校區(qū)建設(shè)中計算機設(shè)備的雷擊防護研究

劉銀漢

連云港師范高等?？茖W(xué)校 江蘇連云港 222001

校區(qū)建設(shè)中計算機設(shè)備的雷擊防護研究

劉銀漢

連云港師范高等?？茖W(xué)校 江蘇連云港 222001

隨著教學(xué)條件的改善，計算機在學(xué)校中得到廣泛應(yīng)用，然而，計算機設(shè)備抗雷電的能力差，極易遭受雷電的危害，為較好地維護機房設(shè)備的安全可靠運行，必須加強學(xué)校機房的防雷措施，最大限度地抑制雷擊對機房設(shè)備的傷害。

學(xué)校機房；計算機設(shè)備；雷擊防護

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，計算機設(shè)備因其集成度高、工作電壓低、運算速度快，其耐過電壓、過電流和抗雷電電磁脈沖(Lightning Electro Magnetic Pulse，LEMP)的能力差，極易遭受雷電的危害，特別是雷電電磁脈沖造成的損害更為嚴重。因此，國際電工委員會(IEC)將雷電災(zāi)害稱為“信息時代的公害”。因此加強電子設(shè)備的雷擊防護已成為當(dāng)務(wù)之急，人們?yōu)榱讼@一公害進行了深入的理論研究和廣泛的實踐探索。

1 對電子設(shè)備雷擊危害的主要形式

1.1 直擊雷

帶電云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛放電現(xiàn)象稱為直擊雷，一般防直擊雷是通過接閃器(即避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng))下引線與大地構(gòu)成電氣通路，將雷電流泄放入大地，保護建筑物本身免受直擊雷的損害，建筑物受到保護，但雷電會透過多種途徑破壞內(nèi)部的電子設(shè)備。

1.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，發(fā)生閃擊時，在附近的信號線路，電力線和設(shè)備間連接線路中產(chǎn)生感應(yīng)高電壓并侵入電子設(shè)備，使串聯(lián)在線路中的電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的概率比直擊雷高得多。

1.3 地電位反擊

地電位反擊是指雷擊大地或接地體，引起地電位上升而對附近的電子設(shè)備形成的損壞。

2 計算機房雷擊防范的特點

近十幾年來，隨著社會需求的拉動和理論探索的深入，防雷技術(shù)有了較大地發(fā)展。防雷是在閃電通道和避雷針泄流通道及其周圍整個三維空間內(nèi)對雷電的全面防護，這是一個全新的思維。不但要防直擊雷，更重要的是防感應(yīng)雷(雷電電磁脈沖)。對于計算機房這種電子設(shè)備集中放置區(qū)域更應(yīng)采取嚴密的防范措施。應(yīng)以“整體設(shè)計、綜合治理、系統(tǒng)實施”為原則進行全面防御。不能認為建筑上只要安裝了避雷針，就能完全避免雷擊，電腦、通訊設(shè)備等不用再保護。建筑物的防雷器只是對直擊雷接閃，保護建筑物不被直擊雷損壞，而不能保護建筑物內(nèi)部的電子電器設(shè)備免遭感應(yīng)雷損壞。雷電感應(yīng)和雷電波侵入也能帶來危害。打雷致電子計算機及其他信息設(shè)備損壞的主要原因是雷電感應(yīng)電壓造成的，它可以通過各種信號引線，如上網(wǎng)線，把感應(yīng)電壓引入設(shè)備內(nèi)部，破壞其芯片和接口。也不能認為安裝了一級防雷器就不用再安裝其他防雷設(shè)備了。電腦設(shè)備等精密電子電器，大部分都是采用大規(guī)模集成電路芯片，抗干擾能力有一定的限制。要徹底保護設(shè)備的安全，應(yīng)該采用多級防護。

3 雷擊防護的主要方法

計算機房防雷主要由外部防雷系統(tǒng)和內(nèi)部防雷系統(tǒng)兩部分組成。

3.1 外部防雷

外部防雷包括空氣截雷系統(tǒng)即避雷針、引下線或接地系統(tǒng)，外部防雷系統(tǒng)最好在建筑物設(shè)計、建筑施工階段實施，以便利用建筑物自身的金屬構(gòu)件達到經(jīng)濟實用的防雷目的。其保護原理是：當(dāng)雷云放電接近地面時，它使地面電場發(fā)生畸變，在避雷針頂部形成局部電場強度畸變，以影響雷電放電的方向，引導(dǎo)雷電向避雷針放電，再通過接地裝置，將雷電流引入大地，從而使被保護物免受雷擊。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求，重要計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機房所在大樓一般都按要求建設(shè)有防雷設(shè)施，如大樓天面的避雷網(wǎng)(帶)、避雷針或混合組成的接閃器等，這些接閃器通過大樓立柱基礎(chǔ)的主鋼筋，將強大的雷電流引入大地，形成較好的建筑物防雷設(shè)施。計算機系統(tǒng)設(shè)置在建筑物內(nèi)，受建筑物防雷系統(tǒng)保護，直擊雷直接擊中計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可能性就大大減少。

3.2 內(nèi)部防雷

內(nèi)部防雷是計算機機房防雷的重中之重，主要是對建筑物內(nèi)易受過電壓破壞的設(shè)備，如計算機及其通信口、數(shù)據(jù)傳輸線及空調(diào)機等電子設(shè)備加裝過電壓保護裝置，在設(shè)備受到過電壓侵襲時，保護裝置能快速動作將能量泄放，從而保護設(shè)備不受損壞。感應(yīng)雷侵入機房及計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的途徑主要有3個：于交流380V、220V的電源線進入，信號傳輸通道引入，地電位反擊等。為了確保機房設(shè)備及電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，以及保障機房工作人員有安全工作環(huán)境，具體防雷也要從3個方面采取措施：

(1)電源部分的防雷，電源系統(tǒng)的防雷主要是防雷電感應(yīng)和傳導(dǎo)電波的侵入，其主要目的是釋放高電壓，降低殘壓，避免對用電設(shè)備和人身造成危害，計算機機房配電系統(tǒng)一般采用三相五線的供電制式，由于電力線采用戶外線路直接引入為計算機信息系統(tǒng)提供有效的能源支持，故電力線是重要的引雷途徑。因此，要求屏蔽埋地引入。為了進行有效的防護，按照國家及國際標(biāo)準(zhǔn)，需在計算機機房電源輸入端實施三級保護。電源防護即總電源處采用第一級防護，第一級應(yīng)安裝能夠抵御直接雷擊(10/350μS)的電涌保護器(SPD)，沖擊電流值不應(yīng)小于50KA，樓層電源處采用第二級防護，配置箱式電涌保護器(SPD)，沖擊電流值不應(yīng)小于30KA，作為第二級防雷保護，對殘余部分感應(yīng)雷電進行吸收，預(yù)防感應(yīng)雷擊或操作過電壓。在機房內(nèi)部計算機用電設(shè)備前采用第三級防護，實行終端感應(yīng)雷電(8/20μS)保護，使用20KA的電涌保護器(SPD)。在UPS輸出分電柜內(nèi)，也安裝20KA(8/20μS)的SPD。對殘余的雷電雜波及其他操作過電壓、容性負載感性負載引起的浪涌過電壓，實施進一步吸收，在條件允許的情況下，應(yīng)使三級防雷器件之間拉開一定的直線距離，利用電力線上的自由電感、自由電阻進行級級解偶，以達到級級保護器的響應(yīng)時間相配合，實現(xiàn)真正的多級保護。三級保護完成后，能夠為計算機信息系統(tǒng)設(shè)備的電源輸入端提供安全、可靠的用電環(huán)境。

(2)網(wǎng)絡(luò)信號部分的防護，主要考慮的是電話線路、網(wǎng)絡(luò)專線系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，由于信號傳輸部分的設(shè)備工作速率高，集成電路元件單元密度大精度高，承受過電壓的能力比較弱，容易受雷電和過電壓的襲擊，造成設(shè)備的嚴重損害。采用的主要防護措施：在所有信息系統(tǒng)進入機房大樓的電纜內(nèi)芯線端對地加裝避雷器。如條件允許，最好作精細的多級保護，在外線接口處采用第一級防護，交換機路由器處采用第二級防護，終端設(shè)備處采用第三級防護。防雷的安全性與采用的防雷級數(shù)成正比，因此多一級防雷裝置，防雷效果更安全更可靠。

(3)接地處理，在計算機房的建設(shè)中，一定要有一個良好的接地系統(tǒng)，接地是分流和泄放直擊雷和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一，也是電位均衡補償系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目的是使雷電流通過低阻抗接地系統(tǒng)向大地泄放，從而保護建筑物、人員和設(shè)備的安全。由于雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，造成巨大的電磁場，對計算機中心及相關(guān)設(shè)備具有極大的破壞作用，沒有良好的接地系統(tǒng)或者接地不良的避雷設(shè)施會成為引雷入室的禍患；避雷裝置接地不好，還提供了雷電電磁脈沖對電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生電感性、電容性耦合干擾的機會。另外還有防靜電問題都需要通過良好的接地系統(tǒng)來解決。

計算機機房地線連接有兩大類：獨立地線和共用地線。但從防雷角度來看，必須使用共地，目的是減少雷電的高壓反擊。但由于計算機對用電環(huán)境要求非?？量?，如果強行機械地把機房直流地、靜電地、保護地、交流地、防雷地等統(tǒng)統(tǒng)連接在一起，就會發(fā)現(xiàn)：服務(wù)器無法正常工作；局域網(wǎng)速度較慢，硬件設(shè)備頻繁燒毀。主要原因是由于系統(tǒng)的用電環(huán)境不好，三相嚴重不平衡，零地混接，導(dǎo)致地線電流過大，造成零地電壓升高。

近年來，很多國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)不主張信息設(shè)備采用獨立的接地裝置，推薦采用共用接地系統(tǒng)。例如，GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中明確指出：“每幢建筑物本身應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)”，即將建筑物內(nèi)的各種接地都統(tǒng)一接到建筑物的基礎(chǔ)上或室外的接地裝置上。當(dāng)該建筑物遭受雷擊時，電力系統(tǒng)的電壓和電子設(shè)備工作接地的電壓同時上升，保持了設(shè)備的工作電壓不變，使微電子設(shè)備在雷擊時可正常工作。根據(jù)新的規(guī)范，機房所在的整個樓房建筑體的接地應(yīng)按均壓等電位原則設(shè)計，即電子設(shè)備的工作接地、保護接地(包括屏蔽接地和建筑物防雷接地)共同合用一組接地體的聯(lián)合接地方式，共地的基本目的是希望達到等電位，徹底防止各地電位之間的反擊，但如果強行等電位，必將造成不良的后果。采用電壓瞬間導(dǎo)通的SPD元件，實現(xiàn)雷電來臨時達到瞬態(tài)共地。就是在幾種地之間，串聯(lián)瞬間導(dǎo)通的SPD。當(dāng)雷電來臨，機房各種地線在同一電壓界面上，防雷器件與被保護的機房設(shè)備全面等電位，抵御雷電的高壓反擊對設(shè)備的破壞。采取等電位連接，把所有導(dǎo)體相互做良好的導(dǎo)電性連接，并與接地系統(tǒng)連通。其中非帶電導(dǎo)體直接用導(dǎo)線連接，帶電導(dǎo)體通過避雷器連接。其本質(zhì)是由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線、等電位連接器(即避雷器、地線隔離器)和所有導(dǎo)體組成一個電位補償系統(tǒng)。該電位補償系統(tǒng)的作用，一是為雷電流提供低阻抗的連續(xù)通道，使其迅速導(dǎo)入大地泄放。二是使系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差。即在瞬態(tài)現(xiàn)象存在的極短時間里，通過這個電位補償系統(tǒng)可以迅速地在被保護系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)的所有導(dǎo)電部件之間建立起等電位區(qū)域。這個區(qū)域相對于外界可能存在著較高的電位差。但在需要保護的系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)部，所有導(dǎo)電部件之間不存在顯著的電位差，從而達到保護設(shè)備和人身安全的目的。

4 結(jié)束語

防雷是一個系統(tǒng)工程，任何單一措施的防護作用都是不全面的。特別是計算機房這樣電子設(shè)備較集中的場所，要依據(jù)國家和有關(guān)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從宏觀到微觀、從內(nèi)部防雷到外部防雷、從強電到弱電綜合考慮，對避雷針、地線、均壓接地網(wǎng)絡(luò)，以及雷電過電壓容易侵入的通道有針對性地采取相應(yīng)的技術(shù)措施，進行綜合治理。才能確保學(xué)校計算機設(shè)備安度雷雨天氣，穩(wěn)定運行。

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Defend the lightning strike measure with computer building of the school

Liu Yinhan
Lianyungang teachers college, Lianyungang, 222001, China

Along with the conditional improvement of teaching, the computer is at school in get the extensive application, however, the ability of the computer equipments prevent lightning strike is bad, suffering the attack of the lightning strike easily. For supporting the computer building equipments bitterly, make it safe and dependable movement, we must strengthen the computer building of the school to defend the lightning strike measure building equipments.

computer building of the school; computer equipments; defend the lightning strike measure

2010-12-03 稿件編號：1012027

劉銀漢，本科，副教授。