數(shù)據(jù)中心防雷知識(shí)及接地方法

1. 雷電的產(chǎn)生

　　人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云,其實(shí)有幾種云都與閃電有關(guān),如層積云、雨層云、積云、積雨云，最重要的則是積雨云，一般專業(yè)書(shū)中講的雷雨云就是指積雨云。

　　云的形成過(guò)程是空氣中的水汽經(jīng)由各種原因達(dá)到飽和或過(guò)飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)的過(guò)程。使空氣中水汽達(dá)到飽和是形成云的一個(gè)必要條件,其主要方式有：(1)水汽含量不變，空氣降溫冷卻;(2)溫度不變，增加水汽含量;(3)既增加水汽含量，又降低溫度。

　　但對(duì)云的形成來(lái)說(shuō)，降溫過(guò)程是最主要的過(guò)程。而降溫冷卻過(guò)程中又以上升運(yùn)動(dòng)而引起的降溫冷卻作用最為普遍。積雨云就是一種在強(qiáng)烈垂直對(duì)流過(guò)程中形成的云。由于地面吸收太陽(yáng)的輻射熱量遠(yuǎn)大于空氣層，所以白天地面溫度升高較多，夏日這種升溫更為明顯，所以近地面的大氣的溫度由于熱傳導(dǎo)和熱輻射也跟著升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，壓強(qiáng)也隨著降低，根據(jù)力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密度相對(duì)說(shuō)來(lái)就較大，就要下沉。熱氣流在上升過(guò)程中膨脹降壓，同時(shí)與高空低溫空氣進(jìn)行熱交換，于是上升氣團(tuán)中的水汽凝結(jié)而出現(xiàn)霧滴，就形成了云。在強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中，云中的霧滴進(jìn)一步降溫，變成過(guò)冷水滴、冰晶或雪花,并隨高度逐漸增多。在凍結(jié)高度(-10攝氏度)，由于過(guò)冷水大量?jī)鼋Y(jié)而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)展，達(dá)到對(duì)流層頂附近后向水平方向鋪展，形成云砧，是積雨云的顯著特征。

　　積雨云形成過(guò)程中，在大氣電場(chǎng)以及溫差起電效應(yīng)、破碎起電效應(yīng)的同時(shí)作用下，正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚。當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會(huì)在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說(shuō)的“閃電”。

　　雷電以其巨大的破壞力給人類、社會(huì)帶來(lái)了慘重的災(zāi)難，尤其是近幾年來(lái)，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的危害日趨嚴(yán)重。我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防雷意識(shí)，與氣象部門積極合作，做好預(yù)防工作，將雷害損失降到最低限度。

2. 雷電的破壞

　　雷電的破壞主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差達(dá)到一定程度(25—30kV/cm)時(shí)，所發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象。

　　通常雷擊有三種形式，直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。

　　直擊雷是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。避雷針等裝置可將“直擊雷”產(chǎn)生的高電壓、強(qiáng)電流迅速引入大地，消除雷擊的影響，從而起到保護(hù)設(shè)施的作用。

　　感應(yīng)雷是當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失， 地面某些范圍由于散流電阻大，出現(xiàn)局部高電壓，或在直擊雷放電過(guò)程中，強(qiáng)大的脈沖電流對(duì)周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓而發(fā)生閃擊現(xiàn)象的二次雷。雖然在避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)，物體可免遭直接雷擊，但“感應(yīng)雷”可在電力、通信、網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星天線及有線電視等線纜上產(chǎn)生高壓感應(yīng)和電流“浪涌”， 并通過(guò)導(dǎo)線引入配電間、機(jī)房、辦公室和住宅等，使電源、通訊及電子設(shè)備不可避免地受到損害。因此，防止這些現(xiàn)代社會(huì)的雷害顯得十分緊迫和必要。

3. 電涌的來(lái)源

　　電涌可來(lái)自電氣裝置外部,也可來(lái)自電氣裝置內(nèi)部,即來(lái)自電氣裝置內(nèi)的電器設(shè)備。

　　來(lái)自外部的電涌：這種電涌由雷電或公用電網(wǎng)開(kāi)關(guān)的投切引起，這兩類有害的電源擾動(dòng)都可擾亂計(jì)算機(jī)和微機(jī)信息處理系統(tǒng)的工作，引起停工或永久性設(shè)備損壞。

　　當(dāng)云層上有電荷儲(chǔ)蓄，云層下表面產(chǎn)生極性相反的等量電荷時(shí)，將引起雷電放電。其后的情況就像一個(gè)大電池組或一個(gè)大電容器的放電那樣，云層和地面間的電荷電位高達(dá)若干百萬(wàn)伏。發(fā)生雷擊時(shí)以若干千安設(shè)計(jì)的電流通過(guò)雷擊放電，經(jīng)過(guò)所有設(shè)備和大地返回云層，從而完成電的通路。不幸的是這個(gè)雷電通路常常取道重要或貴重的設(shè)備。電涌防護(hù)的關(guān)鍵概念是給雷電感應(yīng)電流提供一個(gè)通向大地的短捷有效的通路。這樣雷電涌流將從設(shè)備外分流。所示為設(shè)備處雷電流減少的情況。大的雷擊電流值常被例舉應(yīng)用，其實(shí)它發(fā)生的可能性很小。




來(lái)自內(nèi)部的電涌：來(lái)自內(nèi)部的電涌是經(jīng)常發(fā)生的，諸如來(lái)自空調(diào)機(jī)、空壓機(jī)、電弧焊機(jī)、電泵、電梯、開(kāi)關(guān)電源和其它一些感性負(fù)荷的電涌。例如一臺(tái)20hp的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(線電壓230V，4級(jí)，Y結(jié)線)在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)每相具有約39J的儲(chǔ)存能量,當(dāng)其標(biāo)稱方根值電流被截?cái)鄷r(shí)，它將產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓。它經(jīng)常發(fā)生，和它自同一配電箱供電的其它負(fù)荷將因此易受損壞或工作失常。

　　雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的原因，雷電擊中輸電線路會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。每一次電力公司切換負(fù)載而引起的電涌都會(huì)縮短各種計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、儀器儀表和 PLC的壽命。另外，大型電機(jī)設(shè)備、電梯、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會(huì)引發(fā)電涌。UPS 也可被電涌摧毀。

　　建筑物頂部的避雷針在直擊雷時(shí)可將大部分的放電分流入地，避免建筑物的燃燒和爆炸。UPS 不間斷電源是處理電壓的嚴(yán)重下降。二者非常有用，但都不能保護(hù)計(jì)算機(jī)免受電涌的破壞，而且UPS本身集中很多微處理器，也可被電涌摧毀。25年之前，IBM發(fā)現(xiàn)電涌更為常見(jiàn)的來(lái)源是電力公司的電網(wǎng)開(kāi)關(guān)和大型電力設(shè)備(如空調(diào)和電梯)。每天都有這樣的電涌通過(guò)配電盤進(jìn)入工作室破壞電子設(shè)備或縮短其壽命。因此，在美國(guó)幾乎所有的有計(jì)算機(jī)或其它敏感電氣設(shè)備的建筑都安裝了電涌保護(hù)器。

4. 電涌容易損壞的電氣設(shè)備

　　含有微處理器的電氣設(shè)備極易受到電涌的損壞，這包括計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)備、程序控制器、PLC、傳真機(jī)、電話等;程控交換機(jī)、微波中繼設(shè)備;家電行業(yè)的產(chǎn)品包括電視、音響、微波爐、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)和電冰箱等。美國(guó)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在保修期內(nèi)出現(xiàn)問(wèn)題的電氣產(chǎn)品中，有63%是由于電涌造成的。

5. 電涌對(duì)計(jì)算機(jī)和其它敏感電氣設(shè)備的危害

　　計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今，多層、超規(guī)模的集層芯片，電路密集，趨向是集成度更高、元器件間隙更小、導(dǎo)線更細(xì)。幾年前，一平方厘米的計(jì)算機(jī)芯片有 2,000個(gè)晶體管而現(xiàn)在的奔騰機(jī)則超過(guò)10,000,000個(gè)。從而增加了計(jì)算機(jī)受電涌損壞的概率。由于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)決定了它應(yīng)在特定的電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)電涌超出計(jì)算機(jī)能承受的水平時(shí)，計(jì)算機(jī)將出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼，芯片被損壞，部件提前老化，這些癥狀包括：出乎預(yù)料的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，接收/輸送數(shù)據(jù)的失敗，丟失文檔，工作失常，經(jīng)常需要維修,原因不明的故障和硬件問(wèn)題等等。

　　雷電電涌遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了計(jì)算機(jī)和其它電氣設(shè)備所能承受的水平，絕大多數(shù)情況下，造成計(jì)算機(jī)和其它電器設(shè)備的當(dāng)即毀壞，或數(shù)據(jù)的永遠(yuǎn)丟失。即使是一個(gè)20馬力的小型感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或關(guān)閉也會(huì)產(chǎn)生3,000-5,000伏的電涌，使和它共用同一配電箱的計(jì)算機(jī)在每一次電涌中都會(huì)受到損壞或干擾，這種電涌的次數(shù)非常頻繁。

　　CBEMA 計(jì)算機(jī)商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會(huì)制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)是IBM等計(jì)算機(jī)制造商們?cè)O(shè)計(jì)、制造計(jì)算機(jī)的依據(jù)。中國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用 220/380伏電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)所能承受的過(guò)電壓不高于2000伏。

　　美國(guó)廣泛地應(yīng)用計(jì)算機(jī)比中國(guó)早約20年，是通過(guò)慘痛的教訓(xùn)后才重視了對(duì)計(jì)算機(jī)的電涌防護(hù)。美國(guó)的銀行、前 500強(qiáng)公司、防衛(wèi)設(shè)施、金融保險(xiǎn)系統(tǒng)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、電訊網(wǎng)絡(luò)、石油化工廠等都裝有電涌防護(hù)器。中國(guó)將是世界上最大的計(jì)算機(jī)消費(fèi)市場(chǎng)。五年前的中國(guó)銀行還未計(jì)算機(jī)化。隨著計(jì)算機(jī)的普及，人們也認(rèn)識(shí)到保護(hù)這種電子設(shè)備的重要性。我國(guó)于1998年頒布并實(shí)施了計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

6. 雷擊保護(hù)的基本原則

　　欲使設(shè)備得到很好的保護(hù)，首先應(yīng)對(duì)其所處的環(huán)境、受雷電影響的程度做出客觀的估計(jì)，因它與出現(xiàn)過(guò)電壓的幅值、概率、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備抗電壓能力、保護(hù)水平和接地等有關(guān);防雷工作應(yīng)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程來(lái)考慮，強(qiáng)調(diào)全面防護(hù)(包括建筑物、傳輸線路、設(shè)備和接地等)，綜合治理，且要做到科學(xué)、可靠、實(shí)用和經(jīng)濟(jì)。針對(duì)感應(yīng)雷瞬時(shí)能量較大的特點(diǎn)，根據(jù)IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)能量逐級(jí)吸收的理論，及防護(hù)區(qū)間量級(jí)分類的原則，需要做多級(jí)防護(hù)。


7. 雷電防護(hù)措施

　　采用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等可防止和減少雷電對(duì)建筑物、人身和居室造成的危害。但已有大量事實(shí)證明：在安裝了這些避雷裝置的室內(nèi)，計(jì)算機(jī)設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)及微電子器件在雷擊時(shí)，卻仍然會(huì)遭受不同程度的損害。對(duì)此，科學(xué)家通過(guò)進(jìn)一步的分析，已經(jīng)找到了其中的原因所在。

　　避雷器的種類基本上分三大類型：

　　(1)電源避雷器：按電壓的不同，分220V的單相電源避雷器和380V的三相電源避雷器(安裝時(shí)主要是并聯(lián)方式，也串聯(lián)方式)。“電源防雷器”并接在電力線路上，可遏制瞬態(tài)過(guò)電壓和泄放浪涌電流。從總進(jìn)線到用電設(shè)備端通常配置分為三級(jí)，經(jīng)過(guò)逐級(jí)限壓和放電，逐步消除雷電能量，保證用電設(shè)備的安全。根據(jù)不同的需要可選用“可插拔模塊型”、“端子接線式”和“移動(dòng)插座式”等品種。

　　(2)信號(hào)型避雷器：多數(shù)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)上,安裝的方式是串聯(lián)。“信號(hào)防雷器”接入信號(hào)接口后，一方面能切斷雷電進(jìn)入設(shè)備的通路，另一方面能迅速對(duì)大地放電，確保信號(hào)設(shè)備的正常工作。 信號(hào)防雷器具有多種規(guī)格，分別可用于電話、網(wǎng)絡(luò)、模擬通信、數(shù)字通訊、有線電視及衛(wèi)星天線等設(shè)備的防雷，各種設(shè)備的輸入口特別是室外引入端，均應(yīng)安裝信號(hào)防雷器。

　　(3)天饋線避雷器：它適用于有發(fā)射機(jī)天線系統(tǒng)和接收無(wú)線電信號(hào)設(shè)備系統(tǒng),連接方式也是串聯(lián)。

　　選用防雷器要注意接口的形式和接地的可靠，重要場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置專用的接大地線，切不可將防雷接地線與避雷針接地線并接，且要盡量遠(yuǎn)離、分開(kāi)入地，

8. 電視監(jiān)控系統(tǒng)防雷接地方法

　　(1)電視監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有良好的防雷接地，以保證人身安全以及防干擾和雷擊。

　　(2) 監(jiān)控設(shè)備的工作接地電阻應(yīng)小于4Ω,當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)采用綜合接地網(wǎng)時(shí),接地電阻應(yīng)小于1Ω。

　　(3)防雷接地應(yīng)采用專用接地干線。由監(jiān)控控制室引入接地體,專用接地干線采用銅芯絕緣導(dǎo)線或電纜。接地線截面不應(yīng)小于20mm2。

　　(4)監(jiān)控系統(tǒng)的接地線不能與強(qiáng)電交流的地線以及電網(wǎng)零線短接或混接,接地線不能形成封閉回路。

　　(5)由控制室引到其他各監(jiān)控設(shè)備的接地線,應(yīng)選用銅芯絕緣軟線, 截面積不應(yīng)小于4mm2。

　　(6)監(jiān)控系統(tǒng)一般可采用單點(diǎn)接地。

　　(7)監(jiān)控系統(tǒng)中三芯電源插座的接地端，應(yīng)與系統(tǒng)的接地端相連(保護(hù)地線)。

9. 選用避雷器的注意事項(xiàng)

　　作為防感應(yīng)雷工程的設(shè)計(jì)者，應(yīng)選擇一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的制造商，產(chǎn)品應(yīng)具有詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)、技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)地、符合各方面的標(biāo)準(zhǔn)證書(shū)及銷售許可證書(shū)等。具體事項(xiàng)有如下幾點(diǎn)，僅供大家參考。

　　(1)設(shè)計(jì)是否有利于用戶并且容易安裝

　　理想的產(chǎn)品應(yīng)該是一個(gè)小型、緊湊并且能夠安裝在現(xiàn)有的空間內(nèi)，同時(shí)易于安裝。

　　(2)一次能夠處理的最大電流

　　最大電流(即峰流)是指一個(gè)電涌防護(hù)器的處理最大電流的能力。Bellcore實(shí)驗(yàn)室為了保護(hù)它高度計(jì)算機(jī)化的實(shí)驗(yàn)中心,進(jìn)行了廣泛的調(diào)研,確定了電涌防護(hù)器處理最大電流的能力和所需的技術(shù)參數(shù)，一個(gè)20千安的電涌防護(hù)器即可滿足要求，起到防電涌、保護(hù)設(shè)備的作用。由此可見(jiàn)，在任何建筑物內(nèi)的分支線供電箱處安裝一個(gè)80千安的電涌防護(hù)器，便足以解決任何可能出現(xiàn)的電涌問(wèn)題。對(duì)多雷擊區(qū)的貴重電氣設(shè)備，應(yīng)在建筑物進(jìn)口的交流配電箱處安裝一個(gè)較大的防護(hù)器，型號(hào)從160千安到400千安。

　　(3)吸收能量的能力

　　電涌防護(hù)器吸收能量的能力以焦耳(joule) 來(lái)衡量，焦耳值越高，電涌防護(hù)器的使用壽命越長(zhǎng)。

　　(4)鉗制電壓的能力

　　也就是將過(guò)電壓鉗制到電器設(shè)備所能承受的安全范圍之內(nèi)的能力。計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)在一定電壓范圍內(nèi)使用，如果超出了這個(gè)范圍就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的損壞。因此電涌防護(hù)器必須把過(guò)電壓鉗制到安全水平,1998年6月1日開(kāi)始實(shí)施的GA173-1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用于220/380 伏電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)防雷保安器(電涌防護(hù)器)的鉗制電壓應(yīng)小于或等于2000伏。


(5)符合國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

　　電涌防護(hù)器應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括UL1449、ANSI/IEEE、NEMA和IEC。在我國(guó)同樣有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),公安部公共信息網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)察局要求：所有用于保護(hù)計(jì)算機(jī)的防雷保安器(本文中稱為電涌防護(hù)器)，都必須根據(jù)GA173-1998的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)檢測(cè)并獲得銷售許可證后，方可銷售。

　　(6)產(chǎn)品的可靠性及客戶單

　　了解客戶單以及廠家從事產(chǎn)品生產(chǎn)的歷史有助于了解廠家的信譽(yù)和其產(chǎn)品的可靠性。

　　(7)質(zhì)量保證

　　保質(zhì)期限的長(zhǎng)短體現(xiàn)了制造商對(duì)其產(chǎn)品是否能不出問(wèn)題、能長(zhǎng)久的保護(hù)設(shè)備的自信心。一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題，客戶是否能得到快速免費(fèi)的服務(wù)，也是用戶應(yīng)考慮的因素之一。