏I}jJc標(biāo) 5：A
Design of l,ightening PJ‘otection System for power supply of computer 1700111
LIU Dong—xi
(Information Center ofCSR CHENGDU CO．，LTD，Chengdu 610051，China)
Abstract：It was analyzed the damage of Information Systems and instruments caused by lightning．Combined with the design
and implementation of Lighting Protection System for power supply of computer room in inform ation center，the design
principle and implementation method was described in detail．
Key words：lightening damage；Lightening Protection System；lightening protector；grounding module
在信息中心的主機(jī)房里，裝備有很多服務(wù)器
和交換機(jī)以及大量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)備，這些設(shè)備普
遍存在著絕緣強(qiáng)度低，過(guò)電壓耐受能力差等致命
弱點(diǎn)，一旦遭受雷擊過(guò)壓的沖擊，輕則造成這些電
腦系統(tǒng)的運(yùn)行中斷，設(shè)備永久性損壞，重則使這些
系統(tǒng)所承擔(dān)的須實(shí)時(shí)運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)中斷和癱瘓，
將造成不可估量的直接或間接的影響以及巨大的
經(jīng)濟(jì)損失。為此，有必要、也必須對(duì)關(guān)鍵的系統(tǒng)和
設(shè)備進(jìn)行防雷害和過(guò)電壓保護(hù)。
1 系統(tǒng)沒(méi)汁
1．I 沒(méi)汁原則
防雷工程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電涌保護(hù)器選型、安裝
和維護(hù)對(duì)所保護(hù)的設(shè)備關(guān)系重大，對(duì)業(yè)務(wù)正常運(yùn)
行具有非常重要的作用。防雷工程設(shè)計(jì)及防雷器
件的選擇應(yīng)遵從以下的原則。
(1)安全性和可靠性原則
防雷工程的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的首要問(wèn)題就是科學(xué)
性、合理性、安全性和可靠性。防護(hù)產(chǎn)品應(yīng)是成熟
可靠的產(chǎn)品。
(2)先進(jìn)性原則
采用先進(jìn)和成熟的工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)，使系統(tǒng)能
收稿日期：2010—12—31
作者簡(jiǎn)介：劉冬喜，高級(jí)工程師。
201 1．9總 I 74 圓
夠最大限度地適應(yīng)技術(shù)發(fā)展和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。
根據(jù)信息中心的設(shè)備特點(diǎn)， 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的先進(jìn)
性原則，主要體現(xiàn)在防護(hù)設(shè)計(jì)中的梯度性，能滿(mǎn)足
將來(lái)擴(kuò)充的需要。
(3)實(shí)用性原則
本著安全最大化原則，配置防雷保護(hù)系統(tǒng)的
投入與安全的期望值成正比，投入所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)
效益是顯著的，能減少每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、提高
和延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間、避免雷電災(zāi)害或重大事故
造成的經(jīng)濟(jì)損失，為用戶(hù)的系統(tǒng)設(shè)備增值，有效保
護(hù)用戶(hù)的投資，保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。實(shí)用性就
是能夠最大限度地滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。
(4)開(kāi)放性，可擴(kuò)充性和可維護(hù)性原則
防雷保護(hù)技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，所選產(chǎn)品
必須滿(mǎn)足行業(yè)的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；符合國(guó)家或國(guó)際
有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為信息中心的發(fā)展提供保證。
因?yàn)橄到y(tǒng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程， 系
統(tǒng)結(jié)構(gòu)越合理，系統(tǒng)的各個(gè)部份(要素)之間的有
機(jī)結(jié)合就越合理，相互之間的作用就越協(xié)調(diào)，從而
才能使整個(gè)系統(tǒng)在總體上達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。
1．2 IU危 分析
1．2．1 “ I 遠(yuǎn)點(diǎn)袋．f l
我國(guó)電力線(xiàn)輸電方式是由發(fā)電廠(chǎng)通過(guò)升壓變
壓器升壓后，輸電至低壓變壓器，經(jīng)低壓變壓器
的輸出給用戶(hù)。由于我國(guó)的電壓基本波形是50
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1}=JLf 『 f ； l } 系統(tǒng) 殳l『 技術(shù)與方法
Hz／s的正弦波形曲線(xiàn)，在電力線(xiàn)上形成50次／s的
交變磁場(chǎng)。如遇雷害發(fā)生時(shí)，在雷電未擊穿大氣
時(shí)，將呈現(xiàn)出高壓電場(chǎng)形式。根據(jù)電學(xué)基本原理，
磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間是相互共存可逆變化的，那么，
雷擊高壓電場(chǎng)通過(guò)靜電吸收原理，向大地方向運(yùn)
動(dòng)。雷電首先擊在電力線(xiàn)上，并從電力線(xiàn)的負(fù)載
保護(hù)地線(xiàn)入地釋放，這樣就擊穿了設(shè)備。在高壓
線(xiàn)上的表現(xiàn)為擊穿變壓器的絕緣，在變壓器低壓
端與負(fù)載的連線(xiàn)上遭雷擊，損失的是用電設(shè)備。
為此，在選擇防雷器時(shí)，首先考慮遠(yuǎn)點(diǎn)雷擊。
1．2．2 ! I 趣 · I LL n0f 人
所謂雷電近點(diǎn)襲擊電力線(xiàn)，實(shí)際上是雷電襲
擊被保護(hù)設(shè)備所在的建筑物避雷針或金屬屋面，
從而引起雷電電磁脈沖的保護(hù)問(wèn)題。雷電打在建
筑物避雷裝置上，按照GB50057 94 建筑物防
雷設(shè)計(jì)規(guī)范))規(guī)定和IEC61312定義，避雷針引下
線(xiàn)由于線(xiàn)路電感的作用，最多只能將50％ 的電流
引入大地，余下電流的一小部分將通過(guò)電力線(xiàn)屏
蔽槽、水管、暖氣管、金屬門(mén)窗等與地面有連接
的金屬物質(zhì)聯(lián)合引雷，還有部分電流從大樓流竄
至不間斷電源(UPS)輸入輸出負(fù)載的電源線(xiàn)、局
域網(wǎng)線(xiàn)、各類(lèi)信號(hào)線(xiàn)等。結(jié)果將擊穿UPS輸出對(duì)
地線(xiàn)和輸入對(duì)地線(xiàn)、終端設(shè)備電源對(duì)邏輯地線(xiàn)、
網(wǎng)口對(duì)邏輯地線(xiàn)等。
1．2．3 ．： l也I J 反 f (義枸：地I fl，=反 b)
雷電襲擊建筑物避雷針、金屬頂面、女兒墻
的避雷帶，由引下線(xiàn)將雷電流引入大地， 由于大
地電阻的存在，雷電電荷不能快速全部地與大地
負(fù)電荷中和，必然引起局部地電位升高，這種反
擊電壓少則數(shù)千伏， 多則數(shù)萬(wàn)伏，直接燒壞用電
器的絕緣部分。
值得注意的是：防雷的概念不僅僅是對(duì)雷電
災(zāi)害的防護(hù)， 由于大型設(shè)備起停，切投等引起的
電網(wǎng)波動(dòng)而產(chǎn)生的浪涌過(guò)電壓是目前電子系統(tǒng)最
大的威脅，其危害的比例絕對(duì)高于自然雷擊的比
例。雷電過(guò)電壓，浪涌過(guò)電壓，均歸于瞬態(tài)過(guò)電
壓(瞬態(tài)浪涌電流)的范疇之內(nèi)。
通過(guò)具體分析雷害入侵被保護(hù)系統(tǒng)的各種途
徑可知，防雷保護(hù)設(shè)計(jì)工作不是簡(jiǎn)單的避雷設(shè)施
的安裝和堆砌，而是一項(xiàng)要求高、難度大的系統(tǒng)
工程，涉及多方面的因素。為此，我們的設(shè)計(jì)指
導(dǎo)思想是：在遵照和執(zhí)行國(guó)際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家有
關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，參考和引入IEC國(guó)際電工委
員會(huì)的有關(guān)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，以期達(dá)到更好的防
護(hù)效果。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
2．1 I 源系統(tǒng)防 卅施
對(duì)雷擊事故的分析表明，從供電線(xiàn)路入侵的雷
電過(guò)電壓占雷擊事故的大部分，可直接損害計(jì)算機(jī)
和通信設(shè)備，而變壓器、UPS等設(shè)施不能消除雷電
過(guò)電壓，因此按IEC6l312的原則，此系統(tǒng)(計(jì)算
機(jī)、通信和各類(lèi)電子系統(tǒng))的供電線(xiàn)路上應(yīng)設(shè)置多
級(jí)防雷保護(hù)措施，一般為三級(jí)配置，從而將過(guò)電壓
降到設(shè)備能承受的水平。
另外，雷電流主要是由首次雷擊電流和后續(xù)雷
擊電流所組成。因此，雷電過(guò)電壓的保護(hù)必須考慮
到如何抑制(或分流)首次雷擊電流和后續(xù)雷擊電
流。所以設(shè)計(jì)供電線(xiàn)路雷電過(guò)電壓保護(hù)方案時(shí)要采
取多級(jí)保護(hù)措施。
根據(jù)信息中心的具體位置以及內(nèi)部的供電系統(tǒng)
情況， 電源感應(yīng)雷電防護(hù)采取三級(jí)防護(hù)：
(1)在位于大樓總配電柜總供電的開(kāi)關(guān)輸出端
口安裝三相電源避雷器1臺(tái)(V25一B／3+NPE)作為
機(jī)房電源供電的第一級(jí)保護(hù)。該型號(hào)的電源避雷器
采用模塊式設(shè)計(jì)和專(zhuān)用的NPE接地模塊，性能可
靠，外形美觀(guān)，安裝方便。作為機(jī)房電源供電的第
一級(jí)保護(hù)，該防雷器不僅能有效消除高強(qiáng)度雷電流
對(duì)電源系統(tǒng)及設(shè)備的沖擊，同時(shí)對(duì)因電壓波動(dòng)過(guò)大
特別是供電線(xiàn)路中存在的浪涌過(guò)電壓也具有明顯的
抑制作用。
(2)在該機(jī)房的樓層配電箱向機(jī)房電源進(jìn)線(xiàn)的
端口處安裝電源避雷器1臺(tái)(V20一C／3+NPE)，作
為二級(jí)保護(hù)。此級(jí)防雷器完全達(dá)到保護(hù)下端設(shè)備電
源，并通過(guò)保護(hù)自身而達(dá)到粗保護(hù)其它設(shè)備電源免
遭感應(yīng)雷電和浪涌過(guò)電壓侵害的目的。
(3)由于機(jī)房?jī)?nèi)精密設(shè)備較多，因此方案設(shè)計(jì)
在所有終端設(shè)備電源前的UPS設(shè)備輸出端安裝末
級(jí)電源避雷器1臺(tái)(V20一C／1+NPE)，作為向終端
電源設(shè)備的精保護(hù)。該級(jí)防雷保護(hù)能吸收低能雷電
流和浪涌過(guò)電壓，從而有效地達(dá)到終端電源設(shè)備尤
其是交換機(jī)等核心設(shè)備免遭一切感應(yīng)雷電和浪涌過(guò)
電壓侵害的目的。
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技術(shù)與方法 20卷筇9期
2．2 II-心村【房 l f 連梭
為了保證機(jī)房?jī)?nèi)部人員和設(shè)備的安全，在機(jī)
房的防靜電地板下，用4 mm ×40 ITI1TI的銅帶制
成等電位連接帶，并用6 mm 的BVR銅芯電纜將
機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備機(jī)殼、機(jī)柜及其他各種入戶(hù)管線(xiàn)的
金屬屏蔽層都與等電位連接帶連接起來(lái)，使整個(gè)
機(jī)房設(shè)備形成一個(gè)有效的等電位連接平臺(tái)， 同時(shí)
用25 mm 的BVR銅芯電纜穿管將這個(gè)等電位連
接平臺(tái)與機(jī)房地網(wǎng)連接起來(lái)，從而切實(shí)有效地防
止傳導(dǎo)雷從外界侵入，保證中心機(jī)房工作人員和
設(shè)備的安全。
2．3 接地系統(tǒng)
接地種類(lèi)有防雷按地(避雷針、避雷帶、避雷
網(wǎng)的接地)、交流工作接地(電源零線(xiàn))、安全保護(hù)
接地(機(jī)殼接地、防靜電接地)、直流工作接地(邏
輯接地、信號(hào)接地)四大類(lèi)。它們根據(jù)各種不同用
途，有不同的技術(shù)要求。在制作接地裝置時(shí)，應(yīng)嚴(yán)
格按各類(lèi)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。
按中華人民共和國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB371-
2001計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)實(shí)體安全技術(shù)要求的規(guī)定，
接地可分為聯(lián)合接地和獨(dú)立接地兩種方式。聯(lián)合
接地是把需要接地的各系統(tǒng)統(tǒng)一接到一個(gè)地網(wǎng)上，
這種接地方式可以最大限度地減小各設(shè)備地線(xiàn)之
間的地電位反擊。獨(dú)立接地是把需要接地的各設(shè)
備系統(tǒng)分別接到各自的地網(wǎng)上，這種接地方式是
針對(duì)有特殊要求接地的設(shè)備和不能建造聯(lián)合接地
的地方，它能滿(mǎn)足各自接地的要求。
根據(jù)具體情況，信息中心采用專(zhuān)用地網(wǎng)，以符
合計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接地要求。其具體的設(shè)計(jì)
施工方案如下：
在信息中心大樓背后2 m左右處的綠化帶建
設(shè)一個(gè)人工輔助接地網(wǎng)，其形狀根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的
情況確定為“L”型。先開(kāi)挖總長(zhǎng)度為25 m，深
0．6 m，寬0．5 m的接地溝槽，溝槽內(nèi)每隔5 m安
裝一個(gè)非金屬接地極，接地極之間用4 mm ×40
mm的熱鍍鋅扁鋼焊接。然后，將新地網(wǎng)與建筑物
地網(wǎng)用熱鍍鋅扁鋼連接， 同時(shí)用25 mm 的BVR
銅芯電纜穿管將地網(wǎng)連接線(xiàn)引到機(jī)房適宜位置處
與機(jī)房等電位連接帶有效連接。以上工程完工后，
將所有焊接點(diǎn)做防銹處理，再向地網(wǎng)溝槽內(nèi)回填
充實(shí)土壤并用水泥對(duì)地面恢復(fù)處理，完成地網(wǎng)的
建設(shè)工程，使其達(dá)到≤ 1 Q的規(guī)范要求，從而符
0～F 】_ — 一 豳
合計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3．1 I 源防餅實(shí)施
按圖1實(shí)施，選用OBO V25一B／3+NPE電源防
雷器和OBO V20一C／3+NPE電源防雷器，執(zhí)行三
級(jí)防雷，有效保護(hù)終端設(shè)備的安全。
3十NrE 3十NPE 3+NPE
圖1 電源防譬器安裝示意圖
3-2 地線(xiàn)安裝
地網(wǎng)采用非金屬接地模塊ABJ—II一1產(chǎn)品，它
是一種以非金屬材料為主的接地體， 由導(dǎo)電性和
穩(wěn)定性較好的非金屬礦物和電解物組成，增大了
接地體本身的散流面積，減小了接地體與土壤之
間的接觸電阻，具有強(qiáng)吸濕保濕能力，使其周?chē)?
近的土壤電阻率降低，介電常數(shù)增大，層間接觸電
阻減小，耐腐蝕性增強(qiáng)，因而能獲得較小的接地電
阻和較長(zhǎng)的使用壽命。
地網(wǎng)與機(jī)房及設(shè)備連接方法如圖2。
圖2 地嘲與機(jī)房及設(shè)備連接示意圖
本系統(tǒng)投入使用后，有效地解決了中心機(jī)房
設(shè)備遭電源雷擊的問(wèn)題，通過(guò)兩個(gè)雷雨季節(jié)的考
驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，效果良好。
責(zé)任編輯 楊利明

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