机房防雷、接地子系统的设计与运行维护PPT

1、机房防雷子系统及解决方案,6. 防雷器选型安装指引以及要注意的几个问题,5. 防雷元件类型和典型应用,2. 雷电的种类及其效应,1. 整体介绍,3. 浪涌过电压的危害,雷电保护系统的等电位连接,4. 对雷击放电及其效应的保护体系,雷电保护分区的概念,7. 简单应用举例,9. 总结 /问题和解答 !,8. 国际/国内标准、规范和测试,防雷子系统的内容和顺序,1.0 整体介绍,等电位连接包含：非带电金属导体的等电位连接和带电金属导体（如：电源线、 通讯线）通过防雷器的等电位连接。,1.1 EMC 电磁兼容的历史,1950,1960,1970,1980,1990,干扰变量/ 设备内置电子元件数量,时

2、间,抗干扰能力,真空管,晶体管,集成电路,2000,个人电脑,Chapter 2.0 雷电的种类及其效应,雷电的种类： 直击雷 感应雷击 传导雷 操作过电压,2.1.1 雷电流波形,-40,-20,0,0,200,400,600,800,t (s),100,300,500,700,900,经过几毫秒（ms）,在一个放电通道内的主放电和后续放电的能量效应与模拟雷电波形10/350 s相似，在 IEC 61024-1“建筑物防雷保护”，以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。,首次雷击,后续雷击,实测的雷电流脉冲波形 雷电流脉冲模拟波形, 10/350 s,Iimp,1100,

3、I (kA),2.1.2 直击雷波形与感应雷波形的区别,直击雷电流脉冲波形, 10/350 s 感应浪涌电流波形, 8/20 s,2.2 雷击电流大小的分布（欧洲）,0,5,10,15,20,25,0-10,10-20,20-30,30-40,40-50,50-60,60-70,70-80,80-90,90-100,100-110,110-120,120-130,130-140,140-150,150-160,160-170,170-180,180-190,190-200,雷电流幅值 kA, 包含正和负的雷击,雷击概率, %,分类原则依据德国DIN V VDE 0185 Part 1 (11/

4、02) ,也可参照GB50057-94,2.3 首次雷击的测试参数根据 IEC 62305-4; DIN V VDE 0185 Part 4,保护类别,峰值电流 I (kA),脉冲电流携带的电荷 Qs(C),单位能量 W/R (MJ/ohm),负极性首次雷击,正极性雷击,防护雷电放电的总和,I II III-IV,雷电流参数,100,50,2.5,100%,80%,98%,150,75,5.6,100%,85%,98.5%,Chapter 3.0,浪涌过电压的危害,3.0 暂态电压浪涌,什么是暂态浪涌电压?,暂态浪涌电压是持续时间很短的过电压，持续时间只有几个微秒，而电压峰值可以达到正常供电电

5、压 的数十倍。,雷电浪涌,开关浪涌,临时电压升高,谐波导致的 快速和慢速电压改变,电压下降 电压短时中断,3.1 效应 (直击雷),雷电击中没有外部避雷系统的建筑物,雷电直接对建筑物放电，使大电流流过建筑物，雷电流的能量将发生转换。建筑物某些部分的温度将急剧升高，产生火灾现象。 另外，雷电流通过时，材料可能被熔化或产生爆炸。,效应:火灾原因:雷电流携带的电量和能量。,3.2 效应（传导雷）,雷电击中高压架空线,当雷击架空线时，瞬时的阻抗是由导线本身的浪涌阻抗决定的。 对于单一导线，该阻抗(ZW)通常在400-500 ohms 之间。,效应: 过电压 （电压浪涌） 原因: 雷击脉冲电流峰值,3.

6、3效应（传导雷）,雷击低压架空线,低压架空线上的雷击的效应与高压架空线上的雷击的效应是不同的。 基本的区别是：低压架空线上的雷击非常接近建筑物，导线上可传导部分的雷击电流进入邻近建筑物内。,资料来源: 德国雷电防护和EMC技术中心 (BET),效应: 在低压供电系统产生过电压（浪涌） 和传导部分雷击电流。 原因: 雷电电流脉冲峰值。,3.4.1远处的雷击引起的电压浪涌耦合,远处的雷击,当雷电流通过某导体时，在该导体周围将会形成磁场。如果某一导线环路靠近有雷电流通过的导体（雷电放电通道），根据电磁感应原理，导线上就会产生感应过电压。,效应 ： 感应耦合 引起原因 ：雷电流的最大陡度,Lightn

7、ing arresters,Lines running parallel,Conductor loop,导线环路,3.4.2效应（感应雷击）,3.5效应（操作过电压）,电源开关转换,开关转换几乎发生在任何有用电设备的地方。 特别是在一些有大容量电感设备的场合， 例如： 电动机 变压器 扼流线圈 空调装置 焊接设备 长的灯串,效应 : 电源线上的过电压（浪涌） 原因 : 在电源线上的开关转换所致的暂态浪涌 （操作过电压）的高电流陡度。,资料来源: Kopecky/Aachen,3.6.1 浪涌过电压导致的损害,2003在湖南，一次晚上雷击，使烟叶自动化收购的10条线、40多台设备全部陷入瘫痪状态

8、 2000年5月31日，三明市尤溪县烟草局遭雷击,击坏计算机服务器、电话端口、电话机、网卡等设备，直接经济损失万多元,3.6.2 浪涌过电压导致的损害,2001年7月13日，兴化市烟草公司遭雷击，击坏计算机设备，经济损失约5万元。 2003年6月6日晚的雷雨，造成南宁市烟草专卖局多台设备受损。主楼二楼电脑室的一个交换机损坏，该交换机连接至主楼三楼；与电信局连接的XDSL modem、交换机（3个端口）、路由器（LAN端口）损坏。附楼二楼安保科电脑的鼠标接口及网卡损坏；资料室电脑主机及显示器损坏。附楼三楼交换机有两个端口损坏（不是装有SPD的那两个端口）。经现场调查，此次雷击损失是由于雷击电磁场

9、在电源线、电信局专线、网络线感应，产生雷电波，并沿这些线路侵入，造成电脑、交换机、设备端口等受损。,3.6.3 浪涌过电压导致的损害,2000年上海。8月27日14时左右，某烟草公司仓库遭雷击，击坏二楼控制室11块仪表板。 2002年6月2日，广东烟草云浮市有限责任公司被雷击，损坏电视机1台。 2005年6月，四川省乐山烟草公司遭受雷击，损坏设备达20余万元。,3.6.4 浪涌过电压导致的损害,2004年9月5日,长春市远达大街某仓库遭雷击起火后现场,该仓库损失逾百万。 2005-7-7上海宝山顾村镇变电站昨遭7次雷击 造成大面积停电被雷击的断路器烧得面目全非。,3.6 浪涌过电压导致的损害,

10、直接损失 火灾危险 人员伤亡 浪涌导致物理器件损坏 间接损失 数据和信息的丢失 不能提供服务之损失 传递错误指令使设备停产 信誉损失 系统技术可靠性下降 重新投资,3.7损害统计,雷电浪涌引致的损坏报告，包括直接雷击和雷击产生的效应导致的损坏,根据9000例损失报告的分析,Chapter 4.0,雷击放电及其效应的保护体系,4.0雷电保护系统方案,GB50057-94 IEC 1024、1312、1643,4.1 IEC 61312-1 关于雷击保护等电位系统的分流模式,一个完整的雷击电流通过如下途径泄放： 50%雷电流泄放入地 另外50%通过其他途径泄放： 大约10%从水管泄放（金属） 大约

11、10%通过煤气管道泄放（金属） 大约10%通过输油管泄放（金属） 大约10%通过电力线缆泄放 最多大约5%或5KA的电流通过通信线缆泄放,50 %,50 %,被保护空间必须首先被分成不同的防雷保护区。 这是为了定义雷电电磁脉冲（LEMP）影响程度不同的空间，也是为了选择等电位连接点的适当位置。,4.2防雷保护分区的概念 根据 IEC 61024-1, 61312-1 and DIN V VDE 0185 Part 4,0B区,0A区,1区,2区,3区,4.2把电源线和数据线连接进等电位连接系统,4.3 雷电保护的等电位连接,等电位连接的目的是减小防雷保护区内金属构件和系统之间的电位差,0B区,

12、0A区,1区,2区,3区,4.4雷电保护的总等电位连接系统,4.5各种不同的等电位连接方式及其相互连接,S,M,Mm,Ss,基本等电位连接系统,星型结构,格栅型结构,等电位连接系统 与公共接地系统 之间的连接,ERP,5.0防雷器的类型及其典型应用,5.1 防雷器工作原理（电源防雷器为例）,电源防雷器并联于380/220V三相四线 正常情况下防雷器处于断开或高阻状态,设 备,L1 L2 L3 N,E,5.2电源防雷器工作原理,当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时, 防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又恢复为断开或高阻状态，从而不影响用户设备的供电。,设 备,5.3 耐受电压的要求 (根

13、据 IEC 60364-4-443/1995),B,C,D,1,2,3,4,6,kV,设备必须的脉冲耐受电压和OBO防雷器提供的保护水平之间的比较（ 230/400V交流电）。,电源线引入 处的设备,作为固定装置的 一个组成部分的设备,连接于固定 装置上的设备,要求提供特殊 保护的设备,安装在 主配电柜,安装在 分配电柜,安装于 终端设备前端,过电压 类别 IV,过电压 类别 III,过电压 类别 II,过电压 类别 I,Chapter 6.0 防雷工程分析及应注意的问题,相关负责人员的重视 防雷工程分析 全国各地的年雷暴日不同、建筑物所处的地理环境不同。 防雷是个系统工程，应该由专业的设计人

14、员、专业的公司来完成。 具有国家相关机构颁发的防雷设计、施工资质。 根据相关标准、现场情况进行完善的外部、内部防雷保护设计。 防雷工程验收 审查设计文件 审查竣工图纸 工程验收,6.1.1权威部门的测试报告,例如：信息产业部防雷性能质量监督检验中心的测试报告及保险,6.1.2 防雷器的选型,需要考虑熄弧以及方便维护检测的防雷器件,6.1.3 防雷器的连接线,如果现场无法满足防雷器连接线的长度要求（ 0.5 m 根据VDE V 0100, Part 534），那么就不要用跳线的连接方式，而改用V形连接方式。 注意将已保护的线和未保护的线尽可能的保持较远距离的布放。,6.1.3 安装指导 / 线缆

15、布放,已保护的线和没有保护的线应分开，不可靠在一起平行布线 防雷器的引入引出线的布置应避免形成环路,不正确的安装,6.2安装指导,50,Fe,25,Al,16,Cu,导线橫截面积 mm2,材料,可负荷雷电流的连接线的最小橫截面积。 .,DIN VDE V 0185, Part 3: 2002,Chapter 7.0,简单应用举例,V20-C系列,V20-C系列,V20-C系列,7.1电源系统例子,7.2 通信网络防雷器的选型,根据网络设备所处位置确定保护类别(级别) 网络的拓扑结构类别 设备之间的传输速率 设备的工作电平 接口的形式,7.3信息系统例子,RJ45S-E100/4-F RJ45S

16、-V24T/4-F RJ45S-ISDN/4-F RJ45-TELE/4-F KoaxB-E2/MF-F,技术参数,7.4维护手段1：ISOLAB 测试系统,ISOLAB 防雷测试仪可以进行下列测试： 使用便携式模块测试仪，预装测试插座，防反插设计，也提供外接端子。 B级防雷器MC 50-B VDE 和 MC 125-B/NPE 能量自调整B级防雷器MCD 50-B 和 MCD 125-B/NPE B+C级防雷器 V25-B+C (所有电压系列) 和 C25-B+C/NPE C级防雷器V20-C (所有电压系列) 各个厂商生产的压敏电阻器在1mA 点的特性值 绝缘电阻测量（根据DIN VDE 0100/Part 610）,7.5 维护手段2:雷电流峰值记录,记录范围：3125kA 安装简便快捷 全天候防水 协助分析故障原因 厂家免费协助读取数值 协助选取一级防雷器,型号：PCS磁卡,型号：PCS阅读机,Chapter 8.0,防雷国际标准 / 德国标准 / 中国标准 简介,8.2 建筑物防雷标准,IEC 61024-1 通则,IEC 61024-1-1 指南 A: 防雷装置保护 级别的选择,IEC 61024-1-2 指南 B: 防雷装置的设计、 安装、维护及检查,IEC 61663-1 光纤