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数据中心机房防雷与接地系统之汇编(下篇)

前言

小暑时节,大雨+雷暴成为了近期深圳天气的典型特点。此前,我们重点介绍了雷电潜在的危害,以及数据中心常见的防雷保护措施——数据中心机房防雷与接地系统之汇编(上篇)

本期,我们将对数据中心防雷接地系统设计及其施工工艺的要求、以及防雷接地系统的检测和维护开展深度的解析。

一、数据中心防雷接地系统设计实践

数据中心机房的接地问题,是一个复杂的理论问题。数据中心机房及内部的设施设备有可靠的接地,它使得不正常电流很容易就流入大地。而接地系统,则是针对各种故障现象特意为人员和设备提供触电防护的一种有效系统。只有采用正确的接地,才可以帮助电子信息网络系统信号正常地工作,才可以确保系统稳定可靠的运行,并能够同时为系统的电磁兼容功能提供有效的保护作用,让网络和其它信息系统间的相互干扰大幅度减少。因此,在实际施工工作中,这又是一个要求比较严格的问题。

做好数据中心机房接地系统的重要性,已经逐渐被通信行业认识及普遍接受。但是,在具体实施这项工作时,却往往面临诸多困难。

01

接地体

在做接地系统的接地体时,施工管理人员一定要认真负责检查施工的整个过程。接地体是一个隐蔽工程,一般做好后就埋于地下,甚至有的接地体完工后,会在表面用混凝土进行浇灌。因此,接地体做好以后,如果再想去检查就困难了。因而要求施工管理人员,熟悉接地线的有关图纸、设计要求、施工工艺标准;在施工过程中严把质量关,特别是材料关。另外接地体做好后,一定要进行测量检查,接地体必须达到技术要求后,才能进行掩埋处理。

接地体应采用镀锌钢材,其规格要求如下:

  • 钢管Φ50 mm,壁厚应不小于 3.5mm;
  • 角钢应不小于 50mm×50mm×3mm;
  • 扁钢应不小于 40mm×4mm。

垂直接地体长度为 1.5~2.5m。垂直接地体间距为其自身长度的 1.5~2倍。当垂直接地体埋设有困难时,可设多根环形水平接地体,彼此间隔可为 1~1.5m,且应每隔3米相互焊接连通一次。

接地体之间所有焊点,除浇注在混凝土中的以外,均应进行防腐蚀处理。接地装置的焊接长度——对扁钢为宽边的2倍;对圆钢为其直径的10倍。

接地体埋深,其上端距地面应不小于 0.7m。在寒冷地区,接地体应埋设在冻土层以下。接地坑应回填土壤或降阻材料。

02

接地引入线

接地引入线长度应不超过 30m,其材料为镀锌扁钢,截面积应不小于 40mm×4mm。接地引入线应作防腐、绝缘处理、并不得在暖气地沟内布放;埋设时应避开污水管道和水沟;裸露在地面以上部分,应有防止机械损伤的措施。接地引入线应以对称方式(南北或东西)由地网就近引入,其中 2 根与电力室接地汇集线相连,另 2 根与机房接地汇集线相连。两接地汇集之间应采用截面积不小于 40mm×4mm 镀锌扁铜相互妥善连通。

03

接地汇集排

接地汇集排一般设计成环形或排状,建议材料选用为铜材,其截面积应不小于 120mm2。

04

接地排/线连接

接地极的连接应采用焊接,接地线与接地极的连接应采用焊接。异种金属接地极之间连接时接头处应采取防止电化学腐蚀的措施。电气设备上的接地线,应采用热镀锌螺栓连接;有色金属 接地线不能釆用焊接时,可用螺栓连接。螺栓连接处的接触面应按现行国家标准GB 50149-2010《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》的规定执行。

接地装置应在不同位置至少引出两根连接导体与室内总等电位接地端子板相连接。接地引出线与接地装置连接处应焊接或热熔焊。连接点应有防腐措施。接地线采用螺栓连接时,应连接可靠,连接处应有防松动和防腐蚀措施。接地线穿过有机械应力的地方时,应采取防机械损伤措施。

在接地系统中,较容易出现问题的是接地引下线和地网等连接处。在以往的接地施工中,接地引下线通过铜线耳直接连接到地网的扁钢上,由于铜和钢属于不同材质的金属,通过螺栓机械连接在一起,虽然可以形成电气导通,但铜和钢间接触电阻是比较大的,当有大的浪涌电流通过时,就势必会发生电化学腐蚀,形成“堵车”现象,造成浪涌电流长时间加在设备上,从而造成设备的损坏。此外,与铜线耳相连的钢片是裸露在外的,极易被氧化而生锈。钢片一旦生锈就和铜线耳接触不良,接地引下线与地网间就如同断路,这对设备的安全是毫无保障的,如有浪涌电流加在设备上且超过设备的承受水平,就会损坏设备。

在上述的问题中,问题是集中在铜线耳和钢片的接触上。若换作铜线耳和铜片接触,则问题得到很好的解决。据一些资料介绍,铜腐蚀不存在点蚀,属表面均匀腐蚀,铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的(1/5)~(1/10)。两种不同金属直接电气连接后也较易形成电偶腐蚀,因此在接地线的施工中建议采用铜铁转换头。

据相关资料介绍,对接地体同引出连接排的连接处的防腐有多种,以下是各种方法的优劣势比较,从中可以看出,采用阴极保护是最佳选择。

接地连接方式优劣分析

连接方案

优势

劣势

采用铜材代替

效果较好

投资较高

在接地装置上刷涂料

有效果

接地电阻增高

使用防腐蚀的降阻剂

有一定效果

使用不当可能增加腐蚀

阴极保护

效果明显、性价比高

短期增加投资

采用埋入电位更负的活泼金属与被保护金属偶接,从而具有减缓或阻止腐蚀的作用。根据提供保护电流方式的不同,阴极保护法又可分为牺牲阳极和外加电流两种。

牺牲阳极保护法是一种防止金属腐蚀的方法,即将还原性较强的金属作为保护极,与被保护金属相连构成原电池。还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗,被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。这种阳极消耗快,安设位置及方法必须便于更换.低电位金属材料有镁、镁合金、纯锌、锌合金、铝合金等。

外加电流阴极保护法通过外加直流电源以及辅助阳极,迫使电子从土壤流向被保护金属,使被保护金属结构电位高于周围环境来进行保护。外加电流阴极保护系统由以下几部分组成:辅助阳极、测试桩、直流电源、辅助材料、参比电极和导线。此外,为使阳极输出的保护电流更均匀,避免阳极附近结构物产生过保护,有时在阳极周围还须涂刷阳极屏蔽层。

05

临时接地点/或箱设计

临时接地点是指因电气维护工作中的安全需要,临时将线路或电气设备接地的地方。如变压器维护、配电柜维护,均要使用临时接地棒,在维护设备之前将线路进行明显的直接接地措施。临时接地棒也是电力施工作业接地使用的必备安全用具。

临时接地点设计主要针对采用钢材做接地排的一些机房,因为钢材较容易腐蚀,一般会刷防腐蚀层或包裹防腐蚀材料,在进行电气维护工作中的时候,需要进行临时接地的时候,经常会导致无法进行明显的有效的接地线挂接。因此设置必要的临时接地点是维护工作的需要,一般采用铜材料作为临时接地点的材料,采用箱式或直接引出铜排方式。

数据中心防雷接地系统检测与维护

防雷接地系统后期维护工作最为重要的一环是防腐蚀工作,防雷接地系统受外部自然条件影响比较容易发生腐蚀。腐蚀后电阻率、机械强度、外形结构等参数都将发生变化,导致泄放雷电流或故障电流时的局部高温、高压等恶性情况,直接加速防雷接地系统的损坏,从而对建筑物、电力电子系统造成危害,甚至对其内外人员的安全造成威胁,造成一定的直接经济损失。

防雷接地系统的腐蚀程度主要与建筑物所处的地理环境、地质条件等一些自然因素相关,另外并不排除施工中的人为因素影响。不同地区、不同气候、不同环境的防雷接地系统腐蚀速度不相同,因此定期检测是确认防雷接地系统对所处环境的承受能力的最有效措施。

数据中心防雷接地系统应该邀请第三方单位进行检测,检测单位一般为各地气象局的防雷中心或有资质的防雷检测公司,防雷接地检测数据参照国家及行业相关标准执行。

01

防雷接地检测必要性

安装了防雷接地保护装置之后,雷电防护是否就已经万事大吉了呢?答案是否定的,因为所有的防雷接地装置是否有效发挥作用才是雷电防护的关键所在。因此,做好防雷接地保护装置检测就显得尤为必要。

首先,防雷接地保护装置必须有效连接、接地电阻值应该符合规范要求,才能达到防雷作用。

其次,防雷接地保护装置安装完毕后,由于随时间、环境湿度、后期施工等影响可能导致装置损坏、连接电阻增大。

再次,防雷元器件一般为易损件,需要定期维护更换。

最后,由于对新情况新问题的深入了解,防雷接地标准会更新升级。

02

防雷接地检测周期

  • 项目交付前的检测,初次检测建议全检;
  • 进行优化改造后的检测;
  • 定期检测:《建筑物防雷装置检测技术规范》的要求,具有爆炸和火灾危险环境的防雷建筑物检测间隔时间为6个月,其他防雷建筑物检测间隔时间为12个月。

03

防雷设施安全检测的一般项目与内容

防雷设施安全检测的一般项目与内容

装置

检测内容

防直击雷装置

接闪器:避雷针、避雷线、避雷带、避雷网(格);引下线:型材、规格、敷设方式;接地装置:敷设方式、型材、规格、接地电阻;

防侧击雷装置

均压环检测;外墙金属结构与防雷接地装置连接;竖直敷设管道与防雷装置连接;其它金属物与防雷装置连接;

等电位装置

进出建筑物等电位连接:金属管道、电力线路、通信线路;屋顶天面(LPZOB区)等电位连接:接地体、引下线、等电位连接带、天面金属构架之间的等电位连接;室内等电位连接:电力线路、通信线路、金属轨道、变配电系统接地装置、SPD电涌保护器安装位置;其他:电源线、信息线路在建筑物进出处SPD电涌保护器状况;

屏蔽装置

电力电缆;通讯计算机等信息线路;屏蔽物型材、规格及敷设方式;屏蔽线路与防雷接地连接方式;

防雷电波侵入装置

低压线路、信息线路铠装或敷设方式;架空金属管道、埋地金属管道接地状况;电力线路、信息线路电缆引入处的接地状况;电缆与架空线连接处SPD电涌保护器状况;

接地电阻装置

变压器中性点接地电阻检测;不间断电源、空调等保护接地检测;配电柜及列头柜保护接地检测;机柜保护接地检测;重复接地点检测;其他接地点检测;

  • 接闪器:避雷针、避雷线、避雷带、避雷网(格);
  • 引下线:型材、规格、敷设方式;
  • 接地装置:敷设方式、型材、规格、接地电阻;

防侧击雷装置

  • 均压环检测;
  • 外墙金属结构与防雷接地装置连接;
  • 竖直敷设管道与防雷装置连接;
  • 其它金属物与防雷装置连接;

等电位装置

  • 进出建筑物等电位连接:金属管道、电力线路、通信线路;
  • 屋顶天面(LPZOB区)等电位连接:接地体、引下线、等电位连接带、天面金属构架之间的等电位连接;
  • 室内等电位连接:电力线路、通信线路、金属轨道、变配电系统接地装置、SPD电涌保护器安装位置;
  • 其他:电源线、信息线路在建筑物进出处SPD电涌保护器状况;

屏蔽装置

  • 电力电缆;
  • 通讯计算机等信息线路;
  • 屏蔽物型材、规格及敷设方式;
  • 屏蔽线路与防雷接地连接方式;

防雷电波侵入 装置

  • 低压线路、信息线路铠装或敷设方式;
  • 架空金属管道、埋地金属管道接地状况;
  • 电力线路、信息线路电缆引入处的接地状况;
  • 电缆与架空线连接处SPD电涌保护器状况;

接地电阻装置

  • 变压器中性点接地电阻检测;
  • 不间断电源、空调等保护接地检测;
  • 配电柜及列头柜保护接地检测;
  • 机柜保护接地检测;
  • 重复接地点检测;
  • 其他接地点检测;

04

防雷接地系统的维护

防雷设备的维护主要要求是维持防雷设备指示正常、无发热异常现象。接地装置及连接点和避雷针的维护主要要求是维持焊接质量稳定可靠、连接无腐蚀情况及连接牢固有效、保证能承受大电流冲击。接地排的维护主要是防腐蚀。

防雷接地系统维护建议周期表

序号

项目维护内容

周期

1

检查电源避雷器的模块失效指示和其断路器(开关)状态

2

检查动力监控系统接口的避雷器状态

3

检查室内地线连接质量

4

检查电源避雷器模块发热状态

5

测量地网地阻值

6

检查地网引线接头质量

7

测量各种避雷器的动作电压

8

检查各种避雷器各种指示装置状态

9

检查避雷针(带)系统的老化情况

结语

数据中心防雷接地系统不是简单的堆砌安装,而是一项系统性的综合性工程。应从其系统的合理性及科学性来设计,立足选择性能可靠的产品,严格遵循合理可靠的工程安装方式,适时适当的考虑运行维护的便利性等多方面综合考虑。

本着“安全、科学、经济、实用”的原则,在遵照执行国家、行业有关规范标准的基础上,参照国际相关防雷接地技术标准,科学合理地进行规范设计,才能达到最好的防护效果,才能确保数据中心内的基础设施设备、电子信息设备以及人员的安全。

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本文分享自微信公众号 - 腾讯数据中心(Tencent_IDC),作者:黄永军

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2021-07-09

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