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智慧中心机房建设设计方案

智慧中心机房建设方案

临澧电信分公司

2014年12月

1.概述

在现代科学技术高度发展的社会里,电子计算机越来越广泛地应用于各个领域,它由七十年代前主要用于国防尖端工程和重大科学研究的数据计算,(如卫星轨道、导弹弹道的计算等)已发展到今天用于数据处理、经济管理、企业管理、过程控制、通信、交通、金融、情报、基建、和人工智能等各个领域,并且电子计算机还在不断地提高其性能,向高运算速度,超大规模集成化,超小体积方向发展。但是电子计算机只有可靠地运行才能发挥其效益,而电子计算机的可靠运行要依靠电子计算机机房的严格的技术条件来保证。

2.综合机房工程

2.1设计思想

为适应当前业务发展需要,建成一个具有一定规模容量,技术先进、功能齐全、运行高效、使用方便、安全可靠、质量优良,适应全方位、多层次需求的现代化办公网络机房。

机房是综合大楼的弱电系统和各类信息的中枢,它必须保证计算机设备能正常有效地工作。为使计算机设备能正常运行以及工作人员能有一个良好的工作环境,具备一个相应的机房工程系统是必不可少的。该系统包括空调、电力、照明、消防、防静电、防雷击、室内装潢等方面的内容。因此,机房设计应具有超前意识和较高的科技含量,能够满足今后十年业务发展的需要。

2.2设计原则

科学性和系统性

机房设计及工程实施首先要体现科学性,即要严格按照国家现有的规范和标准来进行设计;其次机房的设计要从系统性的角度来考虑。因为现代化机房不只是一个简单计算机摆放的场所,而是由UPS系统、电气系统、照明系统、空气调节系统、消防保安系统、地线系统、装饰防静电系统等组成的综合体,各系统均不是相互隔离的,而是有密切的联系。因此为了保证机房主机、网络等设备的稳定、可靠、安全地运行,一定要考虑机房的系统性。要使机

房各项功能完整配套,达到专业规范,技术先进、经济合理、安全适用,质量优良、管理方便之目的。

设计标准性、适用性和先进性

严格按国家关于中心机房的有关标准设计,文件图纸规范齐全,采用国标设计,力求统一性,可调整性。在实用的前提下,选择机房工程专用设备和进口优质装修材料,达到最佳装修效果。面积及性能指标的确定根据现有计算机网络系统及主机设备对环境的要求,同时结合以后的发展方向,有战略性的超前。

安全可靠性和扩展性

采用质地优良的材料和性能优越可靠的设备,配套规范的施工工艺技术,确保机房各个环节都安全可靠。本系统不仅能支持现有的系统,还能在空间分布、系统容量等方面具有充分的扩展余地,便于系统适应未来发展的需要。

舒适性和美观性

机房设计在满足先进、可靠、安全、适用、系统化的前提下,作为信息的汇集中心,人员的办公场所,还要满足一定的美观性和舒适性。要合理进行区域的分隔,突出重点区域,合理配置和使用现代的装饰材料,使建成后的机房给人一种美观、舒适赏心悦目的效果。

2.3设计依据

现代的机房建设工程,充分体现了新技术、新材料、新工艺、新设备的特点。一方面,机房建设要满足计算机系统的安全可靠、正常运行,延长设备使用寿命,提供一个符合国家各项有关标准的优秀的技术场地;另一方面,机房建设给机房工作人员提供了一个舒适、典雅的工作环境。因此,机房建设常常需要专业技术企业来完成,从而在设计施工中确保机房先进、可靠、安全、精致。本方案书依据国家标准及行业标准设计和管理施工,所引用的标准包括:

3.GB 2887-89《计算站场地技术要求》

4.GB 9361-88《计算站场地安全要求》

5.GB 50174-93《计算机机房设计规范》

6.GB6650-86《计算机机房活动地板技术条件》

7.GBJ 45《高层民用建筑设计防火规范》

8.TJ 16《建筑设计防火规范》

9.GB 50222-95《建筑设计防火规范》

10.GB 50054-95《低压配电设计规范》

11.GA173-1998《计算机数据系统防雷保安器》

12.GB3482-3483-83《电子设备雷击试验》

13.GB11032-89《交流无间隙避雷器》

14.IEC1024-1:1990《建筑防雷》

15.GB 50150-91《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

16.GB 50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

17.JGJ 73-91《建筑装饰工程施工及验收规范》

18.总体设计

3.1机房工程范围

本机房主要由以下几个工程子系统组成,我们会在方案中将对各个子系统做详细的方案设计说明。

19.机房基础装修工程;

20.机房配电电气工程;

21.机房防雷接地工程;

22.机房门禁管理工程;

23.机房新风通风工程;

3.2机房结构装修系统

3.2.1吊顶装修设计

吊顶是机房结构装修中重要的组成部分。吊顶上部安装着强电、弱电、线槽和管线,也安装着消防灭火的气体管路及新风系统风管。在吊顶面层上安装着嵌入式灯具、消防报警探测器、气体灭火喷头。机房要求机房吊顶必须防火、防尘、美观和易于拆装。因而在机房中广泛使用着微孔金属吊顶。

本次设计机房吊顶采用“伟业“牌拉丝板吊顶,规格为600*600*0.8mm,因为机房内中央有二根横梁,其中一根横梁距地面高度只有2.8米,所以机房吊顶离地面的高度只为有2700mm。

该品牌顶板为暗架式吊顶,是由拉丝板制成。顶板四周均有向上摺边以增强牢度。为增强吸音效果,可选用两种不同大小针孔带有或没有无纺纤维纸粘贴层的针孔板。

该顶板色泽鲜明、清秀,着色坚固,漆面不脱落。微孔板既用于装饰、吸音,又在回风吊顶上用于回风。吊顶线条清新、自然,新潮又不凌乱。同时又便于拆卸。

方形吊顶配嵌入式双管格栅灯具,灯具尺寸600*600毫米。灯具与吊顶尺寸配套。

考虑照度均匀,灯具采用均布。

吊顶顶板上需要安装灯具、风口、烟感、温感探头、自动灭火喷头。因此设计上要综合考虑,使各系统管路纵横交错,排列有序。本次机房吊顶板建议采用乳白色。

吊顶周边均采用L形修边角。周边顶板应精确下料,并与L形修边角衔接,连接紧密、平直。

安装方法:

1、根据同一水平高度装好收边饰条。

2、根据方板及龙骨的宽度确定吊点,装上吊杆。

3、把天花吊件装在吊杆上,并装好龙骨调整到适合位置。

4、把天花板周边贴上单面胶后放入方格内即可。

3.2.2机房强、弱桥架设计

因为机房内中央有二根横梁,其中一根横梁距地面高度只有2.8米,所以机房吊顶离地面的高度只为有2700mm。其中静电地板安装高度为200mm,所以机房的净空高度只有2500mm。而本机房内采用的网络机房高度均为2200mm,这样机房内机柜距天花板的高度只有300mm 的空间,用户要求强弱电桥架全部采用机柜上方安装方式,但是根据强、弱电设计规范,强电桥架与弱电桥架至少也应有100mm的空间距离。所以本机房内机柜上方的空间距离高度无法可以实现强、弱电桥架全部采用上走线方式,因此我们只能设计弱电桥架采用机柜上方安装,强电桥架只能采用静电地板下方安装。

3.2.3墙面装修设计

主机房内原有4个1800*2000的窗户,为了达到机房的防尘要求,将机房内的主机房内的窗户全部采用大芯板+石膏板封闭处理。

因为机房北面墙面曾发生过浸水现象,水源危害是机房建设一个不可忽略的环节,所以为了保证机房内不会发生水浸现象,在本机房建设时应对机房内原有的4个窗户加一层防水墙,再对机房北面的墙壁做防水处理。

机房中墙面材料应采用防火等级高、不易吸附尘土、防潮、质感好的材料。本方案主机房内墙面采用彩钢板墙面,监控设备区内墙面采用普通的白色乳胶墙面。

彩钢板墙面采用轻钢龙骨、内填防火保温棉后再封石膏板再封彩钢板,轻钢龙骨可装配性、可加工性能均好,有可锯、可焊、可螺钉固定等优点。彩钢板特点耐水性、防潮、防火强度高,吸声和隔热也较好,其次表面阻抗值为106-109,稳定性能极高。

施工顺序

清理施工现场院—弹线—放线—安装竖向龙骨—安装贯通龙骨—安装支撑卡—安装门窗口的横梁龙骨—做固定件附加轻钢龙骨—检查安装质量—校正—墙内电线管道铺设—填防火保温棉—安装彩钢板—处理板面接缝。

第一、彩钢板安装的固定方式有穿透式和暗扣隐蔽式两种。穿透式固定是屋面和墙面彩钢板安装的最常用方式,即用自攻螺钉或铆钉将彩板固定在支撑件(如檩条)上,穿透式固定分为波峰固定、波谷固定或他们的组合。暗扣隐蔽式固定是将与暗扣式彩板配套的特制暗扣先固定在支撑件(如檩条)上,彩板的母肋与暗扣的中心肋齿合的固定方法,一般用于屋面板的安装。

第二、彩板的侧向和端部搭接。安装每一块钢板时,应将其边搭接准确地放在前一块钢板上,并与前一块钢板夹紧,直到钢板的两端都固定为止。一种简单而有效的方法是用一对夹口钳分别夹住所搭接的钢板。钢板沿纵向就位时,其端部尤其是上端部需用钳子夹住搭边部分,这样可保证钢板一端的就位,并使一端的搭接也处于正确的位置,从而固定住钢板,在固定的过程中,夹钳始终应在纵向夹住钢板。在安装下一块钢板之前,每块钢板必须完全被固定住。固定必须始于钢板的中心,然后向两边伸展,最后固定钢板的搭接边。对于端部搭接,由于屋面和墙面外形板是用连续加工的方法制成的,因此可按运输条件所限制的长度供应钢板,通常不需要搭接,钢板长度就足以满足屋面铺设的需要。出于对现场处理和运输考虑,必要时可用两块较短的钢板通过端部搭接来覆盖整个长度,每一列钢板的搭接顺序依

次从底部到顶部,然后再放下一列。对使用穿透式固定法的屋面和墙面钢板端搭接需定位在支撑上。对坡度在1/12(50)~1/4(150)之间的屋面,钢板端部重迭长度至少为200mm;坡度超过1/4(150)时,重迭长度至少为150mm,而且钢板端部重叠部分的中点应在支撑件的中心。墙面板最小重迭长度为100mm。

第三、自攻螺钉的选用。固定螺钉选用时应该按照结构的使用寿命选择固定件,而且特别注意外覆材料的寿命与指定的固定件寿命是否一致。同时注意钢檩条厚度不能超过螺钉的自钻能力。目前供应的螺丝可带有塑料头、不锈钢顶盖或涂有特殊的耐久保护层。另外,除暗扣固定用螺钉外,其他螺钉均带有防水垫圈,而且针对采光板和特殊风压下的情况均配有相应的专用垫圈。

第四、彩板的安装较易掌握,而一些细节的处理比较重要。对于屋面用彩板应该在屋顶及屋檐处将彩板进行相应的收边工作,其目的是为了更有效地阻止雨水进入屋面以内。屋面外板在屋脊的地方,都可用收边工具将位于钢板终端肋条之间的底盘向上折。它用于所有坡度低于1/2(250)屋面钢板的上端,以保证在泛水板或盖板下方由风吹入的水不会流入建筑之中。收边操作可在钢板定位之前实施,也可在钢板安装之后实施,但后一种方法要在钢板的顶端留有足够的间隙(约50mm),便于收边工具的操作。其具体操作方法是:把收边工具位于钢板终端底盘之上,尽快将工具滑于钢板之上,越里越好。

表面伸缩节点间最大钢板长

固定系统最大距离

隐蔽式固定暗

扣 35m 穿透式波峰固

定24m 穿透式波谷固

定 15m 可用下述方式形成伸缩节点:升高端接处上面钢板的所有檩条及屋面钢板的支撑以形成一个比钢板深度高15mm的高差。在高差处屋面钢板至少搭接250mm,并提供合适的防雨措施。落差处需另外设置檩条或支撑。

对于肋条钢板,无需为热位移设置横向伸缩节点,因为每个肋条的纵断面允许有一些横向位移。

实验数据表明,温度变化为10℃、50℃、75℃时,钢板长度方向上产生热胀冷缩,结果见下表。

如有云飘过遮住太阳,钢板在阴影下30秒之后,温度约下降3℃;2分钟后约下降10℃。

表面钢板的热膨胀/收缩

钢板长度mm 膨胀/伸缩量(mm)

10℃ 50℃

75℃

5000 0.6 2.9

4.3

10000 1.1 5.7

8.6

15000 1.7 8.6

12.8

20000 2.3 11.4

17.1

25000 2.9 14.3

21.4

30000 3.4 17.1

25.7

一般而言,在用于屋面和墙面板的所有金属中,钢的热胀冷缩到目前为止是最低的。

3.2.4不锈钢玻璃隔断

数据中心机房的隔墙推荐采用发纹饰面玻璃隔墙。玻璃隔墙在机房中的重要作用是显而易见的。最初的玻璃隔墙是在木隔墙上安装固定玻璃窗,然后在八十年代初期大量采用铝

合金玻璃隔墙。九十年代初期不锈钢饰面大玻璃隔墙在机房中得到了广泛应用。这种隔墙配合以不锈钢无框自由门,采用12毫米厚玻璃,安全、牢固,壮观气派,透视效果极好,衬托了机房宏观形象。玻璃隔墙的优点确立了它在机房中的地位。在玻璃隔墙实际使用中,最初用做饰面的不锈钢镜面板尽管外形靓丽,但终因易产生眩光而逐步淘汰,代之以发纹不锈钢饰面。

网络设备区主机房与办公人员操作区隔断采用不锈钢包边12mm厚钢化玻璃分区,并配有单开玻璃门。

3.2.5地面装修工程

活动地板在计算机房中是必不可少的。机房敷设活动地板主要有三个作用:

第一,在活动地板下形成隐蔽空间,可以在地板下隐蔽敷设电源线管、线槽、综合布线、消防管线等以及一些电气设施(插座、插座箱等),使机房不致显得非常零乱;

第二,由于敷设了活动地板可以在活动地板下形成空调送风静压箱,使送风均匀。

第三,活动地板的抗静电功能也为计算机及网络设备的安全运行提供了保证。

第四, 比其他地板更易于更换,使用灵活,牢固稳定,平整。

活动地板的种类较多。根据板基材、材料不同可分为:铝合金、全钢、复合木质刨花板等。地板表面则粘贴抗静电贴面。活动地板的不同选择直接影响机房的档次。不同质量的地板使用后,机房的效果大不一样。

防静电地板选择:目前机房活动地板广泛采用科"科星"抗静电活动地板。

"科星"牌抗静电全钢通路地板严格国标GB6650-86标准生产的,所有制造全钢地板的材料均无公害物质,保证安全使用。其地板基体采用进口冷轧板经拉深焊接而成,地板的上板为超硬质钢板,下板为深拉深级钢板,地板表面经过导电环氧树脂喷塑处理,中间填充泡沫水泥,且表面可粘贴各种地板覆盖物所装饰。地板配套附件--支座、桁梁均为全钢组件,表面经镀锌防腐处理。

地板铺设高度:

主机房内活动地板设计高度为30CM,活动地板安装过程中,地板与墙面交界处,精确切割下料。为增加送风效果机房内的线槽最高不超过10CM,机房地面同样做保温处理。

收边处理:

切割边需封胶处理后安装。地板安装后,用不锈钢踢脚板压边装饰。机房出入口做收边踏步处理,用不锈钢收边。

活动地板安装一定要做到表面平整、接缝严密。这取决于两个方面。一是活动地板本身的精度,二是安装工艺和质量。

3.2.6机房通道设计

机房入口安全通道门采用900*2100的钢质单开防盗门,机房内网络设备区与办公人员操作区之间采用玻璃隔断,通道采用900*2100的单开玻璃门,机房内网络设备区与UPS电池配电区之间采用轻质墙壁隔断,通道采用900*2100的平推玻璃门。

3.2.7隐蔽部分工程

装饰工程中的隐蔽工程,我司将严格按照国家标准对隐蔽部分材料采取:

A、墙体部分作防尘处理

B、部分非阻燃材料必须涂刷防火涂料

C、所有隐蔽用材必须符合机房用材性能指标,做到不起尘、阻燃、绝燃,不会产生静电,牢固耐用并无病虫害发生。

3.2.8机房防鼠、防虫

机房内切实做好防虫、防鼠处理,所有孔洞、门窗必须密封。

3.2.9机房色彩

整个机房区大部分以淡蓝和淡灰为主色调,力求明快、现代感。

24.机房电气系统

4.1机房配电系统概述

一个系统能够正常工作,不仅需要有良好的主设备、性能卓越的UPS电源和安全舒适的工作环境,还需要有一个设计合理、可靠性高的供配电系统。

我们为该项目考虑与设计的内容如下:

1、机房内用电设备供电电源均为三相五线制及单相三线制,采用双回路供电;

2、用电设备作接地保护,并入土建大楼配电系统;

3、机房用电设备、配电线路装置过流过载两段保护,同时配电系统各级之间有选择性地

配合,配电以放射式向用电设备供电;

4、机房配电系统所用电线为衡阳产的阻燃聚氯乙烯绝缘导线,敷设喷塑桥架、镀锌铁管

及金属软管。

5、机房的设备供电和空调照明供电分为两个独立回路,其中设备供电由UPS提供并按设

备总用电量的1.3倍进行预留,而空调照明用电由市电提供并按空调设备的要求供配。

6、机房内照明装置宜采用机房专用无眩光灯盘,照明亮度大于300LUX,事故照明亮度应

大于60LUX。机房设应急照明,正常状态下由市电供电,当市电停电时应急照明由UPS 供电。

7、机房强电桥架采用静电地板下布置。

8、机房设置检修插座,由市电供电。

4.2机房供电电源要求

计算机设备供配电系统提供电源的质量好坏直接影响着计算机系统的稳定性和可靠性。在GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》中对电压变动、频率变化、波形失真率均有具体的分级要求(见下表)。

在设计中,对计算机主机设备供电选用A级标准。

机房计算机设备包括计算机主机、服务器、网络设备、通讯设备等,由于这些设备进行数据的实时处理与实时传递,关系重大,所以对电源的质量与可靠性的要求最高。设计中计算机设备按一级负荷考虑,系统中同时考虑采用UPS不间断电源,最大限度满足机房计算机设备对供电电源质量的要求。

4.3机房配电柜

机房配电柜主要作用是将低压配电室(220V或380V)送到机房的一路市电,经机房配电柜转换成多路市场电,供照明、空调、UPS电源、及插座使用。此配电柜内底板上的所有器件连接线称为一次回路线,底板与配电柜面板上的器件(主要包括指示灯、电压及电流表、转换开关等)的连接线答为二次回路线。

在配电柜内设一个主开关,其上端与低压配电室连接,下端与配电柜内各分路开关通过导线可导线排相接。主开关超过60A时最好选用塑壳开关,导线与塑壳开关相连接时需要压接铜鼻子,这样连接处不容易松动,不会发生打火现象。

所有进出配电柜的导线都要用彩色绝缘胶布做上标记,火线用黄色、绿色和红色(对三相而言,如单相只用红色),零线用兰色,地线用黑色。特别是三相市电进入配电柜与空气开关连接时,一定要按从左到右,黄、绿、红线顺序连接,一定不要接错,许多三相负载对输入相序都有严格的要求,如空调设备在相序接错时会发生风机倒转,UPS电源在相序接错时会发生损坏等,因此在没有把握时,一定要用相序表测一下输入电缆,看所标的颜色是否正确。

对三相电来说,三相负载平衡也同样重要。如果三相电路中三相电流相差很大,容易使零线上有过大的电流流过,由于零线线径细,过大的电流流过零线会让零线发热,另外零线电流过大也是造成零-地电压增高的主要原因,三相负载平衡也容易造成空开跳闸主要的原因。

配电柜内分路开关量不宜选取过大,过大会造成分路开关没跳,主开关先跳的现象。分路开关同相超过三路时其单路容量最大为主开关的一半,分路同相开关所有的容量相加最好不要大于主开关的一倍。

配电柜内的除火线外,零线与地线不用通过空气开关,特别地线一定不要通过空气开关。从低压配电室来的零线与地线通过铜鼻子与配电柜下面的零、地排连接,地排与配电柜外壳用导线接在一起。

空气开关主要分断路器及塑壳开关二大类,断路器采用簧片压线方式,最大压线不超35mm2,最大电流不超过100A。由于采用簧片压线方式,时间长容易产生松动现象,需要定时紧固,一般每个季度需将螺丝紧固一次,不然会产生打火现象,烧毁密空开。塑壳开关容量一般很大,塑壳开关采用铜鼻接线方式,由于有弹簧垫片,紧固后不需要做日常维护工作。

配电柜内空气开关可以选用市场上常用的器件德力西,空气开关按容量可分为16A、20A、32A、40A、63A、80A、100A、125A、160A、250A等,具体空气开关选用多大的容量,要按设备的用电大小来计算。

电缆与最大电流换算:

本次项目机房内配置1台总配电柜。

4.4机房内总用电负荷

如果按预留30%的功率来计算,机房的功率为92.5KW,所以机房的主电源线应采用

VV4*70+1*35的电缆线。

4.5机房照明配电系统

4.5.1照度选择

主机房按《电子计算机机房

设计规范》(GB50174-93)要求,

照度为400Lx;其它辅助功能间

照度不小于200Lx;机房应急照

明大于60LX,疏散指示灯、安

全出口标志灯照度大于1Lx。

4.5.2灯具选择

主机房及办公区灯具选用

星辉三管嵌入式荧光灯并带电

容补偿:3*20W 灯具光管采用菲

利浦光管,与灯盘相配可产生柔和的效果,不会产生眩光,特别适用于计算机办公室。灯具正常照明电源由市电供给,由照明配电箱中的断路器、墙上跷板开关控制。星辉电器制造有限公司是一家专业照明电器生产厂家,也是全国生产早规模大品种多质量好的大型专业企业,该公司已经通过ISO9001:2000国际质量体系认证产品性能先进,造型美观,安装方便,光线柔和,是机房照明的理想选择。

4.5.3应急备用照明

应急备用照明灯具为灯盘适当位置的荧光灯具其中一管,由UPS供电。应急照明由单独的回路控制。正常状态下由市电供电,当市电停电时由UPS供电。

25.防雷接地系统

5.1概述

雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的影响人类活动的严重自然灾害之一,也被

称为“电子时代的一大公害”。

随着计算机技术、通信技术和网络技术的发展,进人了信息时代;而电子计算机、微处理器以及其他电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低,过电压耐受能力差的弱点,而瞬间过电压会通过电源、信号等线路侵入网络设备,使传输中的信号或储存的数据受到干扰而丢失,出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机等现象,甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪,造成设备或元器件损坏;给各行各业以及人们日常生活造成巨大损失。据美国通用研究公司提供:磁场脉冲超过0.07高斯,就可以引起计算机误动作;磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏。随着近年来电子技术的飞速发展, 计算机系统的网络化程度越来越高,人类对电气设备尤其是计算机设备的依赖越来越严重。而电子元器件的微型化、集成化程度越来越高,各类电子设备的耐过电压能力下降,遭雷电和过电压破坏的比例呈不断上升的趋势,对设备与网络的的安全运行造成严重威胁。据统计,全世界每年因雷害造成的损失高达十亿美元以上。

国家有关部门对计算机系统的防雷工作非常重视,制订了相关的法律、法规及相应的标准和规范。湖南为雷击高发区,被列为我国四大雷区之一。相关部门对防雷工作给予高度重视,下发了《公安厅、气象局关于加强计算机信息系统防雷保护的通知》等有关文件,要求各单位、各部门切实加强计算机系统抵御雷电危害的能力。

1%

31% 7%

水灾

6%火灾5%

疏忽

其它

27%

5.2 雷电入侵设备的途径

雷电损坏设备通常有四个途径,一是遭受直接雷击损坏;二是雷电电磁脉冲沿着与设备相连的信号线、动力线侵入设备而损坏;三是设备接地体在雷击时,产生瞬间高电位而损坏;四是设备安装方法,包括线路的布局、安装的位置不规范,受雷电在空间分布的电场、磁场的影响而损坏。

1、雷击过电压的形成(LEMP)

密集于大地上空的带有大量正电荷或负电荷的云,称为雷云。当雷云中的电荷聚集量很大且具有较高的电场强度时,周围的正、负雷云之间或雷云与大地之间,可能发生强烈的放电现象,称之为雷电现象。

图1雷电LEMP的幅值变化

习惯上把大地的电位视为零,雷云的电位远高于大地的电位,由于静电感应而使大地感应出大量的与雷云电荷异号的电荷,两者类似于一个巨大的空间电容器。雷云中的电荷分布并不均匀,常常形成多处电荷聚集中心,当它的电场强度达到(25~30)kV/cm时,雷云就会开始向大地方向击穿空气,形成一个导电的空气通道,称为雷电先导。当雷电先导进展到离地面100m~300m时,地面上感应出来的异号电荷也在相对集中,尤其是向地面上较高的突出物上集中,于是形成了迎雷先导。迎雷先导和雷电先导在空中相互靠近,当两者接触时,正、负电荷强烈中和,出现极大的电流并伴有雷鸣和闪光,这就是雷电的主放电阶段,时间很短,一般为50μs~100μs。主放电阶段过后,雷云中的剩余电荷沿主放电通道继续流向大地,称为放电的余辉阶段,时间约为0.03s~0.15s,但电流较小,约几百安。

图1是在实验中得到的雷电波的波形,从图中可以看出雷电流从先导放电开始到最大

值时间很短,一般约1μs~4μs,称为波头the;雷电流从最大幅值开始衰减,到幅值之半所经历的时间tta称为波尾,约需数十微秒。波头和波尾的整体波形为雷电流波形,通常可用斜角波头表示。雷电流(或雷电压)波形是一种脉冲。

2、雷电感应过电压的形成

在架空线路附近发生对地雷击时,架空导线上有可能感应出很高的电压,其幅值可达300V~400V,对电气绝缘的破坏性很大,必须设法加以防范。

在雷云放电的起始阶段,雷电先导中有大量电荷向地面挺进,这些电荷形成的电场对架空导线发生静电感应,于是导线上逐渐聚集起大量与雷云电荷异号的束缚电荷Q。由于架空导线与大地间形成电容C,所以导线对地的雷电感应电压U可用下式表示 U=Q/C 在雷云放电的同时,架空导线上的束缚电荷因失去外界束缚力而变为自由

图2雷电对电子设备的影响形式

电荷(形成感应雷电流),在雷电感应电压U的作用下以电磁波的传播速度沿导线向两侧冲击涌流,通常称为感应冲击波,这就是感应过电压冲击波的形成过程。

3、其它感应过电压

对于弱电信号线路来讲,感应过电压不仅仅是雷电感应过电压。当信号线路与电力电缆敷设于同一电缆管道中,当电流流过电力电缆时,在电力电缆周围就会产生一个电磁场,这一电磁场能在通讯线路中感应出干扰电压,这个干扰电压虽功率较低,但其持续时间实际上是无限的。特别是当电力电缆漏电时,对信号电缆的危害将更大,因此在工程中应合理敷

设电缆,尽量将不同类型的电缆管道分开。

5.3 雷电防护的基本原理

所谓雷击防护就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地,是疏导,而不是堵雷或消雷。

按防雷规范划分,当今电子设备的防雷手段,主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护五种方法。

(A)、分流

利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地,防止雷电直接击在建筑物和设备上。

(B)、屏蔽

系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽,在机房建设中,利用建筑物钢筋网和其他金属材料,使机房形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波(含雷电的电磁波和静电感应)干扰机房内设备。

(C)、等电位连接

所有金属物体,包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接,以均衡电位。

(D)、接地

为保证其稳定可靠的工作、保护设备和人身安全,解决环境电磁干扰及静电危害,需要一个良好的接地系统。

(E)、过电压保护

在电子设备的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器,利用其非线性效应,将线路上过高的脉冲电压滤除,保护设备不被过电压破坏。主要的保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、快速箝位二极管等,根据需要进行组合,形成完整的防雷保护器。

5.5建筑物内磁场产生原因

我们来分析感应雷产生的原因,以一栋建筑物为例,当雷击到建筑物的避雷针或避雷带上时,雷电流就会沿着避雷装置的引下线或是建筑物内的主钢筋流入大地与大地中的电荷中和。但是当强大的电流流过避雷装置的引下线或是建筑物内的主钢筋时,就会在其周围产生

强大的变化电磁场,这些电磁场会对与之平行敷设的金属导体上产生感生电动势。就因为有了这个感生电动势加在电子设备上,打破了电子设备的正常工作电压差,所以电子设备就被雷电流击坏。也就是说只有做好了电子设备的防感应雷措施和设备的等电位处理,才能保证电子设备的安全。

根据GB50057-94中记载,雷击电流击到建筑物的避雷针、带只有50%的雷击能量入地还有50%的能量通过电源线、信号线等金属构件进入建筑物内损坏用电器。

当雷电流沿引下线流入大地时,在引下线和接地网周围会产生很大的磁场,也就是我们初中物理学过的右手螺旋定则,与电流方向平行的金属导体都会切割磁力线,都会产生相

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