从传统的避雷观念和认识上很容易把人们对雷害防护的认识引向一个误区。在传统观念上,人们普遍认为只要按照国家的建筑物防雷设计规范做好建筑物的防雷措施,如安装好建筑物的防雷装置(避雷针、引下线和接地装置的总称)、均压环等,建筑物内外的所有防雷工作就“万事大吉”了。但当雷击现象发生时,建筑物的防直击雷装置非但不能保护好建筑物内的各种用电设备,反而使其遭受雷击的可能性增大,而且建筑物的避雷装置接闪能力越强,遭雷击侵入的可能性就越大。这是因为当雷电击中建筑物避雷装置的避雷针或击中附近其他建筑物的避雷针时,避雷针引下线就承担起了使雷击入侵电流入地释放的作用,在雷击电流快速地由引下线导入大地时,在引下线上自上而下地产生了一个强力变化磁场,处在这个强力变化磁场作用范围内的所有用电器、信号、电源及它们的传输线路都因相对地切割了这个强力变化磁场的磁力线而产生出感应高压,进而在与地线的低电位之间产生电压差,从而迅速将用电设备击毁。同时,当强大的雷电流导入地网时,由于地网本身有电阻(地电阻),会产生地电位,形成地电位反击,从而击毁设备,建筑物的内部会受到地电位抬升以及雷电感应的干扰。
雷电损害电子设备的途径主要有以下三个:
(1)直击雷。
闪电直接击中架空在野外或山上的电源线,电话线或天线上,雷电能量非常大,严重时会导致线缆融化,设备的元器件烧焦,炸裂,雷电高压沿线路直接入侵设备,造成设备损坏。HPC集群机房中,直击雷经过接闪器(如避雷针、避雷带、避雷网等)而直放入地,导致地网地电位上升。高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。
(2)感应雷。
在雷电放电过程中,无论是云对云、云对地之间放电都将产生强大的静电感应和磁场感应。在临近的架空线路、接地线路和导体上产生感应过电流和过电压,当耦合到电子设备上时,可直接击毁设备。这种由雷电引起静电感应和电磁感应统称为感应雷。感应雷一般没有直击雷那么猛烈,但因其是通过静电感应和磁感应产生作用,故可在较大范围内多个局部同时发生雷灾。感应雷发生的概率大大多于直击雷,尤其是计算机网络、通讯系统等常因动力线,网络通讯线感应过压或过流而损坏,故对计算机类设备而言,感应雷的危害往往大于直击雷。HPC集群机房中,雷电流沿引下线入地时,在引下线周围产生磁场,引下线周围的各种金属管(线)上经感应而产生过电压。
(3)雷电反击。
当前建筑接闪器(避雷针、网,带)接闪雷电时,在强大雷电流通过引下线入地网泄放大地的瞬间,引起建筑物附近地电位急剧变化,通过各分立接地及接地线引入高电位,对设备造成反击而损坏。这种情况相对于前两种雷击发生较少,但对设备损坏最为严重。HPC集群机房中,进/出大楼或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入,入侵电子设备。
图6-2 专用外部雷电保护的建筑物(www.xing528.com)
针对这三种途径所进行的防护如下:
(1)接闪与接地。
大楼通过建筑物主钢筋,上端与接闪器,下端与地网连接,中间与各层均压网或环形均压带连接,对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接,对具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。这样就形成一个法拉第笼式接地系统。它是消除地电位反击的有效措施。
(2)均压连接与屏蔽。
安装均压环,同时通信电缆线槽及地线线槽需用金属屏蔽线槽,并且做等电位连接。布放应尽量远离建筑物立柱或横梁,通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能与建筑物立柱或横梁交叉。
(3)分流。
进入建筑物大楼的电源线和通信线应在不同的防雷区交界处以及终端设备的前端,根据IEC 61312雷电电磁脉冲防护标准,安装上不同类别的电源类SPD以及通信网络类SPD。SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其他干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。
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