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防雷知识:保护我们的数据中心

来源:网络整理 作者:DJ编辑 更新时间:2018/9/6 14:50:36
这是一处具有浓厚异域风情的庄园,不仅拥有餐饮、休闲、手工制作等特色文化,还有四季分明的主题活动。

摘要:通常所谓雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。当然,云层之间的放电主要对飞行器有危害,对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响。然而,云层对大地的放电,则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。

  通常所谓雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。当然,云层之间的放电主要对飞行器有危害,对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响。然而,云层对大地的放电,则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。

  由于雷击会给人类带来灾害,因此,人类很早就与雷害进行斗争。其中取得卓越成就的有18世纪中叶著名科学家富兰克林(Franklin)M?B?罗蒙诺索夫(JIOMOHOCOB),L?B?黎赫曼(PHXMAH)。他们通过大量实验建立了雷电学说,认为雷击是云层中大量阴电荷和阳电荷迅速中和而产生的现象;并且创立了避雷理论,发明了避雷针。他们取得的这些科学成就,已为人类作出了重大的贡献。

  我国古籍中,有关雷电理论和避雷实践的记载十分丰富。例如东周时《庄子》上记述:“阴阳分争故为电,阳阴交争故为雷,阴阳错行,天地大骇,于是有雷、有霆。”这些学说与现代的雷电学说是如此相似,不过它比现代雷电学说要早2000多年。在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。南北朝的孟奥《北征记》中有如下记述:“凌云台南角一百步,有白石室,名避雷室。”又有盛弦之《荆州记》中记述:“湖阳县春秋蓼国,樊重之邑了,重母畏雷,为立石室,以避之,悉之文石为阶砌,至今犹存。”书中谈及的白石、文石,据分析应该属于绝缘性能较好的石块。至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”(宋代称枨杆)等措施以避雷。

  雷电分类

  一般来说,雷电大致可分为直击雷与感应雷,其中直击雷危害极大,任何通信设备直接遭受直击雷都会损坏;感应雷是雷电放电时,在附近导体上产生静电感应和电磁感应,雷电入侵数据机房的方式一般会有以下几种:

  1、 直击雷,架空线缆遭雷击,部分雷电流沿线缆进入机房。

  2、 感应雷,雷电电磁脉冲在室外电缆感应耦合,产生高电压的雷电流,沿线缆侵入机房,造成机房故障。

  3、 直击雷,地电位反击,雷电流沿接地线泄放,在接地线上产生大的压降,机房内两设备间的地电位差导致设备故障。

  4、 感应雷,雷电电磁脉冲对室内环路的感应耦合,在室内线缆上形成感应电流,给设备带来危害。

  雷电入侵数的途径

  一、直击雷是雷电直接击在建筑物上,产生电效应、热效应和机械力而导致建筑物损坏。建筑物受到直接雷击后,强大的雷击电流沿着接地引下线,经接地体入地后地电位会瞬间升高,产生高电位,引起地电位反击,损坏设备或造成人员伤亡。

  二、雷电感应是雷电放电时,在附近导体上产生静电感应和电磁感应,它能使金属部件之间产生火花。雷电感应可以来自对地雷击,也可以来自云间放电,其中对地雷击由于距雷击点较近,产生的感应浪涌电压较大,作用半径也大,一般500米范围的电子信息设备均是其破坏对象;云中放电的感应浪涌电压虽然较小,但发生概率较高。静电感应是由于雷云先导的作用,使附近导体上感应出与先导通道符号相反的电荷,雷云主放电时,先导通道中的电荷迅速中和,在导体上的感应电荷得到释放,如不就近泄入地中就会产生很高的电位。电磁感应是由于电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场,使附近的导体产生很高的电动势。

  三、雷电波的入侵是由于雷电对架空线路或金属管道的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入室内,危及人身安全、损坏设备。根据雷电电磁脉冲防护理论和实践经验证明,电子信息设备损坏的主要原因是雷电感应浪涌电压造成的。它可以通过各种引线把感应浪涌电压波引入电子信息设备内部,破坏其芯片和接口。

  数据中心非常注重的就是供电的持续性,因此防雷工作就不能忽视,性能比较优秀的网络设备本身就自带有防雷保护功能,在电源进来的线路上,就有用来吸收高压突波的线路设计。虽然产品带有防雷保护的功能,但是就雷电产生的感应电压有几千伏特或者上万伏特甚至更高,无论哪个品牌的路由器,单单路由器本身自带的防雷功能只可能解决一部分雷电所造成的危害,想进一步减少雷电引起的危害就要配备相应的防雷设备。

  防雷措施

  一、应装设独立避雷针或架空避雷线,是被保护的建筑物及风帽,放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地,防止雷电直接击在建筑物和设备上。

  二、排放爆炸危险气体,蒸汽或粉尘的放散管,呼吸阀和排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围内。

  三、独立避雷针的杆塔,架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处,应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接,绑扎连接钢筋的杆塔,支柱,以利用其作为下引线。

  四、独立避雷针,架空避雷线应用独立的接地装置,每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω。在土壤电阻率高的地区,可适当增大冲击接地电阻。

  五、屏蔽计算机系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽,在机房建设中,利用建筑物钢筋网和其他金属材料,使机房形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波(含雷电的电磁波和静电感应)干扰机房内设备。

  六、当树木高于建筑物且不在接闪器保护范围之内时,树木与建筑物之间的净距不应小于5cm.

  七、计算机系统机房内多离不开照明、动力、电话、网络和各种计算机设备的信号线路,在防雷设计中必须考虑防雷系统与这些管线的位置关系,所以合理布线是防雷设计的重要因素之一。

  此外在电子设备的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器,利用其非线性效应,将线路上过高的脉冲电压滤除,保护设备不被过电压破坏。主要的保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、快速箝位二极管等,根据需要进行组合,形成完整的防雷保护器。

  数据中心内设备防护

  1、 直击雷的防护

  如果无直击雷防护,几乎所有雷电流都流经进出建筑物的导体型线路(电源线、信号线等到),这样的损害就非常之严重,因此做好直接雷击防护是做感应雷击防护的前提;直击雷防护按照国标GB50057《建筑物防雷设计规范》设计和施工,主要使用避雷针、网、线、带及良好的接地系统,其目的是保护建筑短短的 不受雷击的破坏,给建筑物内的人或设备提供一个相对安全的环境。

  2、 电源系统的防护

  统计数据资料表明,微电子网络系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的电源线路上感应的雷电冲击过电压造成的。因此,做好电源线的防护是整体防雷中不容忽视的一环。

  3、 信号系统的防护

  尽管在电源和通信线路等外接引入线路上安装了防雷保护装置,由于雷击发生在网络线(如双绞线)感应到过电压,仍然会影响网络的正常运行,甚至彻底破坏网络系统。雷击时产生巨大的瞬变磁场,在1公里范围内的金属环路,如网络金属连线等都会感应到极强的感应雷击;另外,当电源线或通信线路传输过来雷击电压时,或建筑物的地线系统在泻放雷击时,所产生强大的瞬变电流,对于网络传输线路来说,所感应的过电压已经足以一次性破坏网络。即使不是特别高的过电压,不能够一次性破坏设备,但是每一次的过电压冲击都加速了网络设备的老化,影响数据的传输和存储,甚至DOWN机,直至彻底损坏。所以网络信号线的防雷对于网络集成系统的整体防雷来说,是非常重要的环节。

  4、 等电位连接

  集成网络系统主干交换机所在的中心机房应设置均压环,将机房内所有金属物体,包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接,并接至均压环上,以均衡电位。

  5、 接地

  防雷地网的制作,地网是避雷针、避雷带、避雷器等设施有效发挥作用的保障。

  机房设备遭雷击后现象与处理办法

  1、配电变压器中压侧避雷器损坏

  (1)原因:

  a.传统高压避雷器未充分考虑移动基站的恶劣运行环境,其通流指标一般为5kA十五次,65kA一次(且国内多数产品仍未达到该水平);

  b.高压线距离铁塔较近,当铁塔遭雷击时,会在高压线上感应到较强的雷电流;

  c.高压避雷器的由于本身质量问题发生损坏。

  (2)解决办法:

  a.避雷器应采用合格的、能耐受重负荷的且标称放电电流大于10kA的交流无间隙氧化锌避雷器(重负荷避雷器);

  b.将高压电缆埋地或增加避雷线的方式改造;

  c.不用假劣产品,尽量选择经测试合格的产品。

  2、配电变压器损坏

  (1)原因:

  a.高压侧避雷器本身质量原因,残压过高;

  b.感应雷击电流过大,引起的残压过高;

  c.接地引线过长;

  d.低压侧未安装避雷器。

  (2)解决办法:

  a.选择合格的非伪劣假冒的氧化锌避雷器;

  b.选择能耐受重负荷的高压避雷器,残压更低;

  c.改进接线的方式,尽可能缩短高压避雷器的连接线及接地线,同时适当增加等电位线;

  d.在低压侧加装避雷器。

  3、高低压电缆被击穿

  (1)原因:

  a.电缆进出口处未加装避雷器;

  b.铠装层的两端未能可靠接地;

  c.传送距离过长,且未加装避雷线,导致感应的雷击能量较强。

  (2)解决办法:

  a.在电缆的进出口处加装高性能避雷器;

  b.将铠装层的两端可靠接地;

  c.增加避雷线,或采用铠装埋地的方式改造。

  4、计量箱遭雷击损坏

  (1)原因:

  a.电源线上感应的雷击能量过大;

  b.未加任何保护措施;

  c.布线环过大。

  (2)解决办法:

  a.计量箱进出电源线采用金属管屏蔽方式;

  b.加装C级防雷保护器;

  c.优化布线方式。

  5、光缆经馈线入口进入机房沿走线架布放或光缆加强芯接地未处理好

  (1)原因:

  经现场勘察发现,有些基站的光缆加强芯固定端有明显的打火痕迹,由于其也是架空引入机房,原理同架空明线,会在加强芯上感应较大的雷击电流;当沿走线架布放时,过高的雷电压会在周围馈线、信号线、电源线上形成感应,引起设备故障。

  (2)解决办法:

  a.使用无金属光缆:对进入机房的光缆,从末端接头盒至机房的一段光缆改用无金属光缆,但对鼠害严重的地区慎用。

  b.普通光缆架空进入机房:

  ①将光数混合架或光纤终端盒尽量设置在光缆进口处。

  ②对光缆金属加强芯的接地安装应作妥善处理。光缆安装时,应将光缆加强芯和光缆终端盒内专用的加强芯接地母排妥善连接,同时将加强芯接地母排直接与室外馈线接地排相连,布放的接地线宜不小于35mm2,且宜短、直。若与馈线接地排距离较长(大于2m),也可与室内接地汇集线就近连接。此外,加强芯专用接地母排应与光缆终端盒体和机架内金属物进行电气隔离;对于新建基站,宜在光数混合架下方专设接地母排,用于光缆加强芯的接地,该接地母排应就近与地网相连。

  6、电源避雷器(B级)损坏

  (1)原因:

  a.产品本身质量较差;

  b.入室电源线由于架空或铠装层未可靠接地引起的感应过电压较高;

  c.对SPD的脉冲寿命认识不足。

  (2)解决办法:

  d.选择通过权威公正的防雷性能实验室测试通过的产品(标准符合性认定);

  e.入机房的电缆采用屏蔽措施;

  f.根据现场情况适当增加雷电通流容量。

  7、基站内设备损坏原因分析

  (1)原因:

  a.基站设备的接地线采用大星型接地;

  b.机房整体没有屏蔽措施,机房内导线(电源线或信号线)也均未采用屏蔽措施;

  c.走线架上电源线、地线和信号线混合布放,互相形成*;

  d.接地参考点设置不合理,未考虑各防雷设备就近入地的影响;

  e.许多信号端口未加任何防护措施。

  (2)解决办法:

  a.设置接地汇集线,材料采用30×3紫铜或40×4热镀锌扁钢,根据需要沿走线架布放,同时应将机房内设备的接地线就近接入接地汇集线;

  b.交流电源线、直流电源线、射频线、地线、传输电缆、控制线等应分开敷设,严禁互相交****、缠绕或捆扎在同一线束内;同时,所有的接地线缆应避免与电源线、光缆等其他线缆近距离并排敷设;

  c.在相应的信号端口加装信号防雷器,防止因端口间电位不相等引起的电位反击。

  总结

  对机房来说,业务的持续性非常重要,防雷设计不能马虎。没人有能百分百保证自己的机房不会被雷电击中,也没有人能保证自己防雷设施高效,我们只能做到尽力降低雷电带来的危害。

  防雷以下的四个措施是缺一不可的:

  室外避雷设施与室内工作设备都具备有良好的接地;

  保证所有设备对地电位相同,做到等电位连接;

  工程布线必须合理,避免线缆架空走线裸露室外,火线零线地线分开走线等状况发生;

  在关键节点,如交流输入端口,信号端口等增加必要可靠的防雷电路;

  以上几点除了机房建建筑物外部要满足防雷要求外,机房内的供配电系统同样需要综合细致的考量,才能真正有效降低雷击损坏设备的概率。

  责任编辑:DJ编辑

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