呼和浩特地区银行系统的雷电防护及防雷检测分析

引言

呼和浩特市是华北地区的重要城市之一。作为内蒙古自治区首府,呼和浩特市承担着自治区经济中心的重任。近几年来,内蒙古自治区以呼和浩特市为首,经济发展步伐逐步加快,银行业也展现出了迅猛的发展态势,体系逐步完善,这也对该行业安全生产保障措施提出了更高的要求。银行系统包含大规模的精密电子元器件、配电系统、监控系统等,对防雷防静电方面的要求极高,一旦系统受到雷电直接打击或者雷击电磁脉冲的侵扰,无论对银行本身,还是对银行客户都将造成极大的损失。呼和浩特地区为闪电密度较大的地区之一。以2018年为例,呼和浩特地区共监测到地闪6168次,平均地闪强度为10.59kA/km2。最大正地闪电流强度为314kA,陡度为25.9kA/us:最大负地闪电流强度为-722.9kA,陡度为-140.2kA/us。强度大于50kA的地闪有646次,大于100kA的地闪有95次,强地闪次数较多。这样的闪电若击中银行系统所在建筑物或其附近都将对银行系统弱电设备甚至配电系统、人员安全等方面造成极大威胁。由此可见,银行系统的雷电防护措施必不可少,在我区各银行系统设备和管理逐步完善的同时,对银行系统的防雷措施还需不断升级。

1银行系统防雷装置发展

近年来,多家新兴银行入驻呼和浩特地区。对比存在年数已久的各大银行,这些新入驻银行所采购的设备更先进,符合更高的标准,而设备陈旧的银行系统则因为资金和管理等多方面原因,未能对陈旧设备进行符合现行标准的全面升级,因此有不少防雷装置因年久失修而失去了对建筑物和电子电气设备应有的保护作用。

银行系统从最开始的单纯直击雷防护到逐步重视感应雷防护,并在主要设备所在机房设置电磁屏蔽设施,达到隔离外界电磁干扰的目的。这样的设置可以有效阻止感应雷对机房设备的直接干扰,但不能彻底阻断电磁脉冲对配电和通信线路产生干扰后对机房设备产生串扰。这样的串扰同样会使设备丢失信号,暂时甚至永久性损坏。机房建设规范化后,设备的接地系统有了较完整的体系,有别于配电系统的PE线,设备外壳、机柜外壳等都要与均压环进行电气连接,而均压环与墙体等电位连接端子相连,末端要连接到接地装置。如此一来,一旦设备遭受了不同方式的电磁干扰,电磁脉冲都将在侵扰设备之前由这一通路通过接地装置泄放到大地中去,有效避免了经济损失。现如今,电涌保护器(SPD）得到了广泛应用,以氧化锌压敏电阻元件、二极管和放电间隙为主要部分组成的防雷模块成为了雷击电磁脉冲的有效防护措施之一。在雷电流以电源系统为入口侵入设备机房之前,安装在设备前级的电涌保护器会最快以毫秒级的响应速度将雷击电磁脉冲迅速泄放到电源系统PE线中,并在远端泄放到大地。电涌保护器在呼和浩特地区银行系统得到广泛使用,与上述各种防护措施共同组成较为完整的雷电防护系统,对银行系统易受侵扰的设备和重要电气设施进行全方位的保护。

2检测项目

根据《建筑物防雷装置检测技术规范》)GB/T21431一2015）中4.2条规定:检测项目分为建筑物的防雷分类、接闪器、引下线、接地装置、防雷区的划分、雷击电磁脉冲屏蔽、等电位连接、电涌保护器(SPD）共8个大项。对于银行系统,以上项目均有涉及,其中重点是防雷区的划分、雷击电磁脉冲屏蔽、等电位连接、电涌保护器(SPD）4项内容。

2.1防雷区的划分

防雷区的划分方法在《建筑物防雷设计规范》)GB50057一2010）[3]中被提出。根据上述规范6.2.1条规定:银行大楼外部且可能遭到直接雷击的区域为LPZ0A区,银行大楼外部但在滚球半径保护范围内的区域为LPZ0B区。一般来说,银行大楼楼体为框架结构,楼体内钢筋组成的屏蔽网格将使雷击电磁场强度得到大幅衰减,那么楼内数据机房和配电系统所处区域为LPZ1区。如果银行数据机房设置了电磁屏蔽设施,内部的机房区域即为LPZ2区。而具体的设备所处区域至少还应有金属机柜外壳或金属设备外壳的再次保护,可视为LPZ3区。

2.2雷击电磁脉冲屏蔽

防雷区的划分在一定程度上对应了雷击电磁脉冲屏蔽措施的层次。第一层电磁屏蔽来自于楼体钢筋经过焊接和绑扎形成的笼型金属网格,经过检测的大楼整体地网接地电阻应符合规范要求,如果出现较强的电磁脉冲侵扰大楼,主要能量将会通过钢筋分流,最终通过良好的接地装置泄放到大地。第二层屏蔽由主动设置的电磁屏蔽墙体和层板组成,同样的,该层屏蔽设施也需要进行良好的接地。机房内部机柜设备的金属外壳作为一层屏蔽,也需要进行防雷接地处理。

2.3等电位连接

为防止机房内部由于雷击或操作过电压形成闪络,机房内电子设备均应与建筑物的共用接地系统相连接。《建筑物电子信息系统防雷技术规范》)GB50343一2012）的5.2条规定了机房内电子设备的接地方法。对于银行数据机房,设备机柜数量较多、规模较大的,需要以M型的网格型结构构建等电位连接网络,即机柜分别就近与静电地板下设置的均压环相连接。均压环作为等电位屋内连接端子应与大楼共用接地系统进行等电位连接。同时以上连接材料均需要符合规范要求。

2.4电涌保护器(SPD）

电涌保护器(SPD）是电源系统及弱电设备防止雷击过电压侵扰的重要组成部分。在银行系统中,SPD一般设置于电源系统中10kV/400V进线处(符合Ⅰ级试验要求）的为第一级,设置在楼层等分配电处(符合Ⅱ级试验要求）的为第二级。在银行设备对电源系统有较高要求时,一般需加装电源UРs系统来调整电源质量。在UРs系统前后级均可加装符合Ⅱ级试验要求的SPD以防止雷电流通过电源系统侵入机房电子设备。机房内SPD一般设置在为设备供电的各个列头柜中。需要注意的是,为了防止SPD工作异常对电源系统产生影响,其前端应有如熔断器或空气开关等后备保护装置。SPD多由压敏电阻和放电管组成,会因长时间工作而劣化失效,因此需定期对其参数进行测试。SPD分为限压型和开关型以及组合型,其中限压型需测试其压敏电压和漏电流。《建筑物防雷装置检测技术规范》(GB/T21431一2015）5.8.5.1条规定了压敏电压的允许范围,漏电流一般不大于20uA。

3近年各大银行防雷检测情况分析

呼和浩特地区银行系统的防雷检测工作质量较高,从近几年的检测报告统计结果来看,检测项目较为全面,数据详细,可参考性较高。表1是呼和浩特地区各家银行分行最近一次的防雷检测结果统计。

从表1可以看出,大多数银行经过多年的检测和整改,已针对现行防雷检测相关规范中的新要求进行了跟进,对各项防雷装置的设置和维护均达到了很好的效果,具备了较完善的雷电防护体系。而部分银行由于对雷电防护的重视程度不够而疏忽了一些部位的防护。

各银行之间横向对比可以看出,在取样的14家银行中有9家银行的检测结果良好,防雷设施并未出现明显疏漏:而其他5家银行中,最少的G银行、N银行有1项检测内容不满足规范要求,最多的K银行有4项检测内容不满足规范要求。根据不同检测内容进行总结显示,呼和浩特地区银行系统防雷装置主要出现的问题是等电位连接,统计结果中共有6处检测内容出现了不符合规范的情况,其中有较严重的未设置均压环情况,该情况会导致机房整体未形成有效的等电位连接体系,当雷击电磁脉冲来临时,此类机房将很难抵御电磁脉冲对弱电设备和电源系统的侵扰,从而导致银行受到严重的经济损失。其次出现频次较高的问题是SPD的设置和参数测试。在实际检测过程中发现,变压器后级和分配电处未设置SPD的情况较多,这种情况会使雷击电磁脉冲通过电源系统侵入机房内部,造成屏蔽失效。在SPD的实际测试中发现,SPD参数不合格现象较多,多数原因为SPD已达年限而劣化或已遭受过电压侵扰使得SPD脱离器脱扣而永久失效。直击雷防护方面,发现有接闪带断开的情况,同时按照规范要求,天线等大尺寸金属物已突出天面,为防止发生楼顶闪络,需进行防雷接地处理。

4结语

随着呼和浩特地区经济的快速发展,给各行业的生产和人民的工作生活安全保障提出了更大的挑战。每年一次的防雷安全检测,使呼和浩特地区银行系统的防雷水平稳步上升。结合防雷检测情况,可以使相关单位加强防雷安全意识,并有针对性地对各大银行防雷装置进行问题排查,从而更有效地保护银行和客户的财产,助力我区经济发展迈向更高水平。