淺談計算機機房網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的防雷設(shè)計

李尚級

1 雷擊的種類

雷擊一般分為直擊雷和感應(yīng)雷擊。

1)直擊雷是指雷電直接擊在建筑物、構(gòu)架、樹木、動植物上，由于電效應(yīng)、熱效應(yīng)等混合力作用，直接摧毀建筑物、構(gòu)架以及引起人員傷亡等。2)感應(yīng)雷是指雷云之間或雷云對地之間的放電而在附近的架空及埋地線路、金屬管線或類似傳導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓通過傳導(dǎo)體送至設(shè)備，間接摧毀微電子設(shè)備，感應(yīng)雷擊對微電子設(shè)備，特別是通訊設(shè)備和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害最大，據(jù)資料顯示，微電子設(shè)備遭雷擊損壞，80%以上是由感應(yīng)雷擊引起的，因此進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)感應(yīng)雷的防護顯得尤為重要。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)感應(yīng)雷入侵途徑

感應(yīng)雷由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，形成感應(yīng)雷電壓的幾率很高，對建筑物內(nèi)的低壓電子設(shè)備造成較大的威脅，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷工作重點是防止感應(yīng)雷入侵。入侵計算機系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑:

1)由交流電源供電線路入侵。

計算機系統(tǒng)的電源由室外架空電力線路輸入室內(nèi)，架空電力線路可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷;直擊雷擊中高壓電力線路，經(jīng)過變壓器耦合到 380V低壓側(cè)，入侵計算機供電設(shè)備;另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)出雷電過電壓。在220V電源線上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達(dá)10 000 V，對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可造成毀滅性打擊。

2)由計算機通信線路入侵。

由計算機通信線路入侵分為三種情況。情況一:當(dāng)?shù)孛嫱钩鑫镌庵睋衾状驌魰r，強雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進(jìn)而擊穿外皮，使高壓入侵線路。情況二:雷云對地面放電時，在線路上感應(yīng)出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電氣設(shè)備，通過設(shè)備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。情況三:若通過一條多芯電纜連接不同來源的導(dǎo)線或者多條電纜平行鋪設(shè)時，當(dāng)某一導(dǎo)線被雷電擊中時，會在相鄰的導(dǎo)線感應(yīng)出過電壓，擊壞低壓電子設(shè)備。

3)地電位反擊電壓通過接地體入侵。

雷擊時強大的雷電流經(jīng)過引下線和接地體泄入大地，在接地體附近放射型的電位分布，若有連接電子設(shè)備的其他接地體靠近時，即產(chǎn)生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達(dá)數(shù)萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地，在附近空間產(chǎn)生強大的電磁場變化，會在相鄰的導(dǎo)線(包括電源線和信號線)上感應(yīng)出雷電過電壓，因此建筑物避雷系統(tǒng)不但不能保護計算機系統(tǒng)，反而可能引入了雷電流。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備的集成電路芯片耐壓能力很弱，通常在100V以下，因此必須建立多層次的計算機防雷保護系統(tǒng)，層層防護，確保計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全。

3 防止網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)雷擊的解決方案

1)屏蔽:屏蔽措施可以屏蔽掉相當(dāng)部分沿空間傳播的感應(yīng)電磁脈沖，這一措施需要建筑物在建設(shè)初期體現(xiàn)。有兩種方法:第一種是對傳輸線屏蔽。對各種金屬傳輸線的屏蔽層、外金屬管套做好接地;對暴露于室外的非屏蔽層金屬線纜，尤其是架空敷設(shè)的線纜應(yīng)穿金屬管敷設(shè)，并對金屬管進(jìn)行接地。第二種是使建筑物形成屏蔽網(wǎng)。將建筑物的主鋼筋網(wǎng)焊接連通，并與建筑物防雷接地的地網(wǎng)相連接，以形成屏蔽網(wǎng)。如果建筑物鋼筋的數(shù)量較少或鋼筋分布難以形成網(wǎng)狀，則可考慮在數(shù)據(jù)機房的各個建筑面上安裝屏蔽并與設(shè)備保護地的地網(wǎng)相連接。屏蔽網(wǎng)不僅可以防御感應(yīng)雷，而且還可以防止外界其他電磁干擾。值得注意的是，室內(nèi)金屬門窗應(yīng)與屏蔽連通。

2)對于雷電磁場的影響，主要是直擊雷擊中機房大樓時，雷電流在建筑物的內(nèi)部分布直接影響到計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備，特別是對電磁干擾敏感的計算機及網(wǎng)絡(luò)通信終端設(shè)備。合理選擇機房的位置及機房內(nèi)設(shè)備的合理布局可有效的減少雷害。

3)信號系統(tǒng)防雷。由于與信號傳輸線相連的設(shè)備接口的工作電壓較低，而且耐壓水平也很低，這些設(shè)備對于由信號傳輸線引入的感應(yīng)雷電波特別敏感，極易受到損壞。因此，非常有必要在設(shè)備的信號接口處安裝具有抗過電壓保護能力、工頻過電流保護功能及響應(yīng)速度快、防雷性能優(yōu)越的信號防雷設(shè)備。值得一提的是，連接各樓宇的光纜內(nèi)的金屬加強芯應(yīng)進(jìn)行等電位接地處理，避免雷電通過光纜內(nèi)的鋼絲傳導(dǎo)進(jìn)機房。信號系統(tǒng)的防雷根據(jù)GB 50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范要求，應(yīng)針對信號線路的種類、工作電壓、線路屏蔽情況以及傳輸速率等條件選擇相應(yīng)的浪涌保護器，保護線路及傳輸設(shè)備的安全，一般在機房使用過程中根據(jù)設(shè)備的投入使用情況不斷完善。

4)均壓和等電位接地。均壓和等電位連接是防止地電位反擊的有效方法。在建筑物的一定范圍內(nèi)把進(jìn)入建筑物的各種金屬管道和線纜的屏蔽層做成等電位連接，形成一個封閉的均壓環(huán)，以消除可能存在的破壞力極強的電位差。常用的接地方式有共用接地、獨立接地和混合接地三種。根據(jù) GB 50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范、GB 50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范要求，計算機機房的接地系統(tǒng)推薦采用共用接地方式，即把建筑物防雷地、設(shè)備保護地、交流工作地、直流工作地連在一起(優(yōu)先使用建筑物自然接地，即建筑物基礎(chǔ)接地)，建立等電位系統(tǒng)，以避免各地網(wǎng)間的電位差對設(shè)備進(jìn)行反擊。機房內(nèi)的電磁波會感應(yīng)金屬導(dǎo)體，使空氣中的懸浮塵粒導(dǎo)電而產(chǎn)生靜電，同時，帶電的懸浮塵粒會附著在設(shè)備外殼等不帶電金屬構(gòu)件上。當(dāng)設(shè)備外殼上不同電荷的靜電積累達(dá)到一定的極限時，正負(fù)電荷就會放電產(chǎn)生幾千伏以上的電壓，極易造成設(shè)備的損壞或設(shè)備運行不正常。為避免這種現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)在機房內(nèi)安裝高級全鋼抗靜電地板，還應(yīng)在周圍墻上設(shè)置由銅排或銅網(wǎng)組成的均壓帶(環(huán))，將機房內(nèi)金屬機柜、金屬橋架、機柜、光纜金屬加強芯、抗靜電地板龍骨等不帶電金屬構(gòu)件與均壓帶(環(huán))就近連接，保證靜電能順利的泄入大地。均壓等電位接地應(yīng)在機房建設(shè)時實現(xiàn)，后期機房設(shè)備、機柜等到位投入使用后，施工難度相對較大。

4 結(jié)語

計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對雷電過壓的防護要求比較高，對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行防雷設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)機房所在的地理環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，經(jīng)過合理的雷電風(fēng)險分析，針對雷害入侵機房設(shè)備的主要來源，進(jìn)行整體防護，并根據(jù)現(xiàn)有的一些成熟的防雷技術(shù)經(jīng)驗，采取經(jīng)濟有效的防護措施，保障計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

[1] 張小青，丘 鷹.電子設(shè)備電源的防雷保護裝置[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1998(11):25-26.

[2] GB 50343-2004，建筑物電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50174-93，電子計算機機房設(shè)計規(guī)范[S].

[4] GB 50057-94，建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].

[5] 杜丹俠.淺談熱力站的防雷和接地系統(tǒng)設(shè)計[J].山西建筑，2010，36(7):168-169.