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變電站通信機房防雷方案

2016-12-12 17:00| 發布者: admin| 查看: 631| 評論: 0

概述

  變電站通信系統主要分通信電源、光傳輸設備、接入設備、無線通信設備、環境檢測、監控系統、網路設備等。由通信設備承載企業的核心業務,重要性較高,一般根據TIA942標準的Tier4和Tier3標準建設,可靠性要求99.999%以上,以保證大部分異常故障和正常維護情況下正常工作,核心業務不受影響。

  當變電站機房所在的建筑物附近出現雷雨云時,雷電通過數據中心機房內建筑物頂部的接閃器等泄放雷電流時,也會在內部的計算機及其它設備的電源和網絡系統中產生感應雷電流,導致設備的損壞。

  雷電的表現形式主要有兩種:

  一種是直擊雷,是指帶電云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象。直擊雷威力巨大,雷電壓可達幾萬伏至幾百萬伏,瞬間電流可達十幾萬安,在雷電通路上,物體會被高溫燒傷甚至融化。通常在建筑物頂部安裝避雷針或避雷網等來防直擊雷。

  另一種是感應雷,是指當直擊雷發生以后,帶電云層迅速消失,而地面上某些范圍由于散流電阻大,以致出現局部高電壓,或者由于直擊雷放電過程中,強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物因電磁感應而產生高電壓以致發生閃擊的現象。

  當今社會電子計算機技術、微波通信技術日益發展,各類電子設備大量應用,雷擊電感應到附近的導體中形成過電壓,可高達幾千伏,對微電子設備的危害極大。LEMP(雷電電磁脈沖)的主要侵入通道有電源線路、各類信號傳輸線路、天饋路線和進入系統的管、纜、橋架等導體侵入設備系統,造成電子設備失效或永久性損壞。因此,雷擊電磁脈沖的防護是在入侵通道上將雷電流泄放入地,從而達到保護電子設備的目的。其主要方法是采用隔離、等位、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓過流保護、接地等方法將雷電過電壓、過電流及雷擊電磁脈沖消除在設備外圍,從而有效地保護各類設備。目前主要采用氣體放電管、放電間隙、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態二極管、晶閘管、高低通濾波器等元件根據不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求,組合成電源線、天饋線、信號線系列電涌保護器(SPD)安裝在微電子設備的外連線路中,地線按共同接地原則接入系統的地線,才不至于造成地位反擊。只要設計合理、安裝合格,電涌保護器就能有效的防御雷電。

  常見的雷電干擾的入侵途徑及原因

  ·當建筑物本身受雷電直擊時,和建筑物連接的金屬導體包括建筑物鋼筋與地極之間產生瞬時電位差,構成摧毀電子設備之沖擊過電壓。并且經下引線流過的大量電流,亦產生磁場沖擊波。

  ·當遠端的導線因雷電而產生感應電壓會由遠端經導線傳導過來。

  ·當云層間放電時,強大的電磁沖擊會在鄰近的地上金屬導線感應出沖擊電壓,并且磁場沖擊會漫延到地上的建筑物。

  ·另外,內部操作過電壓,如變壓器的空載,電機的啟動,開關的開啟等,也能引起強大的脈沖沖擊電流通過線纜引入,破壞電子設備。

    方案設計

  由感應雷引起的事故約占雷害事故的80%至90%。針對感應雷的破壞途徑,我們可采取接地、分流、屏蔽、均壓等電位等方法進行有效的防護,以保證人身和設備的安全。

  因此機房內部通過電源、網絡和通訊線路相連接的自動化、計算機系統設備期望通過較為傳統的方法即安裝避雷針以及前端強電避雷設備避免感應雷擊的事故是不可能的,其作用是不充分的。只有針對感應雷擊損壞設備的特性,采用防范感應雷擊的解決方法,才能避免雷電對設備的侵襲。

  由于感應雷產生的途徑有許多種,在距離帶電雷雨云較近所有的金屬回路中均會產生破壞性的可能,只是有些的雷電過電壓較小,不會對設備產生明顯的破壞力而已,但過電壓的存在對設備的長期使用的壽命必然產生影響,因此感應雷防范的難度遠大于直擊雷的防范,而且所需要投入的費用也高于直擊雷的防護。

  因此作為機房全面的防護方案,必須充分考慮其設備遭受感應雷侵襲并發生事故的可能性,根據感應雷的特性,加以專項的防護,才能做到充分的防護。

  從可能引雷的三條途徑:電源系統、網絡系統和通訊線路。針對計算機網絡設備和通訊的特性、需要的防雷等級程度,選用性價比合適的防雷產品,做到以合理的價格達到充分的防護。確保設備對直擊雷和感應雷以及線路操作過電壓的全面防護。

  欲使設備得到很好的保護,首先應對其所處的環境、受雷電影響的程度作出客觀的估計,因它與出現過電壓的幅值、概率、網絡結構、設備抗電壓能力、保護水平和接地等有關;防雷工作應作為一項系統工程來考慮,強調全面防護(包括建筑物、傳輸線路、設備和接地等),綜合治理,且要做到科學、可靠、實用和經濟。針對感應雷瞬時能量較大的特點,根據IEC國際標準對能量逐級吸收的理論,及防護區間量級分類的原則,需要做多級防護。

  采用避雷針、避雷帶和避雷網等可防止和減少雷電對建筑物、人身和居室造成的危害。但已有大量事實證明:在安裝了這些避雷裝置的室內,計算機設備、通訊網絡及微電子器件在雷擊時,卻仍然會遭受不同程度的損害。對此,科學家通過進一步的分析,已經找到了其中的原因所在。

  直接擊中建筑物的雷電稱之為“直擊雷”。避雷針等裝置可將“直擊雷”產生的高電壓、強電流迅速引入大地,消除雷擊的影響,從而起到保護設施的作用。然而,雷擊放電時在空中會產生強大的電磁場,使周圍的金屬導體因“電磁感應”而帶上很高的電壓,另一方面雷擊入地點在瞬間會產生“地電位反擊”,電位迅速抬高,影響其它接地設備的安全。這些由雷電引起的感應現象稱為“感應雷”,同樣具有強烈的破壞作用。

  雖然在避雷針的保護范圍內,物體可免遭直接雷擊,但“感應雷”可在電力、通信、網絡、衛星天線及有線電視等線纜上產生高壓感應和電流“浪涌”,并通過導線引入配電間、機房、辦公室和住宅等,使電源、通訊及電子設備不可避免地受到損害。因此,防止這些現代社會的雷害顯得十分緊迫和必要。

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