机房防雷接地系统.docx

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机房防雷接地系统

（5）机房防雷接地系统

●按照《民用建筑电气设计规》要求。

机房设直流工作地、交流工作地、安全保护地及防雷保护地共用一组接地装置，采用大楼共用接地系统，接地电阻不大于1欧姆。

如大楼共用接地系统不能满足上述要求，需要与大楼防雷接地系统分开单独做接地网，两接地网距离需大于10米。

●系统静电泄放接地，在机房地板下采用600mm*600mm网格均压等电位网，接地网采用30x3铜带连接而成，并绝缘架空安装，将各机房的设备、机架、机柜与等电位带进行最短距离连接，使各机房设备在同一个等电位上。

●直流接地采用40*3铜排在机柜位置安装。

1）防雷原理

雷击是年复一年的严重自然灾害之一。

随着我国现代化建设的不断提高，通信设备越来越多，规模越来越大。

一方面大型电子计算机网络，程控交换机组等系统设备耐过电流，耐雷电压的水平越来越低，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。

据统计，雷电对电子设备的损坏占设备损坏因素的比例高达26%，防雷过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。

2）雷击的分类

雷击一般分为直击雷击和感应雷击。

直击雷击——指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等。

由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。

感应雷击（又称二次雷击）——指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。

感应雷击对微电子设备，特别是通讯设备和电子计算机网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的。

另外还有操作过电压，即是指当电流在导体上流动时，会产生磁场储存能量，当负载（特别是电感性大的负载）电器设备开关时，会产生瞬时过电压，操作过电压同感应雷击一样，可以间接损坏微电子设备。

3）雷电防护区的划分

按照IEC1312-1及GB50057-94要求，应将要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。

各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。

防雷区宜按以下分区：

1、LPZOA区：

直击雷非防护区，本区的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区的电磁场没有衰减。

2、LPZOB区：

直击雷防护区，本区的各物体不可能遭到直接雷击，但本区的电磁场没有衰减。

3、LPZ1区：

屏蔽防护区，本区的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZOB更小；本区的电磁场可能衰减，这取决于屏蔽措施。

4、LPZ2区等：

后续防雷区，当需要进一步减小导入的电流和电磁场时，应引入后续雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。

通常，防雷区的数越高电磁环境的参数越低。

在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位连接，并宜采用屏蔽措施。

4）设计依据

依据国际电工委员会IEC标准、法国NFC标准、德国VDE标准和中国GB标准与部委颁发的设计规的要求，大楼和大楼之计算机房、程控机机房等设备都必须有完整完善之防浪涌保护措施，保证该系统能正常运作。

这包括电源供电系统、不间断供电系统，电脑网络、卫星通信设备等装置，均应有SPD防护装置保护。

设计依据包括有：

《建筑物防雷设计规》GB50057-94

《电子计算机房设计规》GB50174-93

《防雷器材指标要求》GB11032-89

《雷电电磁脉冲的防护》IEC1312-3

《电器装置安装工作盒接地装置施工及验收规》GB50169-92

《计算机信息系统防雷保安器》GA473-1998

《通讯系统过电压过电流防护技术要求》YD/T695-93

《计算机信息系统防雷保安器》行业标准GA173-1998

《通讯局（站）雷电过电压保护工程设计规》行业标准YD/T5098-2001

《民用建筑电气设计规》行业标准JGJ/T16-92

《等电位连接安装》图集02D501-2

《利用建筑物金属体做防雷与接地装置安装》图集03D501-3

《建筑物防雷设施安装》图集03D501-3

5）总体设计方案

1　方案设计原则

严格按照国标、部颁标准以及相关的国际标准实施防雷工程。

根据电子及电气设备的不同功能及保护程度确定防护要点，作分类保护。

在做好系统防雷的基础上，达到最大节约资金的目的。

2　常见雷击原因分析

一般情况下，某种设备与外界的联系可分为三种（如下图），电源线、信号线及设备地线，因而，无论浪涌过电压产生的形式如何，其最终会通过这三个途径中一种或几种对设备放电，造成设备损坏。

因此对于任何一个需要保护的空间的设备，只要截断该需要保护的空间与外界浪涌过电压的途径，即可达到防护的要求。

因此，设备因雷击损坏，其损坏的原因可归纳为两点：

线路传导过电压及地电位反击。

6）沿线路传导的过电压的防护

A、线路传导过电压的形成

线路传导过电压的形成可分为二种：

雷电磁场感应

电感、电容性负载的起动

近点雷电磁场感应是近年通信系统设备损坏的主要途径。

当建筑物遭受雷击或在建筑物近旁发生雷击时，强大的脉冲电流会在周围空间产生交变磁场（以雷电中心1.5km-2km的围都可产生危险的过电压），处于磁场中的导体因此而感应出高电压，沿线路产生的过电压窜入设备，造成设备损坏。

其形成过程如下。

电感或电容性负载起动，即通常所说的开关操作过电压。

电压在极短的时间发生瞬变，电压时间特性曲线的陡度（du/dt）较高，形成幅值较高的脉冲电压加载在供电线路上，沿线路窜入设备，造成设备损坏。

其形成原理如下图。

当U0取值为24V时，适当的L与CS，加载在设备上端的脉冲电压幅值即可达4000V，这远远超过了脆弱电子设备的耐受能力。

B、线路传导过电压的防护

根据传导过电压形成的三种方式及其传播途径，对于通信设备其防雷保护可从两个方面进行考虑：

电源线路过电压防护。

根据IEC防雷分区原理及机房的特殊性，其供电线路过电压的防护可采用三级防雷保护来实现。

第一级电源防雷器一般采用通过Ⅰ级分类测试实验的SPD，第二级可采用限压型SPD，限压型防雷器其核心原器件为压敏电阻，压敏电阻具有通流量较大（国外压敏电阻一般情况下其最大通流量为40KA），低残压的特点。

通信线路过电压防护为达到对设备的有效保护，依据IEC防雷分区原理信号部分也可采用多级保护方式将雷电流幅值降到设备耐受能力围。

在LPZ0与LPZ1的交界处进行粗级防雷保护；在LPZ1与LPZ2的交界处，采用精细保护防雷器。

7）地电位反击

根据GB50057-94（2000版）第6.3.4条“……全部的雷电流的50%流入建筑物防雷装置的接地装置，其另50%分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设备”。

电流分配图如下：

从图中可以看出当建筑物遭受雷击时，约有50%的雷电流通过建筑物的地网泄入，另外约有50%的雷电流通过与等电位连接带相连的接地导线进入设备，因此当雷击发生时，地网电位被抬升，与汇流排相连的设备外壳的地电位也随之升高，进入设备通信线的低电位与机架或地线之间的高电位存在高电位差而发生反击放电，从而使电子设备损坏（地电位反击过程见下图）。

8）现场勘探情况及分析

据气象资料表明地区年平均雷暴日为87天，已被划为多雷区（小于15为少雷区，15-40为中雷区，40-90为多雷区，90以上为强雷区）。

9）具体方案

根据计算机系统的要求，建议设计时除考虑交流工作接地、安全保护及防雷保护接地之外，还应单独考虑一组计算机专用直流工作接地，其接地电阻R小于1欧姆。

本工程工作接地同大楼的联合接地共用。

主机房的导体必须与做可靠的联接，不得有对地绝缘的孤立导体。

机房绝缘体的静电电压不得大于1KV。

机房接地端引入一根BVR35到计算机机房，连接到机房离墙0.8米设置的一圈均压环（40×3铜排）。

将机房的各种接地（如安装保护地、防雷地）等都接到等电位均压环上。

机房静电地板、吊顶等支路采用BVR6电线连接。

机房接地电阻﹤1欧姆

机房的等电位措施主要是减少各设备之间由于点位不均导致的设备间放电而造成的设备损坏。

在本次项目中采用等电位接地方式,工作地和保护地的接地体分开,在机房放置接地铜板一块（作为工作地）,每架设备用25平方接地线单独连到此接地体。

在静电地板下缚设环形铜条（见图纸）,用75平方接地线连到底楼接地体,用作静电释放系统。

10）机房屏蔽系统

机房吊顶为铝合金微孔板吊顶、地面为钢质抗静电地板、墙面为轻钢龙骨彩钢板墙板，施工中将它们全部做导线连接，集中接地。

这样实际上相当于给整个机房加装了一个屏蔽罩，达到防电磁辐射和抗电磁场强干扰有关技术要求。

按照图示计算机房电涌保护方案：

A（楼层进线处）：

一体化防雷箱

B（UPS电源前）：

MC1-40K385/3+NPE

C（UPS电源后）：

MC1-40K385/1+NPE

11）机房防雷系统设计

电源防雷器

电源系统第一级防雷保护

第一级防雷器，安装在中心机房所在大楼楼总配电箱前端，就近取一柱子钢筋焊接出接地端子，将原电源保护地、避雷器地线用25mm2多股软铜线与接地端子连接，进行零线重复接地。

电源第二级防过压保护

第一级的防雷器残压高。

在雷击经过第一级大量电流泄地后，就需要工作电压更低，响应时间更快的第二级保护器，其作用是防感应雷击和工业浪涌。

经过第二级的保护，雷击电流绝大部分泄地，残压降至1KV左右。

由于保护器的瞬间导通使线路与地连接，这样设备外壳（接地）与部电路之间电位相等而免遭破坏。

此级选用“地凯二级”防雷器一个，安装在中心机房所在层配电箱电源线路进线端。

电源第三级防过压保护

有了第三级保护，残压、过电流过滤得比较干净，设备以及人身安全得到更好的保障。

第三级选用“地凯三级”防雷器一个，安装在中心机房电源开关进线端。

等电位连接保护措施

为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接。

我们在中心机房防静电地板下，沿墙角布置铜牌环绕机房一周，形成闭合环接地汇流母排。

将配电箱金属外壳、电源地、避雷器地、机柜外壳、服务器外壳、UPS外壳、金属屏蔽线槽、门窗、吊顶等穿过各防雷区交界的金属部件和系统（设备的外壳），以及对防静电地板下的隔离架进行多点等电位接地至汇流排。

并采用等电位连接线6mm2铜芯线螺栓紧固的线夹作为连接材料。

同时在机房找出建筑物主钢筋，经测试确与避雷带连接良好，用14镀锌圆钢通过铜铁转换接头将接地汇流母排与之连接起来。

所有接线端子与线紧固后并作锡焊处理；所有焊口塔接0.1m，双面密焊，防腐处理，恢复所凿柱面。

设备

UPS

配电箱

1）机房均压接地汇集线宜采用铜材，即铜排或线。

8、防雷接地保护措施

1）不论是防直击雷还是感应雷，不论是采用避雷针还是采用专用防雷器，都必须有良好的接地装置。

因此接地技术是防雷系统安全的重要环节，中心机房的地线应充分考虑防雷、防静电、防电磁等要求，应将各设备的外壳牢靠接地。

同时，应满足人身安全及电子计算机正常运作和系统设备的安全要求，须遵循以下几个原则：

A）交流工作接地，接地电阻应用小于4Ω；

B）安全保护接地，接地电阻应用小于4Ω；

C）直流工作接地，也称逻辑地，为了使电子仪器设备正常工作，机器的所有电子线路必须工作在一个稳定的基准电位上，就是零电位的参考点。

通过接地使干扰泄漏，达到衰减和消除干扰的目的，其接地电阻的大小应视不同的电子设备要求而定；

D）防雷接地，接地电阻小于4Ω。

2）将所有防雷地、交流工作地、直流工作地及保护接地与机房建筑物框架主钢筋连接起来，并做好防腐处理，构成综合共用地网。

3）总之,只有将直击雷、感应雷、接地网、防雷器选择及配合、连接线及等电位连接等因素考虑到系统防雷之，充分利用电磁兼容的分区防雷，消除等电位反击等综合环节，使雷灾的可能性降至最低，从而保障信息通信畅通。

9、通讯、网络系统的防雷与过电压保护

建筑物遭受雷击后，除了进入建筑物的信号线路会分流一部分雷电能量外，还会因处于雷电通道附近而产生浪涌电压，通常可以高于1KV，信号线路本身工作电压低，一个高于50V的浪涌脉冲就足以损坏端口，除电源雷击事故外，此类雷击事故也是最常见的。

进入建筑物的信号线路金属部分应通过各种有效措施接地，需进行防感应雷保护的信号线路包括：

跨越多个雷电区域或联接重要设备的铜芯线缆、双绞线、光纤等。

为尽量避免上述灾害情况的发生，需针对不同的设备选用相应的数据通讯信号避雷器作为通讯线路上防感应雷电压波的保护措施。

10、机房接地系统

机房接地系统是为了消除公共阻抗的聚合，防止寄生电容蜗合的干扰，保护设备和人员的安全，保证计算机系统稳定可靠运行的重要措施。

如果接地与屏蔽正确的结合起来，那么在抗干扰设计上最经济而且效果最显著的一种，因此，为了能保证计算机系统安全，稳定、可靠的运行，保证设备、人员的安全，针对不同类型机房的不同要求，应设计出相应的接地系统。

机房接地类型一般分为以下几种：

交流工作接地；

计算机系统的弱电接地；

安全保护接地；

在机房接地时应注意两点：

信号系统和电源系统、高压系统和低压系统不应使用共地回路。

灵敏电路的接地应各自隔离或屏蔽，以防止接地回流和静电感应而产生干扰。

机房接地宜采用综合接地方案，综合接地电阻按要求应小于1欧姆。

······..

仪器设备

L

N

均压环

接地扁钢

BVR50

SPD

PE线

机房接地系统示意图如下：

3.1接地系统技术要求

锌在很多土壤中具有一种能产生一层防蚀保护薄膜的趋势。

在一定程度上，锌还能对铜、铅、锡和钢起阴极保护作用。

因此，如镀锌层足够厚的话，镀锌钢对接地电极来说是一种合适的材料。

铜的导电率比钢要高得多，可以使接地电极本身的接地电阻保持足够低。

但是，如果铜接地电极与接地汇集线到镀锌钢接地电极的裸铜线之间建立金属连接时，它容易在这些邻近的金属上引起电蚀。

紫铜板如无镀锌保护外层，埋入土壤后易形成氧化铜层而使接地电阻值发生逐年增大的趋向。

铝和无外层保护的钢有极大的腐蚀危险，不宜采用。

镀锌钢以角钢为佳，镀层应不少于70mm厚，截面至少为50×50×5mm，连接用的镀锌扁钢截面也至少为50×5mm。

1、根据国际GB2887-2000《电子计算机场地通用规》要求，计算机房应采用四组接地装置，即：

交流工作接地，接地电阻值≤4Ω

安全保护接地PE，接地电阻值≤4Ω

计算机专用直流接地TE，接地电阻值≤1Ω

防雷接地，接地电阻值≤4Ω

根据国际GB50174-93《电子计算机房设计规》要求，计算机房采用四种接地分用二组接地体装置，即：

其中计算机专用接地（逻辑接地）接地电阻值≤1Ω，通过独立接地电缆单独引入UPS配电柜计算机系统专用；

交流工作地、安全保护地、防雷保护地接地电阻值≤4Ω，通过接地电缆分别引入机房；

计算机机房接地采用环形多点接地，以保证地板架接地良好；

现代防雷接地强调的是等电位接地，不管在任何时刻，设备地线之间的电压差必须保证趋向于零伏。

机房区四组接地分三组由接地装置引来：

机房交流工作接地、安全保护接地PE、防雷接地，接地电阻值≤4Ω；干线采用35mm铜芯线从机房综合接地装置断接卡引到机房铜排及配电柜相关接地铜排上，支线采用BVR6mm铜塑线环绕机房，与活动地板支架，墙体龙骨架，吊顶金属骨架等，作可靠接地处理，并于机房防雷地线并接在一起并统一接入接地体，从而确保电气设备的安全运行，及人员的人身安全，以避免各地线间形成电位差，从而确保电气设备的正常运行。

计算机专用直流接地TE，接地电阻值≤1Ω；干线采用50mm铜芯线从计算机专用接地装置断接卡引到配电柜相关接地铜排上，计算机专用直流接地TE系统为计算机数据系统专用。

避雷器专用接地，接地电阻值≤4Ω；干线采用25mm铜芯线从机房综合接地装置断接卡引到配电柜避雷器上，避雷器专用接地为避雷器专用。

楼下接地体在距离地面1.8米处设置断接片，作为接地测试点使用。

3.2接地系统组成

接地电极:

为使电流入地扩散而设计或使用的与成电气接触的良导体（金属或石墨）部件及部件群。

接地导线:

把接地电极连接到接地汇集线（或称汇流排）的导线或导线群。

接地汇集线（或称汇流排）:

是一种扁形或棒形金属导体，接地导线和接地分配系统都连接到它上面。

接地分配系统:

把必须接地的各个部分连接到接地汇集线上去的导线群。

3.3接地系统分类

1、直流工作接地系统：

为了降低通信系统中电磁感应和杂波电压对通信品质的影响及电源基准电位的确立而将电池的某一电极接地（常将正极接地），而建造的接地系统。

2、交流工作接地系统：

为了使三相交流电的相电压及线电压保持三相间的相对平衡而将中性点（0线）接地，而建造的接地系统。

3、保护接地系统：

为了防止设备部因带电部分绝缘损坏而使不带电部分带电或因感应电荷积累使不带电部分带电，而将与带电部分隔的部分（金属外壳、柜架等）接地，而建造的接地系统。

4、防雷接地系统：

为给雷电流提供向泄放通路而建造的接地系统。

5、联合接地系统：

将建筑物顶部的避雷针、避雷网、建筑物墙的钢框架及钢筋互连接到总汇集线上，同时把机房必须接地的其它各个部分均连接到总汇聚线上。

对于联合接地方式有两点必须注意：

第一，不可把三相交流电的中性点（0线）接入联合接地系统。

因为该点当三相负荷不平衡时常产生对地电位去平衡三相电势，该对地电位会影响直流供电系统。

另外，还使电源的各级防雷装置处于短路状态，烧毁防雷器。

第二，不应把直流工作接地接入联合接地系统。

因为当雷击电流经过联合接地系统时会产生很强的电磁场和很高的地电位。

首先受到威胁的是通信电源设备的整流模块和通信设备的电源板（盘），还有与其相连接的用直流电源供电的电子器件等部分。

所以应单独建造直流工作接地系统，其接地电极（网）与联合接地电极（网）尽量保持20米以远的距离。

3.4接地系统设计

机房接地主要是指放置重要设备的场所机房设备的等电位连接，主要对核心中心机房实现局部等电位连接。

具体施工方案如下：

使用截面为30mm×3mm的铜排，形成约1.8m×1.8m的地网等电位地坪，沿墙体四周分别均布安装环形接地母排，在铜排交汇点设置铜鼻子，通过BVR6mm2连接各设备接地，各接地线（交直流接地分开）都汇总到相应的截面大于120mm2的汇聚排我们常使用40mm×4mm的铜排再通过BVR50mm2连接到机房主干接地端子。

其他区域包括卫星电视机房的接地通过抗静电地板支承金属通过BVR6mm2连接起来，并将机房的墙、吊顶上轻钢龙骨与机房接地汇流排连接起来。

机房采用集中接地方式，集中接地其接地电阻≤1Ω。

所有接地除防雷接地外共用一个汇流排到机房主干接地端子，故每间机房两个接地汇流排分别用于交直流接地。

重要终端设备主要指计算机终端设备、弱电主机等设备，其接地主要通过供电插座的PE线接地就近连接到相应的连接端子上接入机房的接地网，防雷部分由相应的设备避雷器实现。

11等电位处理

在主机房，监控机房制作一均压环,供设备、金属管道、金属接线盒等接地用。

均压环采用30mm×3㎜紫铜带安装在静电地板下排成环形格，通过绝缘端子与地面相连，铜带的交叉点处用锡焊焊牢，铜带网接至机房接地上。

其上加工出间距3－5㎝的螺孔，便于设备接地。

机房所有金属导体外壳均应用6mm2接地线以最短的距离和均压环相连。

使机房所有设备处于等电位状态，均压环两侧与建筑物主钢筋相连，并与机房专用地线相连，形成联合接地。

接地阻值小于1欧姆。

建筑物本身以及直接进入建筑物的管线的等电位连接不在本项目围。