計算機機房低壓配電系統雷電防護設計探討

高鵬GAO Peng；金志剛JIN Zhi-gang；李小東LI Xiao-dong

（蘭州資源環境職業技術學院，蘭州730000）

0 引言

雷電的整個過程是相當的復雜的。在強對流天氣下，大流量和高能量的自然放電會產生強烈的機械熱和電效應，從而影響人類居住環境、工作環境和社會環境，造成嚴重損害甚至威脅生命。就人類社會而言，隨著社會的飛速發展，閃電作為一種自然災害，已引起越來越多的人的關注。人與社會整體和諧發展，這是社會進步的前提。在此發展過程中，雷電災害的范圍和表現也在發生變化。同時，防雷科學技術也在認識自然和抵抗自然，在自然災害過程中不斷發展。

雷電的破壞力非常大。由于過電壓的的破壞性一般發生在距離1.5-2km 的范圍內，導致線路上對設備產生破壞，并損壞線路上的設備。

雷擊造成的事故每年呈現上升的趨勢，尤其是在大數據設備和精密儀器的使用中。當前流行的避雷方法是使用外部避雷裝置、引下線和接地系統組成外部避雷系統，主要是防止建筑物產生雷擊引起的火災事故等。但是，僅外部雷電保護不足以實現雷電保護。雷電波會侵入電氣通道中，雷電產生的高壓和電涌保護器對信息系統危害很大，有可能造成的損失是無法估計的。因此，必須進行內部防雷保護，以防止雷電和其他內部過電壓侵入設備并造成損壞。這時外部的如果不能保證防雷系統，則要實現內部防雷，必須在進入和離開建筑物的每個保護區域的電纜和金屬管上安裝和連接雷電保護和過壓保護器，并實施等電位連接可防止雷電產生的高電壓以及電涌電壓對設備造成的損壞。

為了保護計算機系統，特別是計算機房，除了常規的防雷設施和接地問題外，還應在計算機房和UPS 機房中安裝相應的過壓保護裝置，以消除電網的浪涌和雷擊。

1 直擊雷

直接雷擊包含大量能量，并且峰值電壓可以達到5000kV，這極具破壞性。如果建筑物直接被雷擊，則巨大的雷電流會沿著引下線進入地面，這將導致以下三種影響：

①雷電流產生強大的LEMP，電磁波會在各種電路中感應出極高的暫態高電壓。②雷電流流經的通道中產生的強烈熱量會引起火災或爆炸事故。③在雷電流流過的通道中，物體的水分被加熱和蒸發并劇烈膨脹，產生強大的沖擊機械力，這可能導致計算機機房的結構破裂和損壞，從而造成人員傷亡和設備損壞。如圖1 所示。

圖1

2 雷電感應

圖2

靜電感應和電磁感應貫穿在雷云放電的整個過程中。其中，這兩種破壞是可能引起雷電感應的重要形式。盡管雷電感應不像直接雷電那樣猛烈，但其發生的可能性要比直接雷電高得多。

如圖2 所示。

3 雷電波侵入

遠處的閃電擊中線路或由閃電感應的極高電壓，雷電波從室外電源線和通信線傳輸到建筑物，浪涌電壓高達數十千伏，危及人身安全和設備損壞。

因此，進入和離開建筑物的管道的防雷保護是整體防雷的重要環節，如圖3 所示。

圖3

4 地電位反擊

當雷擊建筑物的空氣終端裝置時，雷電流會沿著引下線向地面放電；由于雷電流的幅度較大，建筑物本身的接地網絡具有接地電阻值，因此雷擊電流不能在短時間內使用所有通風孔，然后雷電沿著設備的接地線引入設備，對設備造成損壞，如圖4 所示。

5 雷電電磁脈沖防護措施的特點

雷電電磁脈沖（LEMP）是由雷云和地面之間的放電產生的雷電電磁脈沖引起的，從而在附近的導體上引起過電壓。它的主要通道是通過電力線，各種信號傳輸線，天線饋電線以及進入建筑物進入設備系統的管道，電纜，橋梁和其他導體進入設備系統，從而導致電子設備的故障或永久性損壞。接地線根據共同接地的原理連接到系統的接地線，引起地電位反擊，真正達到安全保護接地的目的。只要設計合理，安裝合格，電涌保護器就能有效地防雷。

圖4

6 雷電防護的發展趨勢

近年來，隨著雷電災害的增加，人們對雷電的防護也已經從單根避雷針和SPD 防護發展到通過限流、電壓均衡、電流分配、屏蔽和接地的系統雷電保護和整體雷電保護。

圖5