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如何建設網絡機房接地系統

來源:德恩拓 發布時間:2015-5-12 15:02:52
    目前,隨著計算機和網絡通信技術的高速發展,計算機網絡系統對雷擊的防護要求越來越高。由于對雷擊的防護措施不力或存在認識上的偏差,往往起不到應有的防護效果,機房遭受到雷擊頻繁發生。特別是在雷雨季節,計算機網絡系統的一些電子電氣設備受到雷擊的侵害,有些遭雷擊而燒毀,造成巨大經濟損失。計算機網絡系統的防雷防護要引起足夠重視,做到有備無患,對防雷設施進行整改,做好整體防護措施,才能更好地維護機房的安全運行。

關于接地的規范

  國家標準《電子計算機機房設計規范》第四節有如下規定:
  電子計算機機房接地裝置的設置應滿足人身的安全及電子計算機正常運行和系統設備的安全要求。電子計算機機房應采用下列四種接地方式:

  交流工作接地
  安全工作接地
  直流工作接地
  防雷接地

  交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻按其中最小值確定;若防雷接地單獨設置接地裝置時,其余三種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻不應大于其中最小值,并應按現行國標準《建筑防雷設計規范》要求采取防止反擊措施。
  對直流工作接地有特殊要求需單獨設置接地裝置的電子計算機系統,其接地電阻值及與其它接地裝置的接地體之間的距離,應按計算機系統及有關規定的要求確定。電子計算機系統的接地應采取單點接地并宜采取等電位措施。
 
直流接地

  直流工作接地是計算機系統中數字邏輯電路的公共參考零電位,即邏輯地。邏輯電路一般工作電平低,信號幅度小,容易受到地電位差和外界磁場的干擾,因此需要一個良好的直流工作接地,以消除地電位差和磁場的影響。機房直流工作接地線的接法通常有三種:串聯法、匯集法、網格法。

  串聯法

  在地板下敷設一條截面積為(0. 4~1. 5mm) ×(5~10mm) 的青銅(或紫銅) 帶。各設備把各自的直流地就近接在地板下的這條銅皮帶上。這種接法的優點是簡單易行,缺點是銅帶上的電流流向單一,阻抗不小,致使銅帶上各點電位有些差異。這種接法一般用于較小的系統中。

  匯集法

  在地板下設置一塊5~20mm厚、500 ×500mm 大小的銅板,各設備用多股屏蔽軟線把各自的直流地都接在這塊銅板上。這種接法也叫并聯法,其優點是各設備的直流地無電位差,缺點是布線混亂。

  網格法

  用截面積為(2. 5mm ×50mm)左右的銅帶,整個機房敷設網格地線(等電位接地母排),網格網眼尺寸與防靜電地板尺寸一致,交叉點焊接在一起。各設備把自己的直流地就近連接在網格地線上。
  這種方法的優點在于既有匯集法的邏輯電位參考點一致的優點,又有串聯法連接簡單的優點,而且還大大降低了計算機系統的內部噪聲和外部干擾; 缺點是造價昂貴,施工復雜。這種方法適用于計算機系統較大、網絡設備較多的大、中型計算機房。

交流工作地

  計算機、網絡設備是使用交流電的電氣設備,這些設備按規定在工作時要進行工作接地,即交流電三相四線制中的中性線直接接入大地,這就是交流工作接地。中性點接地后,當交流電某一相線碰地時,由于此時中性點接地電阻只有幾個歐姆,故接地電流就成為數值很大的單相短路電流。
  此時相應的保護設備能迅速地切斷電源,從而保護人身和設備的安全。計算機系統交流工作地的實施,可按計算機系統和機房配套設施兩種情況來考慮。如打印機、掃描儀、磁帶機等,其中性點用絕緣導線串聯起來,接到配電柜的中線上,然后通過接地母線將其接地;機房配套設施如空調中的壓縮機、新風機組、穩壓器、UPS 等設備的中性點應各自獨立按電氣規范的規定接地。

安全保護接地

  安全保護接地就是將電氣設備的金屬外殼或機架通過接地裝置與大地直接連接起來,其目的是防止因絕緣損壞或其他原因使設備金屬外殼帶電而造成觸電的危險。
  安裝好安全保護接地后,由于安全保護接地線電阻遠遠小于人體電阻,設備金屬外殼或機架的漏電被直接引入大地,人體接觸帶電金屬外殼后不會有觸電的危險。機房安全保護接地的接法是將機房內所有計算機系統設備的金屬機殼用數根絕緣導線就近接入系統的安全保護接地線上。
  機房內其它配套輔助設施,如空調中的壓縮機、新風機組、穩壓器、UPS 等設備的安全保護地應分別按有關的電氣規范要求接地?,F在許多計算機設備的電源線采用單相三線電纜,其中一條為火線(右),一條為中線(左),一條為地線(上)。這條地線在設備中聯在金屬外殼上。與設備相連的電源插座應采用三孔插座,統一連接安全保護地的接點。

防雷接地

  雷電對設備的破壞主要有兩類。第一類是直擊雷的破壞,即雷電直擊在建筑物或設備上,使其發熱燃燒和機械劈裂破壞;第二類是感應雷的破壞,即雷電的第二次作用。強大的雷電磁場產生的電磁效應和靜電效應使金屬構件和電氣線路產生高至數十萬伏的感應電壓,危機建筑物、設備甚至人身安全。
  防雷接地在雷擊的情況下,會有很大的電流通過流入大地,雷電流的幅值一般在數kA 至數百kA ,接地極及其附近的大地電位將產生瞬時高電位。如果在防雷接地極較近處有其它接地系統的接地極(接入端),就會產生干擾。所以,防雷接地與其它接地應嚴格分開,并保持一定的的距離,一般需大于20m。在雷電頻繁區域,應裝設浪涌電壓吸收裝置。
  計算機房如果設在有防雷設施的建筑中,可不再考慮防雷接地。但如果在這種已有防雷裝置的建筑物上再架設計算機網絡通信接入設備,如衛星接收天線、微波接收天線或紅外接收天線等設備,則必須另外敷設通信設備防雷接地。

接地系統的設計

  機房接地系統其實不能單獨自成一個獨立的系統,必須要與建筑物的防雷與接地系統形成一個整體。所以我們有必要了解一些建筑物的接地系統原理,那就是等電位連接與共用接地系統。
  共用接地系統是由接地裝置(基礎地或環形接地體)和等電位連接網絡組成。采用共用接地系統的目的是達到均壓、等電位以減小各種接地設備之間、不同系統之間的電位差。其接地電阻因采取了等電位連接,所以要按所有接入設備中要求接地電阻的最小值的那個決定。沒有必要規定共用接地系統的接地電阻要小于1Ω。
  建筑物內應設總等電位接地端子板(在最底樓層),每層豎井內的接地干線上設置樓層等電位接地端子板,設備機房設置局部等電位接地端子板。圖1所示是建筑物防雷區等電位連接及共用接地系統示意圖。
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接地裝置,當基礎采用硅酸鹽水泥和周圍土壤的含水量不低于4%,基礎外表面無防水層時,應優先利用基礎內的鋼筋作為接地裝置。但如果基礎被塑料、橡膠、油氈等防水材料包裹或涂有瀝青質的防水層時,不宜利用在基礎內的鋼筋作為接地裝置。宜在建筑物外面四周敷設閉合狀的水平接地體作為接地裝置。
  接地干線,宜采用橫截面積大于16mm2 的銅質導線在弱電井中敷設,在施工中一般宜采用截面積大于35mm2的銅質導線敷設,其目的是使導線阻抗遠遠小于建筑物結構鋼筋阻抗,為樓層、局部等電位接地端子板上可能出現的雷電流提供了一個快速泄放通道。接地系統的接地干線與各樓層等電位接地端子板及各系統設備機房內局部等電位接地端子板之間的連接關系。
  建筑物外部防雷裝置是直接安裝在建筑物外部,防雷裝置與各種金屬物體之間的安全距離不可能得到保證。為防止防雷裝置與鄰近的金屬物體之間出現高電位反擊,減小其間的電位差,除了將屋內的金屬物體做好等電位連接外,應將各種接地(交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等)共用一組接地裝置。
  上述四種接地的接地引出線經過接地干線與基礎地或環形接地體相連形成等電位連接,但防雷接地在基礎地或環形接地體上的接地點與其他幾種接地的接地點之間的距離宜大于10m。
  電子設備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管(槽)、屏蔽線纜外屏蔽層、信息設備防靜電接地和安全保護接地及浪涌保護器接地端等均應以最短的距離與等電位連接網絡的接地端子板連接。電位連接網絡再連接至接地干線。

機房的接地安裝

    現行國標推薦計算機機房采用聯合接方式,機房聯合接地電阻應≤1Ω。首先在機房靜電地板下應加做均壓環或接地母排,以起到等電位連接作用,并將至少兩處從均壓環或接地母排連接到機房所在樓層的電氣豎井內的接地干線的等電位接地端子板(電氣豎井等電位匯集點)上;機房內的工作交流地(N線)、靜電地、屏敝地、直流地、安全保護地、防雷地等直接連接到均壓環或接地母排上。

機房接地示意圖如圖2:
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1.機房電源線路防雷接地

  電子信息系統設備配電線路耐沖擊電壓的類別及浪涌保護器安裝位置示意圖是以TN-S 配電系統為例,如圖3。電源線路多級SPD 防護,主要目的是達到分級泄流。通過合理的多級泄流能量配合,保證SPD 有較長的使用壽命和設備電源端口的殘壓低于設備端口耐雷電沖擊電壓,確保設備安全。
  SPD 一般并聯安裝在各級配電柜(箱)開關之后的設備側。SPD 連接導線應平直,導線長度不宜大于0.5m,其目的是降低引線上的電壓,從而提高SPD的保護安全性能。 逐級可靠啟動泄流,確保多級SPD 不出現盲點,達到最佳的能量配合效果。接入機房等電位接地母排,通過它最終接入電氣豎井的接地干線。
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2. 天饋線路的防雷接地

  對有衛星天線和無線局域網室外天線,也應有完善天饋線路SPD。接入機房等電位接地母排,通過它最終接入電氣豎井的接地干線。

  3.計算機網絡系統的防雷接地

  在網絡傳輸線路上,安裝浪涌保護器的數量,視其電子信息系統的重要性和使用性而定。對于重要性很高的系統(服務器、交換機、路由器),安裝浪涌保護器的級數要由能量配合確認的級數才能達到安全防護;重要性相對較輕的系統安裝級數應少,才能達到既安全又經濟。
  特別是現在雷電對計算機網絡系統的襲擊最常見的感應雷引起的經過戶外的廣域網電話線和架空的無屏蔽層雙絞線感應高電壓串進樓房內網絡的設備,致使網絡芯片燒壞。
  信號線路浪涌保護器(SPD)與被保護設備的連接端口有串接與并接之分。由RJ11、RJ45、和其它接口組成的線路應串接安裝SPD,僅有接線柱組成的接口應并接安裝SPD。接入機房等電位接地母排,通過它最終接入電氣豎井的接地干線。

    SPD 的安裝連接圖如圖4所示:
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4.其它接地

  其它的如工作交流地(N線)、靜電地(靜電地板)、屏敝地(穿管布線金屬軟管或硬管)、直流地(邏輯參考地)、安全保護地(機殼、機柜)也依樣就近接入接入機房等電位接地母排,通過它最終接入電氣豎井的接地干線。

總結:

  防雷與接地系統是信息網絡系統不可或缺的基礎,企業的信息網絡系統設備眾多,設備昂貴,若沒有完善的防雷與接地的防護,就有可能在雷擊,被意外的電氣系統故障損毀。這種局面將不是我們所厚意看到的,而且這種事故還在普遍發生而不是意外,所以我們不能掉以輕心。筆者的主板集成的網卡就曾在最近的一次感應雷擊中,高電流經過室外雙絞線串進,燒毀網絡芯片。本文來自 http://www.damehaciendo.com

 

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