网络机房接地系统设计_secret.doc

网络机房接地系统设计

目前，随着计算机和网络通信技术的高速发展，计算机网络系统对雷击的防护要求越来越高。由于对雷击的防护措施不力或存在认识上的偏差，往往起不到应有的防护效果，机房遭受到雷击频繁发生。特别是在雷雨季节，计算机网络系统的一些电子电气设备受到雷击的侵害，有些遭雷击而烧毁，造成巨大经济损失。计算机网络系统的防雷防护要引起足够重视，做到有备无患，对防雷设施进行整改，做好整体防护措施，才能更好地维护机房的安全运行。
关于接地的规范
国家标准《电子计算机机房设计规范》第四节有如下规定：
电子计算机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。电子计算机机房应采用下列四种接地方式：
交流工作接地
安全工作接地
直流工作接地
防雷接地

交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值，并应按现行国标准《建筑防雷设计规范》要求采取防止反击措施。

对直流工作接地有特殊要求需单独设置接地装置的电子计算机系统，其接地电阻值及与其它接地装置的接地体之间的距离，应按计算机系统及有关规定的要求确定。电子计算机系统的接地应采取单点接地并宜采取等电位措施。
直流接地
直流工作接地是计算机系统中数字逻辑电路的公共参考零电位,即逻辑地。逻辑电路一般工作电平低,信号幅度小,容易受到地电位差和外界磁场的干扰,因此需要一个良好的直流工作接地,以消除地电位差和磁场的影响。机房直流工作接地线的接法通常有三种:串联法、汇集法、网格法。
串联法
在地板下敷设一条截面积为(0. 4～1. 5mm) ×(5～10mm) 的青铜(或紫铜) 带。各设备把各自的直流地就近接在地板下的这条铜皮带上。这种接法的优点是简单易行,缺点是铜带上的电流流向单一,阻抗不小,致使铜带上各点电位有些差异。这种接法一般用于较小的系统中。
汇集法
在地板下设置一块5～20mm厚、500 ×500mm 大小的铜板,各设备用多股屏蔽软线把各自的直流地都接在这块铜板上。这种接法也叫并联法,其优点是各设备的直流地无电位差,缺点是布线混乱。
网格法
用截面积为(2. 5mm ×50mm)左右的铜带,整个机房敷设网格地线（等电位接地母排）,网格网眼尺寸与防静电地板尺寸一致,交叉点焊接在一起。各设备把自己的直流地就近连接在网格地线上。
这种方法的优点在于既有汇集法的逻辑电位参考点一致的优点,又有串联法连接简单的优点,而且还大大降低了计算机系统的内部噪声和外部干扰; 缺点是造价昂贵,施工复杂。这种方法适用于计算机系统较大、网络设备较多的大、中型计算机房。

交流工作地
计算机、网络设备是使用交流电的电气设备，这些设备按规定在工作时要进行工作接地,即交流电三相四线制中的中性线直接接入大地,这就是交流工作接地。中性点接地后,当交流电某一相线碰地时,由于此时中性点接地电阻只有几个欧姆,故接地电流就成为数值很大的单相短路电流。
此时相应的保护设备能迅速地切断电源,从而保护人身和设备的安全。计算机系统交流工作地的实施,可按计算机系统和机房配套设施两种情况来考虑。如打印机、扫描仪、磁带机等，其中性点用绝缘导线串联起来，接到配电柜的中线上,然后通过接地母线将其接地；机房配套设施如空调中的压缩机、新风机组、稳压器、UPS 等设备的中性点应各自独立按电气规范的规定接地。
安全保护接地
安全保护接地就是将电气设备的金属外壳或机架通过接地装置与大地直接连接起来,其目的是防止因绝缘损坏或其他原因使设备金属外壳带电而造成触电的危险。
安装好安全保护接地后,由于安全保护接地线电阻远远小于人体电阻,设备金属外壳或机架的漏电被直接引入大地，人体接触带电金属外壳后不会有触电的危险。机房安全保护接地的接法是将机房内所有计算机系统设备的金属机壳用数根绝缘导线就近接入系统的安全保护接地线上。
机房内其它配套辅助设施,如空调中的压缩机、新风机组、稳压器、UPS 等设备的安全保护地应分别按有关的电气规范要求接地。现在许多计算机设备的电源线采用单相三线电缆,其中一条为火线（右）,一条为中线（左）,一条为地线（上这条地线在设备中联在金属外壳上。与设备相连的电源插座应采用三孔插座,统一连接安全保护地的接点。
防雷接地
雷电对设备的破坏主要有两类。第一类是直击雷的破坏,即雷电直击在建筑物或设备上,使其发热燃烧和机械劈裂破坏；第二类是感应雷的破坏，即雷电的第二次作用。强大的雷电磁场产生的电磁效应和静电效应使金属构件和电气线路产生高至数十万伏的感应电压，危机建筑物、设备甚至人身安全。
　防雷接地在雷击的情况下，会有很大的电流通过流入大地,雷电流的幅值一般在数kA 至数百kA ，接地极及其附近的大地电位将产生瞬时高电位。如果在防雷接地极较近处有其它接地系统的接地极（接入端）,就会产生干扰。所以,防雷接地与其它接地应严格分开,并保持一定的的距离，一般需大于20m。在雷电频繁区域,应装设浪涌电压吸收装置。
计算机房如果设在有防雷设施的建筑中,可不再考虑防雷接地。但如果在这种已有防雷装置的建筑物上再架设计算机网络通信接入设备,如卫星接收天线、微波接收天线或红外接收天线等设备，则必须另外敷设通信设备防雷接地。
接地系统的设计
机房接地系统其实不能单独自成一个独立的系统，必须要与建筑物的防雷与接地系统形成一个整体。所以我们有必要了解一些建筑物的接地系统原理，那就是等电位连接与共用接地系统。
共用接地系统是由接地装置（基础地或环形接地体）和等电位连接网络组成。采用共用接地系统的目的是达到均压、等电位以减小各种接地设备之间、不同系统之间的电位差。其接地电阻因采取了等电位连接，所以要按所有接入设备中要求接地电阻的最小值的那个决定。没有必要规定共用接地系统的接地电阻要小于1Ω。
建筑物内应设总等电位接地端子板（在最底楼层），每层竖井内的接地干线上设置楼层等电位接地端子板，设备机房设置局部等电位接地端子板。图1所示是建筑物防雷区等电位连接及共用接地系统示意图。

接地装置，当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%，基础外表面无防水层时，应优先利用基础内的钢筋作为接地装置。但如果基础被塑料、橡胶、油毡等防水材料包裹或
涂有沥青质的防水层时，不宜利用在基础内的钢筋作为接地装置。宜在建筑物外面四周敷设闭合状的水平接地体作为接地装置。
接地干线，宜采用横截面积大于16mm2 的铜质导线在弱电井中敷设，在施工中一般宜采用截面积大于35mm2的铜质导线敷设，其目的是使导线阻抗远远小于建筑物结构钢筋阻抗，为楼层、局部等电位接地端子板上可能出现的雷电流提供了一个快速泄放通道。接地系统的接地干线与各楼层等电位接地端子板及各系统设备机房内局部等电位接地端子板之间的连接关系。
建筑物外部防雷装置是直接安装在建筑物外部，防雷装置与各种金属物体之间的安全距离不可能得到保证。为防止防雷装置与邻近的金属物体之间出现高电位反击，减小其间的电位差，除了将屋内的金属物体做好等电位连接外，应将各种接地（交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等）共用一组接地装置。
上述四种接地的接地引出线经过接地干线与基础地或环形接地体相连形成等电位连接，但防雷接地在基础地或环形接地体上的接地点与其他几种接地的接地点之间的距离宜大于10m。
电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管（槽）、屏蔽线缆外屏蔽层、信息设备防静电接地和安全保护接地及浪涌保护器接地端等均应以最短的距离与等电位连接网络的接地端子板连接。电位连接网络再连接至接地干线。
机房的接地安装:
现行国标推荐计算机机房采用联合接方式，机房联合接地电阻应≤1Ω。首先在机房静电地板下应加做均压环或接地母排，以起到等电位连接作用，并将至少两处从均压环或接地母排连接到机房所在楼层的电气竖井内的接地干线的等电位接地端子板（电气竖井等电位汇集点）上；机房内的工作交流地（N线）、静电地、屏敝地、直流地、安全保护地、防雷地等直接连接到均压环或接地母排上。
机房接地示意图如图2：

机房电源线路防雷接地

电子信息系统设备配电线路耐冲击电压的类别及浪涌保护器安装位置示意图是以TN-S 配电系统为例，如图3。电源线路多级SPD 防护，主要目的是达到分级泄流。通过合理的多级泄流能量配合，保证SPD 有较长的使用寿命和设备电源端口的残压低于设备端口耐雷电冲击电压，确保设备安全。
SPD 一般并联安装在各级配电柜（箱）开关之后的设备侧。SPD 连接导线应平直，导线长度不宜大于0.5m，其目的是降低引线上的电压，从而提高SPD的保护安全性能。 逐级可靠启动泄流，确保多级SPD 不出现盲点，达到最佳的能量配合效果。接入机房等电位接地母排，通过它最终接入电气竖井的接地干线。

2． 天馈线路的防雷接地
对有卫星天线和无线局域网室外天线，也应有完善天馈线路SPD。接入机房等电位接地母排，通过它最终接入电气竖井的接地干线。
3．计算机网络系统的防雷接地
在网络传输线路上，安装浪涌保护器的数量，视其电子信息系统的重要性和使用性而定。对于重要性很高的系统（服务器、交换机、路由器），安装浪涌保护器的级数要由能量配合确认的级数才能达到安全防护；重要性相对较轻的系统安装级数应少，才能达到既安全又经济。
特别是现在雷电对计算机网络系统的袭击最常见的感应雷引起的经过户外的广域网电话线和架空的无屏蔽层双绞线感应高电压串进楼房内网络的设备，致使网络芯片烧坏。
信号线路浪涌保护器（SPD）与被保护设备的连接端口有串接与并接之分。由RJ11、RJ45、和其它接口组成的线路应串接安装SPD，仅有接线柱组成的接口应并接安装SPD。接入机房等电位接地母排，通过它最终接入电气竖井的接地干线。

SPD 的安装连接图如图4所示：

4．其它接地
其它的如工作交流地（N线）、静电地（静电地板）、屏敝地（穿管布线金属软管或硬管）、直流地（逻辑参考地）、安全保护地（机壳、机柜）也依样就近接入接入机房等电位接地母排，通过它最终接入电气竖井的接地干线。
总结：
防雷与接地系统是信息网络系统不可或缺的基础，企业的信息网络系统设备众多，设备昂贵，若没有完善的防雷与接地的防护，就有可能在雷击，被意外的电气系统故障损毁。这种局面将不是我们所厚意看到的，而且这种事故还在普遍发生而不是意外，所以我们不能掉以轻心。笔者的主板集成的网卡就曾在最近的一次感应雷击中，高电流经过室外双绞线串进，烧毁网络芯片。