淺談?dòng)?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：雷電襲擊具有破壞性強(qiáng)及難預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房的安全有著比較嚴(yán)重的影響，本文主要就計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)展開相關(guān)論述。

關(guān)鍵詞：計(jì)算網(wǎng)絡(luò)；防雷系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393.08

近幾年來，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中受雷電襲擊的情況越來越多，根據(jù)相關(guān)資料及調(diào)查可知，目前許多單位建筑物所安裝的避雷帶及避雷針都符合防雷的相關(guān)要求，但是當(dāng)雷電通過通信系統(tǒng)及電源系統(tǒng)時(shí)，就會(huì)比較容易對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成破壞。針對(duì)這個(gè)問題，本文主要圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作以下相關(guān)分析。

1 雷電入侵計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要途徑

1.1 直擊雷

即雷電對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生直接閃擊，這給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所帶來的危害是比較強(qiáng)烈的，但是發(fā)生的概率較小。

1.2 雷電感應(yīng)

即直擊雷在放電過程中，最大的脈沖電流會(huì)對(duì)金屬物及其周圍導(dǎo)線產(chǎn)生電磁感應(yīng)高電壓，從而對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成閃擊性的危害。

1.3 雷電波侵入

即直擊雷或電磁感應(yīng)高電壓閃擊時(shí)所產(chǎn)生的雷電高電壓，其主要通過無(wú)線電天線、輸電線及通訊電纜等金屬線進(jìn)入建筑物，從而對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生閃擊并造成雷擊傷害[1]。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 雷電防護(hù)的原則

目前，雷電防護(hù)主要包括以下原則：等電位連接、接地、分流、屏蔽、躲開、保護(hù)、傳導(dǎo)。綜合防雷系統(tǒng)指的是面向電磁兼容，包括內(nèi)部防雷（防感應(yīng)雷）、外部防雷（防直擊雷）、采取等電位連接、共地、屏蔽、分區(qū)分級(jí)分設(shè)備的SPD保護(hù)以及合理布線等的綜合技術(shù)。

2.2 接地系統(tǒng)

（1）建立閉合電容性地網(wǎng)系統(tǒng)。使用星型的接地結(jié)構(gòu)對(duì)雷電沖擊脈沖波有一定的感性效果，且有較明顯的阻抗作用，因此對(duì)雷電流入地產(chǎn)生一定的阻擋作用。通常把星型感性地線簡(jiǎn)化為一根直導(dǎo)線，根據(jù)物理學(xué)的相關(guān)原理可知，電磁場(chǎng)中一根直導(dǎo)線所包括的電感L和電容C是：

式中，表示導(dǎo)磁系數(shù)，表示介電常數(shù)，r表示導(dǎo)線半徑，表示介電常數(shù)，h表示離地高度。

導(dǎo)線阻抗為：

即Z=R+jωL

式中，j表示復(fù)變量，ω表示角頻率，C表示電容量。由上式可知，感抗是線路阻抗中的重要組成部分。當(dāng)星型地線中的接地電阻受到雷擊時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生較大的感抗，此時(shí)電流無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)入地，從而使高過壓得以形成，進(jìn)而對(duì)周圍物體產(chǎn)生損害。因此，可使用若干個(gè)方形、環(huán)形及不規(guī)則的閉合電容性環(huán)路地網(wǎng)，以使雷擊的瞬間所形成的大電流能夠進(jìn)入到地下，從而防止雷直擊對(duì)地面上的物體產(chǎn)生危害。

（2）構(gòu)建閉合綜合型的接地系統(tǒng)。即把金屬管線、保護(hù)接地線、防雷接地線、以及工作接地線等組合成一個(gè)閉合綜合型的接地系統(tǒng)，由電磁感應(yīng)理論可知，當(dāng)被保護(hù)區(qū)內(nèi)的管線及金屬導(dǎo)線中有感應(yīng)雷電流或直擊雷經(jīng)過時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這樣的電位：

式中，R表示接閃器下引線的接地體電阻，L表示它的長(zhǎng)度，L0表示它的單位長(zhǎng)度電感，i表示流過該物體的電流。根據(jù)上式可知，當(dāng)雷電放電時(shí)，電磁輻射會(huì)在周圍導(dǎo)體的回路上產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，此電壓在導(dǎo)體開環(huán)所在位置可導(dǎo)致空氣對(duì)放電產(chǎn)生擊穿作用，因此，為了使金屬管網(wǎng)、導(dǎo)線、地線網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施能在雷擊時(shí)形成均壓等電位，必須把保護(hù)接地線、防雷接地線及工作接地線都連接到同一個(gè)閉合綜合型接地網(wǎng)中[2]。此外，當(dāng)出現(xiàn)雷電流時(shí)，閉合電容性地網(wǎng)還能為其提供低阻抗的連續(xù)通道，從而使之以較快速度疏散入地，進(jìn)而可使電子設(shè)備及相關(guān)人員的安全都能得到一定保證。

2.3 中心機(jī)房屏蔽處理

根據(jù)電磁屏蔽原理，在所要防護(hù)的機(jī)房?jī)?nèi)內(nèi)部六面都安裝上金屬屏蔽網(wǎng)，吊頂天花使用金屬屏蔽天花，地板使用全鋼防靜電地板，以形成法拉第籠，把接地體和該屏蔽網(wǎng)進(jìn)行電氣連接，使用金屬編織網(wǎng)的外導(dǎo)體火外套金屬管狀代替進(jìn)入被屏蔽機(jī)房?jī)?nèi)的信號(hào)傳輸線及電源線，然后把它們和地網(wǎng)進(jìn)行連接并屏蔽。機(jī)房?jī)?nèi)使用金屬門窗，從而使防雷擊達(dá)到更好的效果。

2.4 建筑物防雷

建筑物防雷裝置主要由接地體、接閃器和引下線等共同組成。其中，接閃器主要由安裝在建筑物上的避雷針及避雷網(wǎng)（帶）等組成，通過主動(dòng)式提前在強(qiáng)雷區(qū)中放電避雷針，可使避雷效果得到一定加強(qiáng)。對(duì)接地體進(jìn)行埋設(shè)時(shí)，應(yīng)圍繞建筑物四周把之敷設(shè)成閉合的環(huán)形地網(wǎng)，以使之在雷擊時(shí)能夠向外輻射，從而使接地電阻得到一定降低，挖地溝深度通常為0.6～1.5m。使用鍍鋅角鋼作為垂直接地體，并把長(zhǎng)度設(shè)為2～3 m，厚度設(shè)為4～6mm；水平接地體通常使用鍍鋅扁鋼，且截面積應(yīng)為100mm2～120mm2，厚度應(yīng)為4～6mm。用于防雷的引下線通常在兩條以上，使用較多的引下線且其間距較小時(shí)，每條引下線中所經(jīng)過的雷電流就會(huì)有所減少，因此反擊的危險(xiǎn)系數(shù)也會(huì)有所降低。沿著最短接地路徑來敷設(shè)引下線，并使之和建筑物內(nèi)部的金屬部件及電路保存一定距離。需注意的是，應(yīng)使接地體、接閃器和引下線的焊接保持飽滿，并對(duì)之進(jìn)行防腐處理，為了避免建筑物外部及其外部設(shè)備受到直擊雷的危害，應(yīng)使它們的敷設(shè)距離在接閃器的保護(hù)半徑以內(nèi)。

2.5 電位處理和設(shè)備安全的距離

在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較密集的地方，應(yīng)沿著墻根鋪設(shè)均壓帶，而室內(nèi)則使用75mm2（25×3mm）的紫銅作為均壓帶，沿著墻把紫銅環(huán)繞一周，然后根據(jù)防護(hù)等級(jí)的相關(guān)規(guī)范使之形成閉合的網(wǎng)格狀態(tài)，并把網(wǎng)格面積設(shè)為3×3m左右，然后把它們和接地匯流排進(jìn)行密切連接。使用多股6mm2銅芯線把其他電氣設(shè)備的機(jī)柜、外殼及門窗、金屬天花板、防靜電地板金屬支腳等和室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行均壓連接。通過等電位的連接方式，室內(nèi)設(shè)備、金屬導(dǎo)體之間的電位差就會(huì)得到有效消除，從而會(huì)使室內(nèi)形成一個(gè)等電位的屏蔽整體，這樣就能在一定程度上避免雷電電磁脈沖對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損害作用。需注意的是，在實(shí)際工程中，應(yīng)使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和外墻的及引下線保持1～1.5m的距離。相關(guān)研究認(rèn)為，當(dāng)機(jī)房中產(chǎn)生800A/m的電磁場(chǎng)時(shí)，設(shè)備就會(huì)受到一定的損壞作用，因此，為了保證設(shè)備的安全，必須把把機(jī)房中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度控制在800A/m以內(nèi)。

2.6 綜合布線系統(tǒng)的防雷措施

當(dāng)磁力線中出現(xiàn)感應(yīng)高壓時(shí)，通常會(huì)較容易出現(xiàn)雷擊感應(yīng)現(xiàn)象，此時(shí)就會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生一定損害。此時(shí)，為了把感應(yīng)雷擊所帶來的破壞降低到一定程度，應(yīng)采取相應(yīng)措施對(duì)傳輸線路進(jìn)行有效屏蔽。因此，應(yīng)使主機(jī)房及分配線間的通信線路和電源線路都穿上金屬管，并使金屬管中的線路保持貫通，以使兩端和接地系統(tǒng)都能得到較好的連接，從而起到更好的屏蔽效果[3]。對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的防雷系統(tǒng)而言，布線合理時(shí)才能對(duì)雷電電磁脈沖起到更好的阻擋效果，建筑物的屏蔽網(wǎng)和引下線通常位于外墻，當(dāng)接地裝置中有雷電經(jīng)過時(shí)，外墻處就會(huì)有強(qiáng)磁場(chǎng)形成，因此，應(yīng)把信號(hào)主線路和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電源設(shè)在建筑物的中心或使它們和外墻保持一定距離。綜合布線系統(tǒng)主要包括建筑群子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)、工作區(qū)子系統(tǒng)及管理區(qū)子系統(tǒng)，他們的防護(hù)措施主要為：（1）建筑群子系統(tǒng)：使用光纜連接建筑物之間的傳輸線。（2）水平子系統(tǒng)：在同一樓層上布置，一端和層配線間的跳線架連接，一端和信息插座連接，把連接管理子系統(tǒng)至工作區(qū)的電纜敷設(shè)在金屬管內(nèi)或金屬橋架上。（3）工作區(qū)子系統(tǒng)：此系統(tǒng)主要由工作區(qū)內(nèi)終端設(shè)備連接到RJ45信息插座間的設(shè)備共同組成，因此，不需安裝防雷方面的設(shè)施。（4）管理區(qū)子系統(tǒng)：放置水平和主干布線系統(tǒng)的機(jī)械終端及交換線路等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，然后把信號(hào)防雷器安裝在機(jī)柜中。

3 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)雷電過壓的防護(hù)有較高要求，因此，在實(shí)際中，必須結(jié)合機(jī)房的具體情況對(duì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的防雷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文主要就計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)作了相關(guān)分析，以此為相關(guān)研究提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]周曉東.計(jì)算機(jī)房防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息（上半月），2012（1）.

[3]馬國(guó)譯.通信機(jī)房防雷技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2011（13）：121-124.