某運(yùn)營(yíng)商大型IDC機(jī)樓自2015年8月建成投產(chǎn)以來(lái),已經(jīng)遭到三次嚴(yán)重雷擊,造成高壓配電、消防監(jiān)控等十余處嚴(yán)重雷擊故障,給該IDC的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。為此,該運(yùn)營(yíng)商省公司非常重視,邀請(qǐng)有關(guān)防雷專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查和調(diào)查分析,基本理清了雷擊的主要原因和存在的防雷缺陷問(wèn)題。
雷擊故障和現(xiàn)場(chǎng)勘查
1、歷次雷擊故障情況
該數(shù)據(jù)中心位于謀士互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園，自建成投入運(yùn)行以來(lái)的三年多的時(shí)間里，發(fā)生了三次嚴(yán)重的雷擊事故，造成高低壓配電系統(tǒng)、中央空調(diào)制冷系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、樓頂空調(diào)室外機(jī)、油機(jī)油位監(jiān)測(cè)裝置、大門控制系統(tǒng)、迎賓電子顯示屏等10余處嚴(yán)重過(guò)雷擊故障，對(duì)該IDC機(jī)樓的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的危害和損失。
消防監(jiān)控系統(tǒng)是雷害重點(diǎn)，多次遭受雷擊，造成消防系統(tǒng)設(shè)備的損壞。總體來(lái)看，該數(shù)據(jù)中心防雷和接地系統(tǒng)存在較大缺陷和漏洞。同時(shí)也說(shuō)明該地區(qū)的雷電活動(dòng)比較強(qiáng)烈。歷次雷擊故障具體情況見(jiàn)表1。
2、現(xiàn)場(chǎng)勘察情況
在該IDC數(shù)據(jù)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng),防雷專業(yè)技術(shù)人員聽(tīng)取了該IDC數(shù)據(jù)中心維護(hù)主管對(duì)雷害基本情況的介紹,并與IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房相關(guān)技術(shù)人員一起,全面勘察了數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備布局和防雷接地情況,對(duì)歷次雷擊的入侵路徑、影響程度、設(shè)備損壞現(xiàn)象進(jìn)行了認(rèn)真了解和檢查,基本摸清該數(shù)據(jù)中心雷電損害的成因。
1）
地形地貌情況
該數(shù)據(jù)中心坐落于相對(duì)較高的小山上(機(jī)房地面比周邊公路高5～6m),周圍空間比較空曠,特別是西北方向周圍空間,沒(méi)有其他建筑物可以避雷和減少雷電電磁脈沖對(duì)該IDC數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的電磁感應(yīng)影響及危害。
2）
IDC數(shù)據(jù)中心建筑物天面防雷情況
該建筑物樓頂沒(méi)有避雷針,但在樓頂天面安裝了間距約8m的、用圓鋼材料做成的防雷網(wǎng)格及四周女兒墻上的防雷帶,天面各類裝置和設(shè)備布局如圖1所示。
3）
消防監(jiān)控中心勘察情況
由故障統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看,每次雷擊,消防監(jiān)控系統(tǒng)受雷擊造成故障的程度最為嚴(yán)重,從中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題也就比較多?！ ?/p>
·消防監(jiān)控中心電源避雷器情況
在消防監(jiān)控中心機(jī)房?jī)?nèi)，發(fā)現(xiàn)消防監(jiān)控主機(jī)后面安裝的10余個(gè)RS-485數(shù)據(jù)線24V電源線避雷器地線端子均為接地線。這等于這些數(shù)據(jù)電源線避雷器沒(méi)有雷電對(duì)地泄放通道，缺失對(duì)地保護(hù)機(jī)制，即使安裝了避雷器也等于虛設(shè)，沒(méi)有防雷效果?！ ?/p>
在消防監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)采集信號(hào)端,也未發(fā)現(xiàn)安裝有數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器?！ ?/p>
·消防監(jiān)控中心機(jī)房的地線接地情況
消防監(jiān)控中心機(jī)房地線排地線沒(méi)有直接接到機(jī)房?jī)?nèi)沿墻壁周圍布放的地線均壓環(huán)上,而是從機(jī)柜下面沿著弱電線槽引入到墻拐角處,再引入到其他機(jī)房地線上,引線太長(zhǎng)。另一條防雷地線也沒(méi)有就近直接連接到機(jī)房沿墻壁四周布放的地線均壓環(huán)上,而是向相反方向沿著弱電線槽長(zhǎng)距離引入樓上面一層別的機(jī)房,也沒(méi)有真正起到防雷作用。就是說(shuō),消防監(jiān)控室表面看是有完善的地線系統(tǒng),但實(shí)際上卻沒(méi)有真正起到防雷作用,形同虛設(shè)?！?/p>
·消防監(jiān)控中心三級(jí)電源避雷器情況
消防監(jiān)控中心機(jī)房三相電源是從20～30m之外的配電室引入,在監(jiān)控中心機(jī)房墻壁上安裝有配電箱,箱內(nèi)有三相電源避雷器,該電源避雷器距離主機(jī)至少10m,且由于地線設(shè)置不合理,均會(huì)影響電源避雷器的防雷效果。
3、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)勘察情況
1）
該IDC機(jī)樓信息化機(jī)房動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)勘察情況
1樓信息化機(jī)房動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)有電源和數(shù)據(jù)處理模塊,但均未配置電源和數(shù)據(jù)防雷裝置,而在15～20m距離之外的墻壁上的電源配電箱內(nèi)安裝有電源避雷器,在雷擊如此嚴(yán)重的地區(qū),在距離如此遠(yuǎn)的電源線上本身就會(huì)感應(yīng)出很高的感應(yīng)雷電壓和雷電流,因此安裝在15～20m距離之外的電源避雷器很難對(duì)數(shù)據(jù)采集器的電源真正起到防雷作用,數(shù)據(jù)采集設(shè)備更是沒(méi)有安裝數(shù)據(jù)避雷器,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集設(shè)備被雷擊的故障發(fā)生。
2）
機(jī)房地線系統(tǒng)不夠規(guī)范
在被雷擊的消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備及其機(jī)架上,發(fā)現(xiàn)地線施工很不規(guī)范,走線凌亂,且施工沒(méi)有采用線耳材料壓接地線,機(jī)架機(jī)柜連接處的油漆也沒(méi)有打磨掉,地線連接處松動(dòng),用手輕輕撥動(dòng)即可左右擺動(dòng),因此也形同虛設(shè),完全達(dá)不到等電位連接的目的,具體如圖2和圖3所示。
4 、高、低壓進(jìn)線及低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)勘查情況
1）
高壓進(jìn)線系統(tǒng)
2018年8月3日雷電造成乙線高壓進(jìn)線三相線電纜之間的不平衡感應(yīng)雷電壓,導(dǎo)致高壓進(jìn)線柜跳閘,數(shù)據(jù)中心整個(gè)乙線供電系統(tǒng)斷電15min,其他設(shè)備無(wú)損壞?！ ?/p>
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查,由于高壓柜進(jìn)線處在柜底部,不能確定是否安裝了A級(jí)高壓電源避雷器,也不能確定電纜金屬鎧裝層是否有可靠接地。即使有,在高壓電纜進(jìn)線處能被雷電電磁感應(yīng)出如此高的不平衡雷電感應(yīng)電壓而導(dǎo)致高壓開(kāi)關(guān)跳閘,至少可以說(shuō)明在進(jìn)線電纜上的金屬鎧裝層接地不是良好,或高壓柜內(nèi)的A級(jí)高壓電源避雷器沒(méi)有很好地起到防雷作用,否則不會(huì)有如此高的不平衡雷電感應(yīng)電壓。
2）
低壓配電系統(tǒng)
在低壓配電柜內(nèi),可看到有流通容量為20kA的電源避雷器保護(hù),電源避雷器的地線接至室內(nèi)的線上。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對(duì)這樣的大型IDC數(shù)據(jù)機(jī)房來(lái)說(shuō),低壓配電系統(tǒng)的電源避雷器額定容量有些偏小,應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)配置。該處應(yīng)配置通流容量為40kA以上的電源避雷器。
5、雷擊故障原因分析
1）
該地區(qū)雷害很嚴(yán)重
該大型IDC機(jī)房地勢(shì)稍高,最主要的是周圍空間比較空曠,沒(méi)有其他更高的建筑物可以屏蔽雷電的電磁感應(yīng)及直接雷擊,因此該IDC幾樓樓頂就成為雷擊的首要目標(biāo),雷電直接擊在樓頂天面防雷帶上,直擊雷大電流沿建筑物鋼筋入侵導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備損壞,這也算是直擊雷電對(duì)通信設(shè)備和數(shù)據(jù)設(shè)備的危害。
當(dāng)雷電在空中對(duì)云放電或云對(duì)地放電時(shí)，在周圍空間所產(chǎn)生的雷電電磁脈沖就會(huì)在該IDC機(jī)房周圍及機(jī)房?jī)?nèi)部的各種金屬線纜和管線上感應(yīng)到很高的感應(yīng)雷電壓和雷電流，同時(shí)對(duì)這些線纜連接的各種通信設(shè)備、數(shù)據(jù)設(shè)備造成嚴(yán)重的感應(yīng)雷擊危害。
對(duì)于如此大的IDC數(shù)據(jù)機(jī)房,遭受如此多嚴(yán)重的雷擊故障,實(shí)屬少見(jiàn),這說(shuō)明該地區(qū)屬于雷害特別嚴(yán)重的地區(qū)。為此無(wú)論是長(zhǎng)距離的電力電纜還是數(shù)據(jù)信號(hào)線,均會(huì)在其上感應(yīng)出很高的雷電壓和雷電流,而IDC機(jī)房?jī)?nèi)的電源線和各類監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)線數(shù)量很大,因此每次雷擊都會(huì)在長(zhǎng)距離的電源線和數(shù)據(jù)信號(hào)線上感應(yīng)到很高的雷電壓和雷電流,從而將大量的數(shù)據(jù)信號(hào)線兩端的采集設(shè)備和主機(jī)(包括動(dòng)環(huán)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備、發(fā)電機(jī)油液面監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備、消防監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備、門禁監(jiān)控設(shè)備、中央空調(diào)數(shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備等)及其電源設(shè)備打壞,這是主要原因之一。
同時(shí)還有直接雷擊到天面上,雷擊電流通過(guò)建筑物鋼筋流入到機(jī)房?jī)?nèi)的通信設(shè)備和數(shù)據(jù)設(shè)備上,從而造成直接雷擊危害。
2）
機(jī)房防雷措施施工不夠規(guī)范,沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的防雷效果
·高壓進(jìn)線電纜接地
高壓進(jìn)線電纜上能感應(yīng)出如此高的不平衡雷電壓和雷電流引起開(kāi)關(guān)跳閘,說(shuō)明高壓電纜金屬鎧裝層接地不是良好或者高壓柜上A級(jí)電源避雷器沒(méi)有發(fā)揮很好的避雷作用?！ ?/p>
·消防監(jiān)控主機(jī)數(shù)據(jù)避雷器接地
消防監(jiān)控主機(jī)10余個(gè)單相電源避雷器的接地均沒(méi)有接地系統(tǒng),形同虛設(shè),沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的防雷作用。
·消防監(jiān)控主機(jī)的地線系統(tǒng)
消防監(jiān)控主機(jī)的地線系統(tǒng)完全可以就近接入機(jī)房四周墻壁上的地線均壓環(huán)上,但卻舍近求遠(yuǎn)分別連接到很遠(yuǎn)的其他樓層地線,也沒(méi)有真正起到防雷地線的等電位作用?！ ?/p>
·機(jī)房其他地線
機(jī)房其他地線施工也極不規(guī)范,與設(shè)備機(jī)架連接的地線端頭沒(méi)有采用線耳連接,且未打磨掉機(jī)架的油漆,連接松動(dòng),沒(méi)有起到應(yīng)有的等電位作用;機(jī)房?jī)?nèi)數(shù)據(jù)線與地線混在一起,走線凌亂,沒(méi)有起到三線分離,機(jī)房?jī)?nèi)其他地線系統(tǒng)也沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的防雷地線作用?！ ?/p>
·電源避雷器安裝不規(guī)范
動(dòng)力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集設(shè)備的電源避雷器距離數(shù)據(jù)采集設(shè)備電源線路過(guò)長(zhǎng),超過(guò)15m,消防監(jiān)控中心電源避雷器距離消防主機(jī)超過(guò)10m,在感應(yīng)雷電如此強(qiáng)烈的地區(qū)和環(huán)境中,這么長(zhǎng)的電源線上也會(huì)感應(yīng)出很高的雷電壓和雷電流,因此可以說(shuō),這幾個(gè)電源避雷器的安裝位置均欠妥,也沒(méi)有很好地起到電源避雷器的防雷效果。
3）
防雷措施不夠完善
前面提到，該IDC機(jī)房處在雷電活動(dòng)頻繁和雷達(dá)感應(yīng)強(qiáng)烈的地區(qū)，因此其整個(gè)防雷接地措施均欠妥?！ ?/p>
·數(shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)數(shù)據(jù)防雷器欠妥
在數(shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)終端(消防數(shù)據(jù)信號(hào)
采集設(shè)備(器)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)、門禁系統(tǒng)信號(hào)采集設(shè)備(器)、油庫(kù)液面數(shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)、大門及顯示屏信號(hào)等)均沒(méi)有數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器。
·電源避雷器防雷效果欠佳
需核查高壓開(kāi)關(guān)處A級(jí)電源避雷器是否有效;在消防主機(jī)房的配電箱內(nèi)電源避雷器距離消防主機(jī)大約有10m,距離較遠(yuǎn),在感應(yīng)雷如此強(qiáng)烈的地區(qū)和環(huán)境中,在這10m左右的金屬線上也會(huì)產(chǎn)生很高的雷電壓和雷電流,因此可以說(shuō)消防監(jiān)控主機(jī)房?jī)?nèi)的電源避雷器安裝位置也欠妥?！ ?/p>
同理,1樓信息化機(jī)房動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)C級(jí)電源避雷器距離數(shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)也比較遠(yuǎn),超過(guò)15m,不能對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)起到很好的保護(hù)作用。
6、解決方案和建議
1）
對(duì)天面防直擊雷的措施
·在IDC建筑物樓頂天面4個(gè)角安裝4個(gè)獨(dú)立避雷針
獨(dú)立避雷針通過(guò)與樓面獨(dú)立的專用引下線將直擊雷大電流直接下地,就是說(shuō)把直擊雷大電流引導(dǎo)到建筑鋼筋結(jié)構(gòu)以外直接下地,把雷擊大電流與大樓建筑無(wú)鋼筋完全絕緣開(kāi),從而有效避免直擊雷大電流沿建筑物鋼筋入侵導(dǎo)致建筑物內(nèi)的設(shè)備損壞。因此提出如下建議:
在建筑的四角各建一個(gè)帶專門引下線的獨(dú)立式避雷針,高度宜為9～10m,獨(dú)立式避雷針底座應(yīng)采用與樓面絕緣的材料,且能抗擊超強(qiáng)臺(tái)風(fēng),可以有水泥澆筑,但不要與天面鋼筋或立柱鋼筋連通,獨(dú)立式避雷針的引下線應(yīng)用一條95mm2鋼帶鎧裝電纜,并分別外套兩層直徑為50mm和75mm的PVC塑料管直接地下地網(wǎng)上,其結(jié)構(gòu)原理和在天面的布局圖如圖4所示。旁邊的油機(jī)房也可按此方案安裝獨(dú)立避雷針?！?/p>
·加密原IDC樓頂原防雷網(wǎng)格距
由于該IDC機(jī)樓處在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，原樓頂防雷網(wǎng)間距大約為8m，相對(duì)較為疏松，建議在每個(gè)防雷網(wǎng)格兩邊中間各在增加3～4條防雷網(wǎng)格線，以加密防雷網(wǎng)格，增加雷電電磁感應(yīng)的防雷屏蔽效果。
2）
對(duì)IDC機(jī)樓高壓電力電纜金屬鎧裝層接地和高壓避雷器的再確認(rèn)
·利用電力部門每年對(duì)高壓設(shè)備檢測(cè)的機(jī)會(huì),檢測(cè)和確認(rèn)高壓電力電纜金屬鎧裝層的接地是否良好;
·檢測(cè)高壓避雷器的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否良好;
·檢測(cè)大樓地網(wǎng)接地是否良好,各樓層地線系統(tǒng)是否接地良好,接地電阻是否達(dá)到規(guī)范要求。
3）
對(duì)消防主機(jī)機(jī)房的整改措施
·建議在消防主機(jī)機(jī)房附近再增加一個(gè)C級(jí)電源避雷器,且避雷器的接地引線越短越好,建議引至后面墻壁上的低壓地線均壓環(huán)上并用線耳固定;
·將消防主機(jī)后面的所有24V單相電源避雷器地線孔位新增加地線,并做一個(gè)小地線排,再將該小地線排直接引入到后面墻壁上的地線均壓環(huán)上,并用線耳連接牢固;
·將消防主機(jī)的機(jī)殼地線及保護(hù)地線直接引入到后面墻壁上的地線均壓環(huán)上,并用線耳連接牢固,并去除原來(lái)的兩條舊地線;
·在所有消防數(shù)據(jù)信號(hào)采集線末端都新增匹配的數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器,各個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器的地線就近引入地線排,且數(shù)據(jù)信號(hào)地線越短越好。
4）
對(duì)動(dòng)環(huán)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備的整改措施
·在動(dòng)環(huán)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)配電箱內(nèi)增加一個(gè)C級(jí)電源避雷器,且電源避雷器地線就近接入地線排,防雷地線越短越好?！ ?/p>
·在動(dòng)環(huán)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)采集設(shè)備(器)信號(hào)線終端每條數(shù)據(jù)信號(hào)增加一個(gè)數(shù)據(jù)避雷器,且數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器地線就近接入地線排,地線越短越好。
5）
整改原機(jī)房?jī)?nèi)地線系統(tǒng)
·將所有機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)殼地線、保護(hù)地線、防雷地線等都就近接到機(jī)房?jī)?nèi)的地線均壓環(huán)上,且地線端頭要用線徑匹配的線耳固定。若是機(jī)殼地線,則要打磨掉機(jī)殼油漆,保證電氣性能接觸良好?！ ?/p>
·機(jī)房?jī)?nèi)按照“三線分離”原則,將機(jī)殼地線、保護(hù)地線、防雷地線等防護(hù)地線與數(shù)據(jù)信號(hào)線、交流電力線分開(kāi)布放,最好分層分槽布放。
6）
引入光纜金屬加強(qiáng)芯和金屬保護(hù)層良好接地
將戶外引入的所有光纜的金屬加強(qiáng)芯和金屬保護(hù)層在進(jìn)入IDC機(jī)房之前的最后一個(gè)接頭處均電氣斷開(kāi),且兩端均良好接地。進(jìn)入IDC機(jī)房和機(jī)架后,在終端也要做好接地,且就近引入到地線排或地線均壓環(huán)上。
7）
中央空調(diào)制冷系統(tǒng)整改措施
·數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器的安裝
在數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器的末端傳感器信號(hào)線、蓄冷水池溫度信號(hào)線等有數(shù)據(jù)信號(hào)線的兩端均安裝數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器,避雷器地線就近與地線排或地線均壓環(huán)連接。
·中央空調(diào)機(jī)殼與機(jī)房地線系統(tǒng)連接,做好等電位連接?！ ?/p>
·中央空調(diào)主機(jī)電源安裝D級(jí)電源避雷器,且防雷地線越短越好,就近與地線排或地線均壓環(huán)連接。
8）
視頻監(jiān)控系統(tǒng)整改措施
在視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)線兩端安裝數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器,數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器地線連接要求同上。
9）
埋地油罐液位探測(cè)器和信號(hào)采集設(shè)備(器)整改措施
在埋地油罐液位探測(cè)器的數(shù)據(jù)信號(hào)線兩端安裝數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器,數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器地線連接要求同上。
10）
一樓大堂顯示屏和園區(qū)大門的整改措施
·在一樓大堂電腦主機(jī)與顯示屏之間的信號(hào)線兩端安裝數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器,避雷器地線連接要求同上。
·園區(qū)大門電源安裝D級(jí)電源避雷器,控制信號(hào)線兩端安裝數(shù)據(jù)信號(hào)避雷器,避雷器地線安裝要求同上。
