一、概述

       随着计算机和网络技术的广泛应用,怎样确保计算机网络设备的正常运行,这个问题越来越被人们所重视。一般的大、中、小型计算机都要求安装在一个专用机房里,而计算机房各金属构件的等电位连接是计算机网络系统的电磁脉冲的重要防护措施之一。等电位联结是防护直击雷、侧击雷和反击过电压的有效方法。在一定的范围内做一个封闭的均压环,把进入机房的各种金属管道和线缆的屏蔽层进行等电位联结,可以消除可能存在的破坏力极强的电位差。根据电磁感应原理,当直击雷和感应雷电流流过被保护区内的金属导线、管线时其产生的电位降为:U=IR+LdI/dt。当雷电放电时电磁辐射将在附近导体回路上产生很高的感应电压,此电压在导体开环处可引起空气击穿放电,为此必须使机房内人能接触的一切金属物体均实现电气连接,防止雷击引起机房内部金属物体之间的电位差,最大限度地保护机房内部人员和设备安全。等电位连接的好与坏将会直接影响到雷击时,产生的雷电流的释放效果。不论防直击雷的防雷设施如何完善,防雷器(SPD)的产品如何先进,没有良好的等电位连接,雷电流不能及时引流入地,轻者导致设备损坏、瘫痪;重者引起人员伤亡和火灾、爆炸。


二、机房等电位连接导体规格

2.1 电位连接规格要求

      等电位连接母排(MEBLEB端子板)可采用4×40mm10×10mm的铜板,其长度可视具体情况而定。等电位连接线的材料规格见表1。基础钢筋与接地母排的连接应使用4×40mm的热镀锌扁钢4根(不同方向基础钢筋连接)。不允许用做连接线的金属构件:金属水管、输送爆炸气体或液体的金属管道、正常情况下承受机械压力的结构部分、易弯曲的金属部分、钢索配线的钢索。


      材料等电位连接带之间和等电位连接带与接地装置之间的连接导体,流过大于或等于25%总雷电流的等电位连接导体内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体,流过小于25%总雷电流的等电位连接导体。                                      

  1  各类等电位连接导体最小截面积   

2.2 电位连接线缆长度要求

      当电子系统为300kHz以下的模拟线路时,可采用S型等电位连接,且所有设施管线和电缆宜从ERP处附近进入该电子系统;当电子系统为兆赫兹级数字线路时,应采用M型等电位连接,每台设备的等电位连接线的长度不宜大于05m,并宜设两根等电位连接线安装于设备的对角处,其长度相差宜为20%,因为现代数字电路频率越来越高,容易产生谐振,所以通常最好是按远离加于导体的电气干扰频率的14波长来选择接地(等电位连接)导体的物理长度。
同一波长不同等电位连接长度与其阻抗Z的关系      
三、在防雷界面处的等电位连接方式
3.1 在防雷区LPZOALPZOBLPZ交界处的等电位连接

      当外来导电物、电力线、通信线在不同地点进入该建筑物时,则需要设若干等电位连接带,并应就近连接到环形接地体上,也应与钢筋和金属立面连接。它们在电气上是贯通的并连通到接地体,含基础接地体。环形接地体和内部环形体应连到钢筋或金属立面等其它屏蔽构件上,典型的连接间距每隔5m连接一次。铜或镀锌钢等电位连接带的最小截面积应为50mm2。。当建筑物内有电子系统时,在那些要求雷击电磁脉冲影响最小之处,等电位连接带宜采用金属板,并与钢筋或其它屏蔽构件多点连接。在LPZOB区内的外来导电物,预期仅菏载感应电流和小部分雷电流。


       在LPZOALPZ1区的界面处做等电位连接用的接线夹和电涌保护器,应通过雷电流参数估算通过它们的分流值。在不可能估算的地方,可假定:全部雷电流i50%流入所考虑建筑物的LPS接地装置,i的另50%is分配于进入建筑物的各种设施(外来导电物、电力线和通信线等)。流入每一设施中的电流iiis/n,此处n是设施个数。为估算流经无屏蔽电缆芯线的电流iv,电缆电流ii要除以芯线数m,即iv=ii/m。对屏蔽电缆,绝大部分电流将沿屏蔽层流走。在LPZOALPZ1区的界面处做等电位连接用的接线夹和电涌保护器仅应按上述方法考虑雷击中建筑物防雷装置时通过它们的雷电流;可不考虑沿全长处在LPZOB区的各种设施引入建筑物的雷电流,其值仅为感应电流和小部分雷电流。


3.2 各后续防雷区交界处的等电位连接

       在LPZOAOBLPZ1之间交界处的等电位连接一般原则,也适用于各后续防雷区交界处等电位连接。进入防雷区交界处的所有导电物、电力线SPD接地或屏蔽层、通信线屏蔽层或SPD接地均应在交界面处做等电位连接。应采用一局部等电位连接带做等电位连接,各种屏蔽结构或设备外壳等其它局部金属物也连到该带。


       用于等电位连接的连接夹或SPD应分别估算通过的雷电流参数,在各防雷区交界处的最大电涌电压应与所属各系统的承受能力相一致。在不同交界处上的各SPD还应与其相应的能量承受能力相一致。


3.3 需要保护的空间内设备的等电位连接
       所有大尺寸的内部导电物,如主机金属外壳,UPS及电池箱金属外壳、金属地板、金属门框架、设施管道、电缆桥架的等电位连接,应以最短的线路连到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接带的金属物上。各导电物之间的附加多次相互连接是有益处的。在等电位连接各部件中预期仅流较小部分的雷电流。


四、系统等电位连接

4.1 电源系统等电位连接

      依据TN—C—S接地制式的要求,总配电盘PE母排应与总等电位连接端子板等电位连接,局部等电位连接端子板LEB的规格应等电位连接端子板10×10mm4×40mm的铜板,长度视连接点多少而定,连接线应为≥25mm2的多股铜线。PE母排至各层局部等电位母排的连线规格≥16mm2,各步排至设备间的LEB局部等电位连接线规格≥4mm2


      电源进线入户当采用屏蔽电缆,应在两端接地,但系统要求只在一端接地时,应在入户(LPZ0LPZ1)时设置两层屏蔽,且外层屏蔽应与接地母排作电气连接。


       依据GB50343—2012的要求设置相应型号的SPD并有良好的电气连接。等电位连接端子板与插座保护线端子或任一装置外导电部分间的连接线的电阻包括连接点的电阻不应大于0.02Ω


4.2 信号设备等电位连接

       信号电缆于LPZ0LPZ1LPZnLPZn+1区界面处设置等电位连接母排,该母排应与建筑物总等电位母排作电气连接信号等电位连接。母排的规格≥4×40mm10×10mm铜排,连接线应为≥25mm2的多股铜线。信号电缆的铠装层或金属套管与LEB等电位连接,连接线≥4mm2的多股铜线,信号SPD接地线也与该等电位连接母排作电气连接。光缆入户时,应与LPZ0LPZ1界面处,将光缆的金属层与加强筋作电气连接,并与等电位母排作电气连接,光端机与该等电位母排非电气连接。


4.3 信息系统等电位连接

       一个信息系统的所有外露导电物应建立一个等电位连接网络。由于按照本文规定实现的等电位连接网络均有通大地的连接,每个等电位连接网不宜设单独的接地装置。

       信息系统的各金属组件(如箱体、壳体、机架)与建筑物共同接地系统的等电位连接应采用以下两种基本形式:S型星型结构和M型网型结构。当采用S型等电位连接网时,该信息系统的所有金属组件,除等电位连接点外,应与共用接地系统的各组件有足够的绝缘。通常:S型等电位连接网用于相对较小、限定于局部的系统,而且所有设施管道线和电缆宜从ERP处进入该信息系统。S型等电位连接网应仅通过唯一的一点,即接地基准点ERP组合到共同接地系统中去形成S型等电位连接。在这种情况下,设备之间的所有线路和电缆当无屏蔽时宜按星形结构与各等电位连接线平行敷设,以免产生感应环路。由于采用唯一的一点进行等电位连接,没有与闪电联在一起的低频电流能进入信息系统,而且信息系统内的低频干扰源不能产生大地电流。做等电位连接的这唯一的点,也是接SPD,以限制传导来的过电压的理想接点。当采用M型等电位连接网络时,则该系统的各金属组件不应与共用接地系统各组件绝缘。M型等电位连接网络应通过多点连接网络宜用延伸较大的开环系统,而且在设备的各分项之间敷设许多线路和电缆,以及设施和电缆从若干点进入该信息系统。


       此处,用于高频也能得到一个低阻抗网络。此外,等电位连接网的多重短路环路对磁场起到衰减环路的作用,从而在使信息系统的附近区域内减弱初始磁场。

       一个S型局部等电位连接网可与一个网状结构组合一起,一个M型局部等电位连接网可在一个ERP与共用接地系统连接,该网络所有金属组件和设备应与共用接地系统各组件有大于10kV1.2/50μs的绝缘,而且所有设施和电缆应从接地基准点附近进入该信息系统,低频率和杂散分布电容起次要影响的系统应采用这种办法。


4.4 共用接地系统的等电位连接

       关于共用接地的接地电阻值,有的文献、规范建议:共用接地≤1Ω。对此要具体分析。


       建筑物内220/380V用电设备,其绝缘耐冲击电压按国际电工委员会规定最大为6kV。雷电流的幅值按统计规律国际公认,其值约为40kV,它与接地电阻的乘积约为40kV。这是上述耐冲击电压6kV6.7倍,在共用接地的条件下,防止用电设备绝缘被击穿的主要措施是:在用电设备电源进出线端与共用接地之间装设过电压保护器。这是建筑物防雷标准的等电位联结的措施之一。过电压保护器是用来限制存在于某两物体之间冲击过电压的一种设备,如放电间隙、避雷器或半导体器具等。如果装设了过电压保护器,共用接地装置接地电阻的大小对本建筑物来说是次要的,因为只要过电压值大于过电压保护器的动作电压,该过电压均能在瞬间使过电压保护器动作而不管过电压值大多少,并使其两侧物体在短时间内短接而得到等电位。从上所述可知,采取降低接地电阻的方法是解决不了保护低压设备的绝缘遭受过电压的击穿。
 

 


   

 等电位连接的基本形式


五、机房等电位实施方案

设计依据

       依据GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第六章、防雷击电磁脉冲;第三节、屏蔽、接地和等电位连接第6.3.4条要求:所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接;信息系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络,并与建筑物的共用接地系统连接。内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体采用铜材时,最小截面积为6mm2,采用铝材时, 最小截面积为10mm2,采用铁时, 最小截面积为16mm2;铜或镀锌钢等电位带的截面积不应小50mm2


       依据GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第三章、建筑物的防雷措施;第三节、第二类防雷建筑物的防雷措施要求:每根引下线的接地电阻不小于10欧姆,防直击雷接地装置宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等共用接地装置。


       依据GB50174-93《电子计算机机房设计规范》第六章 电气技术:第四节接地要求:第6.4.2条、第6.4.2条要求,采用共用接地时,电阻按各种接地方式的最小值要求。


       依据GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章:第2.5节供电、接地与安全防护:第2.5.4条要求当采用共用接地时,接地电阻不大于1欧姆;


       依据JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第14章接地与安全:第14.7.5.3条要求,当机房接地与防雷接地系统共用时,接地电阻要求小于1欧姆。因此对于监控机房和通讯机房接地均应与建筑物防雷地等共用同一接地装置,接地电阻要求小于1欧姆。


实施措施
       由于雷电泻放存在趋肤效应,建筑外层钢筋泻放的雷电流通常为建筑内部钢筋的数倍。一般机房所在区域跨外部、内部两个钢筋区域,因此各钢筋柱间在雷电泻放时存在较大的电压差,这对精密、贵重设备尤为有害,因此设置均压带均衡各钢筋柱间的电压。通常在机房内沿墙敷设非闭合等电位铜带一周,材料采用-30×3mm紫铜带,用φ8绝缘子作支撑;分别在计算机网络机房静电地板下敷设一组接地等电位均压环,形状为环型或网状结构,材料采用30mm×3mm 紫铜排,须用φ8绝缘子作支撑,绝缘子连接支撑点间距不大于1000 mm;网格尺寸不大于1200mm×1200mm;均压环与地网就近连接,连接端点采用栓接或焊接,连接到均压环的端点为对边或对角。 在各机房内靠近柱子的角位处,分别安装一块等电位汇流排,规格为100×10mm的紫铜板,长300mm,开凿各机房内的建筑物柱子,利用铜铁接头与柱筋焊接后,与汇流排连接;将各机房内的所有信号屏蔽线与等电位汇流排或等电位铜带连接。另外,将电源PE线、机房内的设备外壳、机架等可导电金属物体就近与汇流排或铜带接,连接线采用6mm2 多股铜芯线。若机房接地系统的接地电阻大于1欧姆时,还需要在建筑物周围增加接地装置。


施工方案

  a、从机房内引出两条建筑钢筋,并在引出点用80×300×5mm铜排制作接地汇流排供设备和防雷保护器接地用。用30×3mm铜带制作均压带,将主钢筋与均压带连接,将金属门窗、各种线路的金属屏蔽管、各种电子设备的金属外壳、机架等与接地汇流排连接。


  b、对主机房:将主机房均压带用70mm2 多股铜芯线穿金属屏蔽管与室外接地网连接。对分机房:将分机房均压带用50mm2 多股铜芯线穿金属屏蔽管与室外接地网连接。


  c、将各种信号线的屏蔽管在进入中控室时用16mm2 多股铜芯线做等电位连接处理。在进入主机房后,再将屏蔽管用16mm2 多股铜芯线与接地汇流排做等电位连接处理。

       综合上述,电子计算网络机房接地装置的设置应满足人身的安全及电子计算机正常运行和系统设备的安全要求。建设高质量的机房等电位连接,是能有效的防止雷电引起的各类爆炸、起火、电子设备损坏、人员伤亡等的重要措施。

 



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