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電力通信信息系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)研究論文
本文旨在通過某一供電大樓的例子來詳細(xì)了解和分析該棟大樓的通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)的差異性，從而更進(jìn)一步的對通信信息系統(tǒng)中防雷接地設(shè)計(jì)存在的缺陷進(jìn)行探討，得出最終的結(jié)論。
以某一供電大樓展開分析，首先對該大樓的樓層結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，該棟建筑物共7層，整個通信系統(tǒng)，包括所有涉及到的光纖、交換機(jī)、電源設(shè)備以及電信通道等設(shè)備都處在其中的第6層，而信息系統(tǒng)，包括其中的服務(wù)器、交換機(jī)、計(jì)算機(jī)和電源設(shè)備等都處在該棟樓的第2層。整棟供電大樓在其內(nèi)部進(jìn)行綜合布線，對于大樓的接地系統(tǒng)則是嚴(yán)格按照《電力系統(tǒng)調(diào)度實(shí)時計(jì)算機(jī)運(yùn)行管理規(guī)程》中相應(yīng)的要求SD209-87D，將兩部分非常重要的接地系統(tǒng)，即工藝設(shè)備接地系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接地系統(tǒng)分開設(shè)計(jì)，成為兩個獨(dú)立的部分。其中，電氣工藝設(shè)備接地系統(tǒng)也是該棟供電大樓的綜合接地系統(tǒng)，是通過分析和設(shè)計(jì)后對樓中一些縱橫走向的鋼筋進(jìn)行可靠焊接，之后再與各個樓層的均壓帶連接起來成為一個整體后與整棟大樓的環(huán)形接地網(wǎng)連接，這樣形成的接地系統(tǒng)便將大樓內(nèi)部所有通信設(shè)備的工作接地，屏蔽接地以及保護(hù)接地和防雷接地綜合到一起，最終形成一個籠式均壓體，能有效對雷電災(zāi)害起到防護(hù)作用。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的保護(hù)接地和屏蔽接地是被連接在上述的工藝設(shè)備接地系統(tǒng)中的。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作接地系統(tǒng)是另外單獨(dú)設(shè)計(jì)獨(dú)立存在的。在設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)該將各個機(jī)房的所用的接地銅排網(wǎng)通過使用瓷瓶將其與供電大樓的樓板隔絕，形成一種絕緣現(xiàn)象，然后利用ZR-VV22-1-2X70銅芯聚乙烯絕緣電力電纜將各處的銅排網(wǎng)互連，然后再用同型號的3X150的絕緣電力電纜將互連后的接地系統(tǒng)連入樓外的接地裝置。該接地裝置單獨(dú)設(shè)置，與大樓的距離設(shè)置為16米，整個接地裝置的核心是用長達(dá)100m的銅棒，考慮到接地系統(tǒng)中的接地電阻要小于1歐姆，可以采用銅芯的電纜，電纜截面為3X150m2。
一、提出問題
將計(jì)算機(jī)的工作接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)成獨(dú)立的接地系統(tǒng)可以更大程度的降低其他電氣部分對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾，提高計(jì)算機(jī)邏輯地電位運(yùn)行的準(zhǔn)確性。例如，很早之前的DEC公司生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)因?yàn)閷拥赜刑厥獾囊螅虼藢υ撓到y(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的接地裝置很有必要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)抗干擾的角度來說，其相應(yīng)的接地要求也變的比較寬松。另外，現(xiàn)代化建筑的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，高度也不斷增加，處在建筑物內(nèi)的人群內(nèi)心對雷電災(zāi)害變的越來越擔(dān)心，同時這些人對整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接地有了更新的認(rèn)識，一般而言，更高的建筑物遭受雷擊的利率相對來說更大，一旦該建筑物遭受雷擊，大樓中出現(xiàn)的反擊過電壓瞬間可以達(dá)到幾千上萬伏甚至更高，如果大樓在均壓方面設(shè)計(jì)合理到位，遭受雷擊的大樓內(nèi)部所有的設(shè)備和人員都處在相同的電位上，因此不會對其造成損害。但是，大樓的均壓設(shè)計(jì)不合理就會在雷擊的瞬間在大樓內(nèi)部產(chǎn)生很大的電位差，從而引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果。本文中涉及的供電大樓按前面所述的，其計(jì)算機(jī)的工作接地裝置獨(dú)立存在，且與大樓中的工藝設(shè)備接地系統(tǒng)相距16m，這樣在大樓遭受雷擊時，兩處的接地裝置會產(chǎn)生很大的電勢差，最終造成計(jì)算機(jī)及其相連接的通信設(shè)備被擊穿，更嚴(yán)重的會帶來人員的傷亡。因此對于通信信息系統(tǒng)的防雷接地設(shè)計(jì)應(yīng)該重視。
二、對計(jì)算機(jī)接地規(guī)范以及規(guī)定的簡單介紹和分析
1.接地規(guī)范和規(guī)定的簡單介紹
計(jì)算機(jī)接地設(shè)計(jì)涉及到的規(guī)定和規(guī)范種類較多，本文主要概括以下幾點(diǎn)：
(1)系統(tǒng)所具有的接地點(diǎn)必須是穩(wěn)定和可靠的。若對系統(tǒng)接地電阻沒有作出具體的數(shù)值要求，其值一般不能高于2歐姆。對于組成計(jì)算機(jī)的接地網(wǎng)絡(luò)在選用時也存在兩種情況：一種是若現(xiàn)存的電氣接地網(wǎng)絡(luò)的電阻可以直接滿足所需的計(jì)算機(jī)接地系統(tǒng)時可以直接使用現(xiàn)有的電氣接地網(wǎng)，將其作為所需的計(jì)算機(jī)接地網(wǎng)絡(luò)。另外一種情況則是現(xiàn)存的電氣接地網(wǎng)絡(luò)不符合電阻的要求或者對還沒有該接地系統(tǒng)有特殊的要求，此種情況下計(jì)算機(jī)接地網(wǎng)必須獨(dú)立設(shè)計(jì)，且獨(dú)立的接地網(wǎng)應(yīng)與其他部分的動力或者防雷接地網(wǎng)的距離保持在10m以上。
(2)對于電力系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)機(jī)房的交流工作、直流工作以及安全保護(hù)和防雷等四個方面的接地可以考慮共用一組接地裝置，最后整個系統(tǒng)的電阻應(yīng)該按這四個中的最小值來確定。如果上述四種接地中的防雷接地需要單獨(dú)進(jìn)行接地裝置的設(shè)置時，另外三種接地也可以考慮使用同一組接地裝置。這樣形成的系統(tǒng)的接地電阻值不能大于其中的最小值，在設(shè)置接地裝置的過程中應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，正確的采取防止反擊的措施。
(3)對于綜合布線系統(tǒng)中的涉及到一些設(shè)備、電纜等必須接地，例如有源設(shè)備的正極或者外殼，以及干線屏蔽電纜層和連通的接地線等，并且，這些接地方式都應(yīng)該采用聯(lián)合的形式，例如，當(dāng)出現(xiàn)同一樓層既設(shè)置有避雷帶又設(shè)置有均壓網(wǎng)時，這兩個部分應(yīng)該彼此相連，使該棟大樓最終形成的接地系統(tǒng)是一個籠式的均壓體。該種情況形成的接地系統(tǒng)中的電子值不應(yīng)該超過1歐姆。
2.接地規(guī)范和規(guī)定的分析
最早開始的計(jì)算機(jī)接地規(guī)范和規(guī)定中對計(jì)算機(jī)的接地裝置的要求主要是針對接地電阻是否滿足要求來決定接地的類型。若滿足要求則可以選擇和電氣部分共用一套接地裝置，若不滿足要求則應(yīng)該將接地裝置單獨(dú)設(shè)計(jì)。在一些已經(jīng)安裝完成的事例中，因?yàn)橛?jì)算機(jī)多處在大樓的內(nèi)部，考慮到其受到雷擊的可能性非常小，因此將安裝過程中的重點(diǎn)放在了系統(tǒng)的抗干擾性上，這樣就出現(xiàn)了很多獨(dú)立接地系統(tǒng)。但是，近些年來，隨著對抗干擾性能的研究逐步加深，計(jì)算機(jī)中的大部分產(chǎn)品都具有了很強(qiáng)的抗干擾性，新出的一些國際規(guī)范中也提倡對交流、直流、安全保護(hù)和防雷四個方面的接地共用一套接地裝置。這也說明了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)接地的規(guī)范和規(guī)定已經(jīng)逐步開始重視接地系統(tǒng)對大樓各系統(tǒng)雷擊災(zāi)害的防護(hù)。
3.對接地裝置的要求
對接地裝置的要求主要是針對計(jì)算機(jī)公司而言的，但是不同的公司對適應(yīng)其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接地裝置的要求各有不同，但是綜合各方面的意見發(fā)現(xiàn)最終形成的意見有如下兩種：第一是以IBM公司為代表的小型機(jī)因?yàn)閷拥赜刑厥獾囊�，所以無需考慮單獨(dú)設(shè)置專門的接地裝置。而另一種則是以DEC公司為代表的對計(jì)算機(jī)接地系統(tǒng)有著嚴(yán)格的要求，首先是必須配備專用的接地裝置，接下來是必須將該抓住用接地裝置中的單一接地點(diǎn)作為零電位的參考點(diǎn)，同時對整個系統(tǒng)的接地電阻也要求必須小于1Ω。
三、分析防雷接地設(shè)計(jì)存在的缺陷和危險
現(xiàn)在，我們開始分析上述供電大樓在受到雷擊災(zāi)害時會遭受多大的影響。首先，考慮該供電大樓的接地電阻并根據(jù)相應(yīng)的系數(shù)和大樓所處位置的年均雷暴天數(shù)以及雷電流的幅值得出的電壓大概為8000V。電壓數(shù)值很高，但該供電大樓采取了均電位的設(shè)計(jì)方案，因此不會對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和工作人員帶來什么危險。但是，當(dāng)接地裝置獨(dú)立設(shè)計(jì)且距離大樓接地裝置16 m時，按相應(yīng)的計(jì)算公式且考慮到各部分存在的電位衰減情況可以得出此時的電位為4500V，這就與大樓的接地電位形成了3500V的電勢差，該種情況的出現(xiàn)可能對大樓內(nèi)部的電氣設(shè)備和人身安全造成不同程度的損害。由此也可以知道將計(jì)算機(jī)工作接地與供電大樓接地裝置分開設(shè)置可能為大樓帶來很嚴(yán)重的危害。
四、結(jié)論
由有上述分析可以得出如下的結(jié)論：
(1)越高的建筑物遭受雷擊的概率越大，并且將計(jì)算機(jī)工作接地與供電大樓接地裝置分開設(shè)置可能為大樓帶來很嚴(yán)重的危害。
(2)使用聯(lián)合接地的方式對供電大樓的內(nèi)部的通信、 計(jì)算機(jī)設(shè)備等具有很好的防護(hù)雷擊災(zāi)害的作用。
(3)接地電阻越小越好，正常情況下應(yīng)小于1歐姆，提高系統(tǒng)抗干擾能力的同時還能降低雷擊災(zāi)害造成的電位差。
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