浅谈图书馆机房防雷方案设计

2022-12-10

1 概述

合肥市地处我国沿江中低纬度地带，是我国冷暖气团频繁交绘地区，雷电活动相对频繁，年平均雷暴日为4 5日，最多高达5 6天，属我省多雷暴区之一。合肥工业大学翡翠湖校区位于合肥市西南方的经济技术开发区内, 图书馆是校区的最大单体建筑, 周边地势开阔, 东面紧靠生态谷1 0 0多亩水面, 图书馆观光塔是校区最高的建筑, 建筑物内金属构件、线路较多，电子电器设备应用广泛。所有的这些都表明图书馆是校区最容易遭受雷击的地方。

2 雷击的主要几种形式及防护措施

2.1 直接雷击

雷云之间或雷云对地面某一点(包括建筑物、树木、输电线路、植物等)的迅猛放电现象称之为直接雷击，它因电效应、热效应和机械效应、激波效应引入超高电压(电流)等造成物体、设备损伤和人员伤亡。

2.2 传导雷击

雷云不直接对建筑物，而是对建筑物外部的线缆放电。雷击的过电压行进波是沿着电缆线路扩散，危及电子系统。有可能在听到雷声之前，数据处理系统、计算机、仪表与控制系统等电子设备就被损坏。

2.3 雷电感应

雷云放电或经过输电线路、或大型露天导体上空时，由于强大的电、磁场的存在，会因静电感应和电磁感应在附近导体上(包括架空电缆、埋地电缆、钢轨、水管等)产生高电压的现象称之为雷击过电压(流)，过电压、过电流会对微电子设备造成损坏、伤害工作人员、使传输或存储的信号或数据(模拟或数字)受到干扰或丢失。

2.4 基本的防护原理和技术措施

直接雷击的防护主要是运用接闪、传导和接地等技术措施;雷击感应过电压防护主要是运用多级分流、滤波、屏蔽和接地等技术措施;地电位反击的防护主要是运用等电位和接地措施等技术措施;雷电电磁脉冲的防护主要是运用滤波、屏蔽和接地等技术措施;现代防雷技术措施主要采用躲、等电位、传导、分流、消雷、接地和屏蔽方法进行综合防雷。

3 综合防雷设计方案

合肥工业大学翡翠湖校区图书馆机房在图书馆B区四楼，主要由网络中心机房和两个电子阅览室组成，有网络主交换机, U P S电源, 约4 0 0台P C机, 它们对防雷要求很严格, 因此除正常的建筑物防雷外(避雷针、引下线、接地极)，主要针对机房的供电、通讯、网络信号线路部分，设计以下防雷方案。

3.1 电源系统的雷电防护

当发生雷击时，强大的雷电流及其高强度瞬变电磁场对周围导体产生过电压，绝大多数的雷害都是因为这类二次感应而造成。因此具有长距离的电力线和信号线都是二次感应雷的侵犯途径，因此电源部分的防雷及过电压保护是整个综合防护重点，我们设计采用三级防雷措施。

3.1.1 主电源第一级防雷：达到B级防护

引入总配电柜电源入口加装德国O B O防雷公司的MC-50/3防雷器, 德国OBO系列产品设计思路先进、性能稳定，符合：I E C、I E E E、C C I T T、U L、B S等相关标准。其目的是：A防止由市电网引入的感应雷击传导到机房;B消除由大楼主配电室至楼层配电箱这一段线路受到电磁感应，引入感应雷。C消除楼内大型用电设备在启动或停止时，产生的浪涌对供电系统产生的影响。

3.1.2 机房的电源第二级防雷:达到C级防护

进入机房机柜配电引入处分别加装德国OBO防雷公司三相电源防雷器V25-B+C/3+N P E防雷器和单相电源防雷器V 2 5-B+C/1+N P E防雷器，其目的是：A消除由楼顶雷电电磁脉冲对机房配电线路的干扰;B消除由大楼配电室(柜)到此配电箱这一段线路受到雷电感应和进一步降低残压。C消除机房内用电设备在启动或停止时，产生的浪涌对供电系统产生的影响。

3.1.3 重点设备的电源第三级防雷：达到D级防护

在中心机房的重点设备用电处加装国产单相电源M S 1 0 3防雷插座，对其所辖的用电设备实施双重防护。其目的是：A对机房重点网络设备实行双重保护(如：网络交换机、服务器、收发设备);B消除由楼顶雷电电磁脉冲对机房配电线路的干扰;C消除用电设备在启动或停止时，产生的浪涌对供电系统产生的影响。

3.2 接地系统和等电位连接

计算机的接地系统是为了消除公共阻抗耦合，防止寄生电容耦合的干扰、地电位反击，保护设备和人身的安全。地线系统是机房致关重要的组成部分, 由交流工作地、直流工作地、抗静电保护地、逻辑地四部分组成。对网络中心机房和两个电子阅览室的情况各设计重复接地地线一组，要求电阻≤1Ω。

3.2.1 具体作法

在大楼基础地面挖条深8 0 0毫米的沟，宽以便于打地桩和焊接地桩为宜;每隔5米打入地桩一根，地桩露出沟底200毫米;用镀锌扁铁将地桩焊接，并从一端引出地面至机房抗静电地网;如测试达到标准，才可将沟填平，否则须另外填充降阻剂。

3.2.2 地桩材料

地桩：用 (5×5 0) M M镀锌角钢制作，每根长2.5米, 地桩须7～9根;地桩联接：用 (40×4MM) 镀锌扁铁;地线引线：用35平方毫米双塑铜芯线。

机房等电位连接是在机房内用 (40×4) M M的镀锌扁铁(最好用铜排)将计算机设备的直流工作地、保护地、防雷地等相互连接，形成环路式母线连接直流地。在机房六面形成“法拉第笼”等电位体，有效防止空间雷闪电磁脉冲(L A M P)对主机房计算机设备中的超大规模集成芯片(V L S T)的危害。

3.3 信号系统的防护

随着计算机网络的延伸和相互交错，雷电电磁脉冲可通过静电感应、高电位反击、直击的方式窜入外接信号线，再进入机房或终端设备，造成接口和设备损坏，而计算机网络在防过电压、浪涌方面是一个脆弱的电子系统。因此对外线进入的采取屏蔽、多点接地和安装防雷器等保护措施来降低雷电波扩散或截断其对设备的侵入。具体方案如下：

对光纤线路内金属加强筋在进出楼层处和各自机房时做好等电位连接;

端机设备机壳牢靠接地避免雷电感应至光纤加强芯，以提供可靠的电流泄放通道;

在中心机房服务器、工作站前端加装德国O B O系列1 0 0 M以太网信号R J 4 5 S-E 1 0 0/4-F信号专用避雷器。