计算机机房防雷解决方案

crazy

    在任何时候，地球上都有大约2000阵雷雨，每百分之一秒就有一道闪电，或者说每分钟有6000道闪电射向地面。全世界每年有1000人死于雷电。

     美国研究报告[AD-722675]指出：当雷电活动时，磁感应强度达到0.07GS时，计算机发生误动作，当磁感应强度超过2.4GS时，计算机发生永久性损坏。

    根据湖北省人民政府鄂政办发［2000］18号关于　《加强防御雷电灾害管理工作》的通知，凡大型共用建筑、住宅区、工业园区，特别是高层建筑、工业烟囱、水塔、重要物资仓库、易燃易爆品仓库、气站、油库、露天堆场、电力、化工、通信、医疗、电视广播设备、计算机网络系统、金融、保险、交通管理系统、中央空调系统以及其他易遭雷击的建筑物等，必须严格按照国家有关技术规范要求，安装避雷设施或防静电保护设施。

    科学家及有关技术人员经过多年实践和理论研究，认为雷电（包括感应雷及操作过电压）侵入机房及计算机网络系统的途径主要有四个方面：

     一.雷电及过电压危害

     A． 直击雷：指雷电直接击在建筑物构架，因电效应，热效应和机械效应等造成建筑物损坏和人员伤亡。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器，引下线构成完整的电气通路后将雷电泻放到大地。然而接闪器，引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的摧毁，但雷电会通过其它多种形式及途径破坏电子设备。

     B． 雷电感应：指雷电在雷云之间对地的放电时，并在户外传输信号线路，埋地电力线，设备间连接线和电磁感应并侵入设备，使串联在设备中间或终端的电子设备遭到损坏。感应雷随没直击雷猛烈，但发生机率却比直击雷要高，且不论雷云对地闪击或雷云间闪击都有可能造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而感应雷则可以在一个大范围内多个小局部同时产生过压现象。

     C． 雷电波侵入：由于雷电电流有极大峰值陡度，在它周围会出现瞬变电磁场，磁场中的导体会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场，会在空间一定范围内产生电磁作用，也可以说脉冲电磁波辐射，而这种空间电磁脉冲波（LEMP）是在三维空间范围内对一切电子设备产生作用。因瞬变产生的电压很高，以至可能产生电火花，导致电起火。

     D． 球形雷：一种特殊的雷电现象，直径在10-20CM，最大的可达1M,存在的时间在百分之几秒到几分钟，一旦遇到物体或电子设备会产生燃烧或爆炸，主要沿建筑物孔洞或开着的门窗进入，多数沿带电体会消失。

     E． 操作瞬时过电压：当电流在导体上流动时，会产生磁场，存储能量，电流量越大，导线越长，储能越大，所以当大型负载（特别是电感性负载）电气设备开关时，便会产生瞬时过电压。

     F． 地电位反击：当雷击大地或接地体时，引起地电位上升而波及附近的电子设备，对设备产生反击，损害其对地绝缘。

    二.方案设计依据：

     1、《电子设备雷击保护导则》(GB7450-87)

     2、《计算机房防雷设计规范》(GB50174-93)

     3、《计算站场站安全要求》(选)(GB9361-88)

     4、《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

     5、德国DEHN专用防雷设备安全规则等

     6、据湖南省人民政府湘政办[2000]18号的通知，凡大型共用建筑，住宅区，工业园区，特别是高层建筑，工业烟囱，水塔，重要物资仓库，易燃易爆品仓库，气站油库，计算机网络系统，中心机房和中央空调等易遭雷击的建筑物等，建议或必须按照国家有关技术规范要求，安装避雷设施或防静电保护措施。于《加强防御雷电灾害管理工作》

    三.现有保护措施分析

     建筑物性质：砖混结构

     设备特性：低电压工作的微电子设备

     中心机房设在大楼二楼，机房内拥有如服务器和小型机等大量高端电子设备，而机房现在还未做接地保护，而且有较大面积的窗户在旁边，逢春夏季雷雨高发季节，落雷率较高。根据气象资料统计，长沙该地区年雷暴日为48天/年左右，加上机房设备电子集成度高，为雷击高发危险区，一旦有如球型闪电进入发生电起火,后果将不堪设想。

    二楼主机房

     四.存在隐患分析

     1． 在机房没有建立防静电地板和地线，一旦落雷，电流就无法及时导入接地体，需要整改，而且按照国家标准，机房接地系统的接地电阻必须小于4欧姆。另外机房没有做屏蔽，可能有电磁感应

     2． 进入机房的通讯线路和电源线路未安装防雷器，使设备可能招雷击、雷电波或过电压破坏；

     3． 当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泻放到大地，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路分流，残余能量再通过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步线状况和管道结构而变化。直击雷波形为10/350us.当避雷针在拦击大电流(一般为超过40KA)先导并经引下线入地的过程中，在周围空间还会产生很强的电磁场，此时大楼内部的电源线、数据线会因受感应电流的冲击而损坏。如下图：

    1． 雷电的“绕击”现象引起的对内部设备的感应雷击。这种绕击电流往往为10KA左右，就算有避雷针接闪器也无法吸引它，它的先导可能闪击该大楼周边的某个部位（单位总配电房在楼一层），机房内的电子设备就会被感应雷电流击坏，此现象由下图：

     5．户外线路遭到直接雷击后（如机房外露电源线），线路中的大电流窜入大楼内部，从而引起对内部设备的损坏，或当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间的电源线、信号线、数据线感应过电压，传至设备，使其损坏。

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    五.整改方案

     根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94），可确定长沙市石油总公司机房大楼为一级防雷建筑物，GB50057-94相关规定要求需在建筑物上安装避雷网（带）或避雷针及由其混合组成的接闪器。在防雷电感应上要做到：建筑物内的设备，管道，构架等主要金属物，应就近接到防直击雷装置或电气设施的保护接地装置上，可不另设接地装置；平行敷设的管道，构架和电缆金属外皮等长金属物应符合国家有关要求，但长金属物连接处可不跨接；建筑物内的防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不少于两处。

     1． 防雷产品主要采用先研系列专用防雷器。

     2． 具体防雷措施：根据上文介绍的雷击情况以及相关防雷标准和被保护设备状况，我们将防雷方案总方针制定如下：

     建立良好的建筑物避雷网；有良好的接地系统；机房设备应尽量远离建筑物避雷网的导地金属体；网络布线不要形成回路；机房屏蔽；室内的金属管，金属体尽量接地。

     由于综合防雷系统分为电源系统、宽带网络及部分信号线、接地系统三大类，我们也将按三部分分别进行：

     ⑴电源系统防雷

     根据IEC防雷规范中有关防雷分区的要求我们将中心机房的电源系统做三级防雷保护。

     ①第一级防雷器安装在进线端：对直击雷，传导雷，感应雷实施进线端出线保护。电源系统的第一级防雷要能防住（100KA）的直击雷。

     ②第二级防雷器安装在分配端且要求距离第一级防雷器的线路距离大于十米，对初级保护的残余雷击能量和雷电波反射，感应雷进行保护。电源系统的第二级防雷要能防住（20~40KA）的感应雷和一定能量的直击雷。

     ③第三级防雷器安装在被保护设备端，距离第二级防雷器的距离要求大于十米，且于被保护设备之间的线路距离不大于十米（超过十米则要追加一级防雷器，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。瞬间过电压，不仅仅发生于市电电源，电池电源、UPS输出电源都有可能发生；而有些设备开关时（如显示器等）也会产生瞬间过电压，所以建议在设备电源进线前再用防雷插座进行第三级保护。

     各级具体实施和设备选型：

     第一级：在总配电柜内安装A级电源浪涌保护器，做一级保护，依据EDIN VDE 0675-6:1989-11,-6/A:1996-03和-6/A2:1996-10标准做到高速电流泻放。在电源进入端的主级防雷器，电源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在四千伏以内，防雷器并联安装在单位内部的总配电柜进线端处，做直击雷和传导雷的保护。

     第二级：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在2千伏以内，要求具有40KA以上的通流容量。防雷器并联安装在分级配电柜处，对后接设备功率不限，可以对已经经过初级防雷器限制电压的直击雷和高强度感应雷以及一，二级见感应雷实施泻放保护。要求第二级防雷器的线路安装距离第一级防雷器10-15米，以使防雷器的动作分级起效。

     ⑵接地及等电位连接

     内部防雷系统主要是防止雷电和其他形式的过电压侵入设备中造成破坏，这是外部防雷系统所无法保证的，为拉实现内部避雷，需要进出各保护区的电缆，金属管道等都要连接避雷器及过压保护器，并实现等电位连接。

    接地则是机房安全建设的基本条件，根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）的要求，防直击雷的冲击电阻要小于10欧姆，通讯系统则要求小于4欧姆。

     建筑物内的防雷电感应的接地很重要，如果该避雷针下引线能够与大楼建筑主钢筋连在一起，而大楼各层楼板内部钢筋与主体钢筋连在一起，主体钢筋又与地网焊连一道，当地网铺设合理且地网实际电阻小于4欧姆时，因法拉第效应，则这强大的雷电流对内部设备的影响还不大。地干线与设备接地装置应实现等电位连接，并且连接点不少于两处。

     ⑶通讯系统

     一般采用一级防护。根据实践应用，在通讯线进入机房时就安装第一级保护器，就能防住最大6KV的感应雷和一定能量的直击雷。不同传输信号线有不同保护级别，在网络这一块我们重点针对DDN端口采用DDN通讯防雷器进行保护。

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