防雷屏蔽在計(jì)算機(jī)房中的檢測(cè)方法

【摘 要】防雷工作保護(hù)的對(duì)象一般分為三種：建筑、設(shè)備和人。當(dāng)今世界，隨著網(wǎng)絡(luò)信息建設(shè)平均水平的不斷提高、精密設(shè)備的廣泛使用，與之相關(guān)的保護(hù)技術(shù)也日益提升，下文將簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防雷的必要性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的損害，及其相關(guān)檢測(cè)方法。

【關(guān)鍵詞】防雷屏蔽；計(jì)算機(jī)房；檢測(cè)方法

0.引言

我國(guó)信息化進(jìn)程飛速發(fā)展，信息系統(tǒng)不斷普及，網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)越來越被看重，但由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用的精密電子設(shè)備抗電壓電流的水平非常低，一旦被雷電侵入，設(shè)備必將受到重創(chuàng)。當(dāng)今世界，常常會(huì)出現(xiàn)因雷擊而造成網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)施的損壞，使信息傳輸遭到中斷、信息內(nèi)容受到損害的事故。

1.雷電產(chǎn)生的原理

強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)時(shí)，氣流在對(duì)流的過程中磨擦帶電形從而成帶電云，當(dāng)兩種不同電荷的云層不斷接近時(shí)，地面就會(huì)感應(yīng)出與之相反的電荷，這時(shí)帶電云層之間或與地面之間，就會(huì)形成非常強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)有帶電的粒子進(jìn)入時(shí)就會(huì)被這種電場(chǎng)加速，開始超高速的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的電子就會(huì)接著碰撞空氣分子，使其電離，在不斷重復(fù)后就會(huì)瞬間產(chǎn)生大量的帶電粒子，從而形成放電通道[1]。這一過程發(fā)生時(shí)，大量的粒子進(jìn)行相互碰撞，電場(chǎng)能先是變化成機(jī)械能，接著又被迅速的轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，產(chǎn)生出極高的溫度，氣體在高溫下急劇膨脹，同時(shí)產(chǎn)生爆炸聲，而閃電就是高溫的氣體向外發(fā)光的表現(xiàn)，雷電的那道耀眼的光就是粒子放電的路線。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防雷屏蔽系統(tǒng)的重要性

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的普及，現(xiàn)代建筑物不再是一個(gè)小范圍的信息圈，為了滿足人們頻繁交換信息的需要，建筑內(nèi)部與外界都得靠物理介質(zhì)來鏈接。因此，建立智能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為如今建筑的基本條件。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大都由脆弱精密的電子設(shè)備所構(gòu)成，特別在雷電的多發(fā)區(qū)，常會(huì)出現(xiàn)因雷電天氣的出現(xiàn)，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的干擾和破壞從而導(dǎo)致電子設(shè)施損壞。相對(duì)而言，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法安全運(yùn)行所帶來的損失總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其本身的價(jià)值，例如導(dǎo)致系統(tǒng)的中斷或癱瘓、重要信息的丟失，那么造成的損失更是難以估量[2]。

3.雷電對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的損害

根據(jù)多來科學(xué)家們對(duì)雷電研究得出的結(jié)論，雷電過電壓入侵電器設(shè)備的形式有兩種：直接雷和感應(yīng)雷。設(shè)備所處建筑或者相關(guān)的線路被雷電擊中經(jīng)過設(shè)備入地的叫做是直擊雷，當(dāng)建筑被這種雷電擊中時(shí)，會(huì)瞬間出現(xiàn)極高的電流，倘若此時(shí)電壓不能夠均勻的分布，就會(huì)導(dǎo)致局部的高電位的出現(xiàn)，從而對(duì)周邊的設(shè)施造成高電位的反擊，至此導(dǎo)致建筑被擊毀，設(shè)備受到損害，更有甚者會(huì)對(duì)人類安全造成一定的傷害；而另一種是通過雷電的電流而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，會(huì)經(jīng)由金屬導(dǎo)體的感應(yīng)產(chǎn)生出過電壓、過電流，在這一過程中形成的雷擊叫做感應(yīng)雷。感應(yīng)雷是電磁的感應(yīng)而產(chǎn)生，其經(jīng)過電力線路、信號(hào)饋線的侵入計(jì)算機(jī)，常常會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)施產(chǎn)生大面積的損害。

建筑物大多數(shù)都設(shè)有相關(guān)的防雷系統(tǒng)，它們可以對(duì)建筑內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一定的保護(hù)，因此直擊雷擊中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可能性較小，同時(shí)也由于相關(guān)防護(hù)設(shè)備較為昂貴，通常可不必安裝專門針對(duì)直擊雷的防護(hù)設(shè)施；感應(yīng)雷不僅僅由電磁感應(yīng)而出現(xiàn)，靜電感應(yīng)也可產(chǎn)生感應(yīng)雷，從而加大了建筑內(nèi)的電子設(shè)備遭受其電擊的可能性。因此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷工作中，其重中之重就是要防止感應(yīng)雷的侵入。

4.電磁場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)

4.1電磁場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2887和GB50174，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所在的機(jī)房?jī)?nèi)部的磁場(chǎng)干擾場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)該保持在小于等于800A/m的水平。

關(guān)于由電流元IΔs產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算公式為H=IΔs/4πr2，關(guān)于距直線導(dǎo)體r處的磁場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算公式為：H=I/2πr。其中1A/m就是自由空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度：1.26μT，T（特斯拉）為磁通密度的單位。

4.2磁場(chǎng)強(qiáng)度的劃分

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.9，可以按照表1中規(guī)定的等級(jí)開始脈沖磁場(chǎng)試驗(yàn)：

5.計(jì)算機(jī)防雷系統(tǒng)及檢測(cè)方法

計(jì)算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機(jī)房的屏蔽是專門針對(duì)感應(yīng)雷和雷擊電磁脈沖產(chǎn)生防護(hù)的必要步驟。屏蔽的程度可直接對(duì)系統(tǒng)的防雷水平造成影響，防雷儀器檢測(cè)可測(cè)試出其屏蔽水平。信息系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備磁場(chǎng)強(qiáng)度根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2887-2000中相關(guān)內(nèi)容需要室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的磁場(chǎng)干擾要保持在小于等于800A/m的水平[4]。若大樓內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機(jī)房和引線太過接近，造成內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度高于800A/m的時(shí)候，應(yīng)在周圍安裝六面體的金屬材質(zhì)屏蔽網(wǎng)格，計(jì)算機(jī)房的內(nèi)部形成相對(duì)防雷分區(qū)的LPZ2區(qū)，安裝的金屬屏蔽網(wǎng)格應(yīng)該保證機(jī)房?jī)?nèi)部磁場(chǎng)不超過800A/m的水平，并且盡可能讓這個(gè)值變低。常見針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機(jī)房防雷屏蔽水平測(cè)試相關(guān)方法有計(jì)算法、雷電流發(fā)生器法、浸入法、大環(huán)法，下面將逐個(gè)為大家介紹。

5.1屏蔽效率的計(jì)算法

屏蔽效率的衡量是指定模擬信號(hào)源放在屏蔽室之外時(shí)，它的接收裝置在室外和室內(nèi)保證同一距離條件下，接收到不同場(chǎng)強(qiáng)之比，可用SH=201g（H0/H1）來表示。（式中H0表示沒有屏蔽的磁場(chǎng)強(qiáng)度；H1表示有屏蔽的磁場(chǎng)強(qiáng)度；SH表示屏蔽效率，單位為dB）。

5.2雷電流發(fā)生器法

低電平的實(shí)驗(yàn)通常被用于雷電流發(fā)生器法實(shí)驗(yàn)中，在這些低電平的實(shí)驗(yàn)里模擬產(chǎn)生出的雷電流波形應(yīng)該同原始的波形表達(dá)一致。在相關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，雷擊會(huì)產(chǎn)生首次的雷擊電流if（10/350μs）和后續(xù)的雷擊電流is（0.25/100μs）。而磁感應(yīng)效應(yīng)是由磁場(chǎng)強(qiáng)度的上升時(shí)間所定，首次雷擊磁場(chǎng)強(qiáng)度Hf可以用其最大值Hf/max（25kHz）阻尼振蕩場(chǎng)和升至最大值的上升時(shí)間Tp/f（10μs、波頭時(shí)間）來表示。同樣后續(xù)雷擊磁場(chǎng)強(qiáng)度Hs可用Hs/max（1MHz）和Tp/s（0.25μs）來表示[5]。

5.3浸入法

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.9的相關(guān)文件里對(duì)開展脈沖磁場(chǎng)抗干擾程度的實(shí)驗(yàn)有規(guī)定：受試設(shè)備可以放于導(dǎo)體內(nèi)部，每當(dāng)有電流通過，就會(huì)在其包圍的空間里出現(xiàn)確定的磁場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)磁場(chǎng)的電流波形為6.4/16μs的電流脈沖。實(shí)驗(yàn)應(yīng)該從橫軸、豎軸、縱軸三個(gè)方向展開。但大多相關(guān)測(cè)試的設(shè)備體積和大空間的屏蔽體相比過于小，所以這個(gè)方法一般僅適用于小的設(shè)備實(shí)驗(yàn)時(shí)參照使用，其具體方法可見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.9。

5.4大環(huán)法

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12190相關(guān)文件中規(guī)定關(guān)于高性能屏蔽室效能檢測(cè)以及其相關(guān)計(jì)算方法，適合對(duì)長(zhǎng)度在1.5～15.0m之間的長(zhǎng)方形室，大多是使用常規(guī)設(shè)施在并非理想條件下進(jìn)行當(dāng)場(chǎng)檢測(cè)。相關(guān)應(yīng)注意的事項(xiàng)如下：

（1）在測(cè)試開始之前，需要將屏蔽室內(nèi)所有金屬包括帶有金屬的設(shè)施全部撤離現(xiàn)場(chǎng)。

（2）測(cè)試時(shí)，室內(nèi)的電纜、電源等都應(yīng)按照日常的位置擺放。

大環(huán)法大致介紹如下：

（1）屏蔽室的墻壁可接近時(shí)，將磁場(chǎng)源放置室外，并傳送到可以靠近的壁面，沿著壁邊放置發(fā)射環(huán)，環(huán)的平面應(yīng)與其平行，間距需保持在小于等于25cm的水平，橡膠吸力杯可使其固定。

（2）通用輸出的變壓器、常閉按紐式開關(guān)、超低頻振蕩器和熱電偶電流表構(gòu)成磁場(chǎng)源。

（3）室內(nèi)應(yīng)放有檢測(cè)環(huán)，衰減器等相關(guān)儀器，且檢測(cè)環(huán)應(yīng)選用半徑在150mm大小[6]。

6.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于計(jì)算機(jī)房網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)屏蔽的目的是要防御和降低雷電感應(yīng)對(duì)電子設(shè)備的損害，從而降低相關(guān)自然災(zāi)害對(duì)現(xiàn)代社會(huì)造成的損失。計(jì)算機(jī)房網(wǎng)絡(luò)屏蔽效果直接決定了當(dāng)雷電出現(xiàn)時(shí)電子設(shè)備是否可以正常運(yùn)行。所以，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機(jī)房的屏蔽測(cè)試是針對(duì)潛在危險(xiǎn)的防御工程。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丘志彪.探討計(jì)算機(jī)房防雷屏蔽的檢測(cè)方法[J].氣象研究與應(yīng)用，2012，01：87-89.

[2]楊堅(jiān).計(jì)算機(jī)機(jī)房雷電感應(yīng)危害計(jì)算分析及防護(hù)措施研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2007.

[3]謝海華.現(xiàn)代建筑內(nèi)的電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)[D].南京信息工程大學(xué)，2006.

[4]張霞.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)可靠性研究[D].首都師范大學(xué)，2007.

[5]張志華.計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)[J].智能建筑，2007，12：40-43.

[6]過莉.計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備防雷技術(shù)綜述[J].電機(jī)電器技術(shù)，2003，03：17-19.