某運營商大型IDC機樓自2015年8月建成投產以來,已經遭到三次嚴重雷擊,造成高壓配電、消防監控等十余處嚴重雷擊故障,給該IDC的正常運行造成嚴重的影響。為此,該運營商省公司非常重視,邀請有關防雷專業的技術人員進行了現場勘查和調查分析,基本理清了雷擊的主要原因和存在的防雷缺陷問題。

雷擊故障和現場勘查

一、歷次雷擊故障情況

　　該數據中心位于謀士互聯網產業園，自建成投入運行以來的三年多的時間里，發生了三次嚴重的雷擊事故，造成高低壓配電系統、中央空調制冷系統、消防監控系統、動環監控系統、樓頂空調室外機、油機油位監測裝置、大門控制系統、迎賓電子顯示屏等10余處嚴重過雷擊故障，對該IDC機樓的安全運行造成嚴重的危害和損失。　　
　　消防監控系統是雷害重點，多次遭受雷擊，造成消防系統設備的損壞。總體來看，該數據中心防雷和接地系統存在較大缺陷和漏洞。同時也說明該地區的雷電活動比較強烈。歷次雷擊故障具體情況見表1。

二、現場勘察情況

　　在該IDC數據機房現場,防雷專業技術人員聽取了該IDC數據中心維護主管對雷害基本情況的介紹,并與IDC數據中心機房相關技術人員一起,全面勘察了數據中心機房的建筑結構、設備布局和防雷接地情況,對歷次雷擊的入侵路徑、影響程度、設備損壞現象進行了認真了解和檢查,基本摸清該數據中心雷電損害的成因。
1
地形地貌情況

　　該數據中心坐落于相對較高的小山上(機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,沒有其他建筑物可以避雷和減少雷電電磁脈沖對該IDC數據機房內設備的電磁感應影響及危害。
2
IDC數據中心建筑物天面防雷情況

　　該建筑物樓頂沒有避雷針,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格及四周女兒墻上的防雷帶,天面各類裝置和設備布局如圖1所示。

3
消防監控中心勘察情況

　　由故障統計情況來看,每次雷擊,消防監控系統受雷擊造成故障的程度最為嚴重,從中發現的問題也就比較多。　　
　　·消防監控中心電源避雷器情況　　
　　在消防監控中心機房內，發現消防監控主機后面安裝的10余個RS-485數據線24V電源線避雷器地線端子均為接地線。這等于這些數據電源線避雷器沒有雷電對地泄放通道，缺失對地保護機制，即使安裝了避雷器也等于虛設，沒有防雷效果。　　
　　在消防監控系統的各個采集信號端,也未發現安裝有數據信號避雷器。　　
　　·消防監控中心機房的地線接地情況　　
　　消防監控中心機房地線排地線沒有直接接到機房內沿墻壁周圍布放的地線均壓環上,而是從機柜下面沿著弱電線槽引入到墻拐角處,再引入到其他機房地線上,引線太長。另一條防雷地線也沒有就近直接連接到機房沿墻壁四周布放的地線均壓環上,而是向相反方向沿著弱電線槽長距離引入樓上面一層別的機房,也沒有真正起到防雷作用。就是說,消防監控室表面看是有完善的地線系統,但實際上卻沒有真正起到防雷作用,形同虛設。　
　　·消防監控中心三級電源避雷器情況　　
　　消防監控中心機房三相電源是從20～30m之外的配電室引入,在監控中心機房墻壁上安裝有配電箱,箱內有三相電源避雷器,該電源避雷器距離主機至少10m,且由于地線設置不合理,均會影響電源避雷器的防雷效果。

三、動環監控系統勘察情況

1
該IDC機樓信息化機房動環監控系統勘察情況

　　1樓信息化機房動環監控系統數據采集箱內有電源和數據處理模塊,但均未配置電源和數據防雷裝置,而在15～20m距離之外的墻壁上的電源配電箱內安裝有電源避雷器,在雷擊如此嚴重的地區,在距離如此遠的電源線上本身就會感應出很高的感應雷電壓和雷電流,因此安裝在15～20m距離之外的電源避雷器很難對數據采集器的電源真正起到防雷作用,數據采集設備更是沒有安裝數據避雷器,從而導致數據采集設備被雷擊的故障發生。
2
機房地線系統不夠規范

　　在被雷擊的消防監控系統設備及其機架上,發現地線施工很不規范,走線凌亂,且施工沒有采用線耳材料壓接地線,機架機柜連接處的油漆也沒有打磨掉,地線連接處松動,用手輕輕撥動即可左右擺動,因此也形同虛設,完全達不到等電位連接的目的,具體如圖2和圖3所示。

四、高、低壓進線及低壓配電系統現場勘查情況

1
高壓進線系統

　　2018年8月3日雷電造成乙線高壓進線三相線電纜之間的不平衡感應雷電壓,導致高壓進線柜跳閘,數據中心整個乙線供電系統斷電15min,其他設備無損壞。　　
　　經現場勘查,由于高壓柜進線處在柜底部,不能確定是否安裝了A級高壓電源避雷器,也不能確定電纜金屬鎧裝層是否有可靠接地。即使有,在高壓電纜進線處能被雷電電磁感應出如此高的不平衡雷電感應電壓而導致高壓開關跳閘,至少可以說明在進線電纜上的金屬鎧裝層接地不是良好,或高壓柜內的A級高壓電源避雷器沒有很好地起到防雷作用,否則不會有如此高的不平衡雷電感應電壓。
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低壓配電系統

　　在低壓配電柜內,可看到有流通容量為20kA的電源避雷器保護,電源避雷器的地線接至室內的線上。依據國家標準規定,對這樣的大型IDC數據機房來說,低壓配電系統的電源避雷器額定容量有些偏小,應按標準配置。該處應配置通流容量為40kA以上的電源避雷器。

五、雷擊故障原因分析

1
該地區雷害很嚴重

　　該大型IDC機房地勢稍高,最主要的是周圍空間比較空曠,沒有其他更高的建筑物可以屏蔽雷電的電磁感應及直接雷擊,因此該IDC幾樓樓頂就成為雷擊的首要目標,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致機房內設備損壞,這也算是直擊雷電對通信設備和數據設備的危害。
　　當雷電在空中對云放電或云對地放電時，在周圍空間所產生的雷電電磁脈沖就會在該IDC機房周圍及機房內部的各種金屬線纜和管線上感應到很高的感應雷電壓和雷電流，同時對這些線纜連接的各種通信設備、數據設備造成嚴重的感應雷擊危害。
　　對于如此大的IDC數據機房,遭受如此多嚴重的雷擊故障,實屬少見,這說明該地區屬于雷害特別嚴重的地區。為此無論是長距離的電力電纜還是數據信號線,均會在其上感應出很高的雷電壓和雷電流,而IDC機房內的電源線和各類監控系統信號線數量很大,因此每次雷擊都會在長距離的電源線和數據信號線上感應到很高的雷電壓和雷電流,從而將大量的數據信號線兩端的采集設備和主機(包括動環監控數據采集設備、發電機油液面監控數據采集設備、消防監控數據采集設備、門禁監控設備、中央空調數據信號采集設備等)及其電源設備打壞,這是主要原因之一。　　
　　同時還有直接雷擊到天面上,雷擊電流通過建筑物鋼筋流入到機房內的通信設備和數據設備上,從而造成直接雷擊危害。
2
機房防雷措施施工不夠規范,沒有達到應有的防雷效果

　   ·高壓進線電纜接地　　
　　高壓進線電纜上能感應出如此高的不平衡雷電壓和雷電流引起開關跳閘,說明高壓電纜金屬鎧裝層接地不是良好或者高壓柜上A級電源避雷器沒有發揮很好的避雷作用。　　
　　·消防監控主機數據避雷器接地　　
　　消防監控主機10余個單相電源避雷器的接地均沒有接地系統,形同虛設,沒有發揮應有的防雷作用。　　
　　·消防監控主機的地線系統　　
　　消防監控主機的地線系統完全可以就近接入機房四周墻壁上的地線均壓環上,但卻舍近求遠分別連接到很遠的其他樓層地線,也沒有真正起到防雷地線的等電位作用。　　
　　·機房其他地線　　
　　機房其他地線施工也極不規范,與設備機架連接的地線端頭沒有采用線耳連接,且未打磨掉機架的油漆,連接松動,沒有起到應有的等電位作用;機房內數據線與地線混在一起,走線凌亂,沒有起到三線分離,機房內其他地線系統也沒有達到應有的防雷地線作用。　　
　　·電源避雷器安裝不規范　　
　　動力監控數據采集設備的電源避雷器距離數據采集設備電源線路過長,超過15m,消防監控中心電源避雷器距離消防主機超過10m,在感應雷電如此強烈的地區和環境中,這么長的電源線上也會感應出很高的雷電壓和雷電流,因此可以說,這幾個電源避雷器的安裝位置均欠妥,也沒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機房處在雷電活動頻繁和雷達感應強烈的地區，因此其整個防雷接地措施均欠妥。　　
　　·數據信號采集設備(器)數據防雷器欠妥　　
　　在數據信號采集設備(器)終端(消防數據信號　　
　　采集設備(器)、動環監控數據信號采集設備(器)、門禁系統信號采集設備(器)、油庫液面數據信號采集設備(器)、大門及顯示屏信號等)均沒有數據信號避雷器。　
　　·電源避雷器防雷效果欠佳　　
　　需核查高壓開關處A級電源避雷器是否有效;在消防主機房的配電箱內電源避雷器距離消防主機大約有10m,距離較遠,在感應雷如此強烈的地區和環境中,在這10m左右的金屬線上也會產生很高的雷電壓和雷電流,因此可以說消防監控主機房內的電源避雷器安裝位置也欠妥。　　
　　同理,1樓信息化機房動環監控系統C級電源避雷器距離數據信號采集設備(器)也比較遠,超過15m,不能對數據信號采集設備(器)起到很好的保護作用。

六、解決方案和建議

1
對天面防直擊雷的措施

　   ·在IDC建筑物樓頂天面4個角安裝4個獨立避雷針　　
　　獨立避雷針通過與樓面獨立的專用引下線將直擊雷大電流直接下地,就是說把直擊雷大電流引導到建筑鋼筋結構以外直接下地,把雷擊大電流與大樓建筑無鋼筋完全絕緣開,從而有效避免直擊雷大電流沿建筑物鋼筋入侵導致建筑物內的設備損壞。因此提出如下建議:　　
　　在建筑的四角各建一個帶專門引下線的獨立式避雷針,高度宜為9～10m,獨立式避雷針底座應采用與樓面絕緣的材料,且能抗擊超強臺風,可以有水泥澆筑,但不要與天面鋼筋或立柱鋼筋連通,獨立式避雷針的引下線應用一條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上,其結構原理和在天面的布局圖如圖4所示。旁邊的油機房也可按此方案安裝獨立避雷針。　
　　
　　·加密原IDC樓頂原防雷網格距　　
　　由于該IDC機樓處在雷電活動強烈地區，原樓頂防雷網間距大約為8m，相對較為疏松，建議在每個防雷網格兩邊中間各在增加3～4條防雷網格線，以加密防雷網格，增加雷電電磁感應的防雷屏蔽效果。
2
對IDC機樓高壓電力電纜金屬鎧裝層接地和高壓避雷器的再確認

　　　·利用電力部門每年對高壓設備檢測的機會,檢測和確認高壓電力電纜金屬鎧裝層的接地是否良好;
　　·檢測高壓避雷器的各項性能指標是否良好;
　　·檢測大樓地網接地是否良好,各樓層地線系統是否接地良好,接地電阻是否達到規范要求。
3
對消防主機機房的整改措施

　　·建議在消防主機機房附近再增加一個C級電源避雷器,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上并用線耳固定;　
　　·將消防主機后面的所有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上,并用線耳連接牢固;　　
　　·將消防主機的機殼地線及保護地線直接引入到后面墻壁上的地線均壓環上,并用線耳連接牢固,并去除原來的兩條舊地線;　　
　　·在所有消防數據信號采集線末端都新增匹配的數據信號避雷器,各個數據信號避雷器的地線就近引入地線排,且數據信號地線越短越好。
4
對動環監控數據信號采集設備的整改措施

　　·在動環監控數據信號采集設備(器)配電箱內增加一個C級電源避雷器,且電源避雷器地線就近接入地線排,防雷地線越短越好。　　
　　·在動環監控數據信號采集設備(器)信號線終端每條數據信號增加一個數據避雷器,且數據信號避雷器地線就近接入地線排,地線越短越好。
5
整改原機房內地線系統

　　·將所有機房內機殼地線、保護地線、防雷地線等都就近接到機房內的地線均壓環上,且地線端頭要用線徑匹配的線耳固定。若是機殼地線,則要打磨掉機殼油漆,保證電氣性能接觸良好。　　
　　·機房內按照“三線分離”原則,將機殼地線、保護地線、防雷地線等防護地線與數據信號線、交流電力線分開布放,最好分層分槽布放。
6
引入光纜金屬加強芯和金屬保護層良好接地

　　將戶外引入的所有光纜的金屬加強芯和金屬保護層在進入IDC機房之前的最后一個接頭處均電氣斷開,且兩端均良好接地。進入IDC機房和機架后,在終端也要做好接地,且就近引入到地線排或地線均壓環上。
7
中央空調制冷系統整改措施

      ·數據信號避雷器的安裝　　
　　在數據信號避雷器的末端傳感器信號線、蓄冷水池溫度信號線等有數據信號線的兩端均安裝數據信號避雷器,避雷器地線就近與地線排或地線均壓環連接。
　　·中央空調機殼與機房地線系統連接,做好等電位連接。　　
　　·中央空調主機電源安裝D級電源避雷器,且防雷地線越短越好,就近與地線排或地線均壓環連接。
8
視頻監控系統整改措施

　　在視頻監控系統數據信號線兩端安裝數據信號避雷器,數據信號避雷器地線連接要求同上。
9
埋地油罐液位探測器和信號采集設備(器)整改措施

　　在埋地油罐液位探測器的數據信號線兩端安裝數據信號避雷器,數據信號避雷器地線連接要求同上。
10
一樓大堂顯示屏和園區大門的整改措施

　　·在一樓大堂電腦主機與顯示屏之間的信號線兩端安裝數據信號避雷器,避雷器地線連接要求同上。　　
　　·園區大門電源安裝D級電源避雷器,控制信號線兩端安裝數據信號避雷器,避雷器地線安裝要求同上。

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