通信機(jī)房弱電設(shè)備雷電感應(yīng)危害分析及防護(hù)措施

趙紅霞 孫琛

【摘要】 為了對(duì)通信機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等弱電電子設(shè)備采取有效實(shí)用的防雷保護(hù)措施，保障機(jī)房系統(tǒng)正常安全運(yùn)行，減小雷電感應(yīng)對(duì)電子設(shè)備的影響，分析雷電感應(yīng)的危害原理及危害途徑。進(jìn)一步對(duì)電子設(shè)備保護(hù)裝置的選擇、使用以及屏蔽、等電位連接、防雷接地和綜合布線等方面的防雷保護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析和研究。

【關(guān)鍵詞】 通信機(jī)房 雷電感應(yīng)的危害 防范

雷電作為常見的自然現(xiàn)象所伴隨的強(qiáng)大的感應(yīng)電磁場(chǎng)以及在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓，時(shí)刻威脅著通信機(jī)房?jī)?nèi)電子設(shè)備的正常工作，保護(hù)通信機(jī)房信息系統(tǒng)安全，是擺在我們面前的當(dāng)務(wù)之急。

一、雷電的危害形式

雷電的危害形式分為三類：直擊雷、雷電感應(yīng)（雷電電磁脈沖）及雷電過電壓波侵入。

1.1直擊雷

雷電直接擊中地面建筑物，然后經(jīng)接地裝置泄放入地。如果沒有適當(dāng)?shù)男沽魍緩?，雷電流的能量以極高的溫度、極大的熱量、強(qiáng)力沖擊波、極大的電動(dòng)力對(duì)建筑物或其頂部的其它設(shè)施造成嚴(yán)重?fù)p害。

1.2雷電感應(yīng)

從雷暴云的形成到發(fā)生閃電的整個(gè)過程中，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)三種物理現(xiàn)象：靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)以及電磁波輻射。在發(fā)生雷擊過程中，雷電通道形成強(qiáng)大的雷電流并在其空間產(chǎn)生的雷擊電磁脈沖會(huì)通過傳導(dǎo)、感應(yīng)和耦合等方式在建筑物內(nèi)部各電氣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)中產(chǎn)生不同強(qiáng)度的瞬態(tài)過電壓。電網(wǎng)和數(shù)據(jù)線路中的瞬態(tài)過電壓對(duì)建筑物內(nèi)的設(shè)備放電，損壞信息系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)部的UPS電池組、交換機(jī)、服務(wù)器等重要設(shè)備。電磁感應(yīng)的作用范圍廣，入侵途徑多，比較難以捉摸。

1.3 雷電過電壓波侵入

雷擊于遠(yuǎn)處架空的與機(jī)房、外場(chǎng)設(shè)備等各種供電設(shè)備、弱電設(shè)備相連的各種通訊線、電力線、視頻監(jiān)控線、設(shè)備控制線，然后沿著架空導(dǎo)線以過電壓、過電流波的形式侵入建筑物。如果架空線上方?jīng)]有避雷線，雷電波侵入的概率是相當(dāng)大的。過電壓、過電流波進(jìn)入建筑物后還會(huì)沿著內(nèi)部通訊線或電力線襲擊敏感設(shè)備。

二、通信機(jī)房雷電感應(yīng)危害分析

通信機(jī)房一般由主機(jī)房、基本工作間組成，主機(jī)房與工作間之間由玻璃門隔開。大部分機(jī)房設(shè)有靜電地板，并布置在大樓的低層房間。機(jī)房設(shè)備設(shè)施比較多，常用的弱電電子設(shè)備包括主機(jī)、服務(wù)器、UPS供電系統(tǒng)、路由器或交換機(jī)、程控交換機(jī)、天饋接受機(jī)、打印機(jī)、刻錄機(jī)、電話等電子設(shè)備和設(shè)施。

其中計(jì)算機(jī)的主要配件基本上是由半導(dǎo)體集成電路構(gòu)成，中央處理器、存儲(chǔ)器和邏輯控制電路等芯片都是由絕緣半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成。半導(dǎo)體器件要求的工作條件極嚴(yán)格，特別是對(duì)于靜電干擾和電磁干擾非常敏感。

雷電感應(yīng)是造成弱電設(shè)備受損的主要原因，這種危害的覆蓋范圍大，雷電感應(yīng)主要有雷電的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。雷電的靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)作用屬于雷電的間接破壞作用。雷電的間接破壞作用比直擊雷危害范圍大的多，屬于空間三維的破壞。

由于雷電靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)引起的過電壓會(huì)損害機(jī)房的線路和設(shè)備，在防雷設(shè)計(jì)中，要作為重點(diǎn)認(rèn)真的進(jìn)行設(shè)計(jì)防護(hù)措施。

2.1靜電感應(yīng)

雷電的靜電感應(yīng)是因?yàn)楫?dāng)雷云形成時(shí)，地面上的金屬結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生與雷云底部相反的異種電荷，在各種架空的線路上，同樣會(huì)因雷云對(duì)地放電而產(chǎn)生靜電感應(yīng)電荷。

2.2電磁感應(yīng)

雷電電磁感應(yīng)是因?yàn)槔纂娡ǖ篮头览妆Ｗo(hù)系統(tǒng)的導(dǎo)線上的雷電流，在接地系統(tǒng)的沖擊接地電阻上產(chǎn)生的電壓降，在建筑物內(nèi)部的環(huán)路導(dǎo)線上感應(yīng)出浪涌過電壓和電流。另外由于雷擊電磁脈沖的電磁干擾輻射，在周圍區(qū)域的設(shè)備環(huán)路上感應(yīng)出浪涌電壓。

這種脈沖磁場(chǎng)能在閉合的回路中產(chǎn)生很高的電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生的過電壓、過電流順著導(dǎo)線傳導(dǎo)至設(shè)備，損壞弱電電子設(shè)備。各種電源線、信號(hào)線、天饋線、金屬水管等在建筑物內(nèi)形成不同的環(huán)路或者回路脈沖磁場(chǎng)在回路中感應(yīng)出電壓大小與回路尺寸、雷電流波陡度以及回路與載流導(dǎo)體之間的距離有關(guān)。

2.3雷擊電磁脈沖

雷擊電磁脈沖，是一種電磁干擾源。閃電直接擊在建筑物防雷裝置上或建筑物附近所引起的效應(yīng)。主要是一種輻射干擾。對(duì)于脈沖磁感應(yīng)，雷擊電磁脈沖感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)0.03高斯，計(jì)算機(jī)會(huì)出現(xiàn)誤操作；磁脈沖感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)0.75高斯，計(jì)算機(jī)器件會(huì)出現(xiàn)假性損壞；磁脈沖感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)2.4高斯，計(jì)算機(jī)器件會(huì)出現(xiàn)真正損壞。閃電擊在避雷針上，則由其產(chǎn)生的在100米處無(wú)屏蔽空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度，首次雷擊的磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)2.0高斯，而后續(xù)雷擊的磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)0.5高斯。無(wú)屏蔽空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度將對(duì)機(jī)電設(shè)備具有足夠的破壞力。

2.4高電位引入與反擊

由電路原理可知，暫態(tài)電流流過電阻與電感串聯(lián)支路時(shí)，將會(huì)在該支路上產(chǎn)生壓降，支路的總壓降中含電阻上壓降分量和電感上壓降分量。所謂雷電反擊，就是指防雷裝置在接閃時(shí)，在接閃器、引下線和接地極上都會(huì)產(chǎn)生很高的瞬態(tài)電位，如果建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備、金屬管線與防雷裝置的距離達(dá)不到安全距離要求時(shí)，高電位就會(huì)擊穿向這些設(shè)備管線放電，這種現(xiàn)象就是雷電的高電位與反擊。

三、通信機(jī)房雷電感應(yīng)的防護(hù)措施

3.1屏蔽系統(tǒng)

屏蔽是利用各種金屬屏蔽體來(lái)阻擋或衰減進(jìn)入建筑物內(nèi)的電磁干擾或過電壓能量。對(duì)于機(jī)房的弱電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具體可分為機(jī)房建筑物屏蔽、設(shè)備屏蔽和各種線纜（管道）的屏蔽。機(jī)房屏蔽可根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)電子信息設(shè)備的重要性，采取適當(dāng)屏蔽措施。利用機(jī)房建筑的鋼筋、金屬框架、金屬門窗、地板等相互焊接在一起，形成法拉第籠，并與地網(wǎng)進(jìn)行可靠連接，形成初級(jí)屏蔽網(wǎng)。機(jī)房裝修時(shí)做防靜電處理，墻壁采用防靜電鋁塑板，并與機(jī)房共地系統(tǒng)相連。設(shè)備應(yīng)根據(jù)使用性質(zhì)及雷擊時(shí)最終所處電磁環(huán)境，適當(dāng)考慮單獨(dú)屏蔽（隔離），進(jìn)行次級(jí)屏蔽。機(jī)房電子信息設(shè)備應(yīng)集中擺放在機(jī)柜中，機(jī)柜與接地系統(tǒng)保持良好連接。對(duì)于機(jī)房?jī)?nèi)的主機(jī)及服務(wù)器或其它電子設(shè)備，應(yīng)蓋好箱蓋，確保其屏蔽效果。機(jī)房的各種金屬管道、電力電纜、通信線路等最好應(yīng)該埋地引入，埋地水平距離在15m 以上。并重點(diǎn)對(duì)入戶的金屬管道、通信線路、電力線纜等做好屏蔽。各種線纜均要采取屏蔽措施，金屬絲紡織網(wǎng)、金屬軟管、硬導(dǎo)管、棧橋均可用于屏蔽線纜。

3.2等電位連接系統(tǒng)

在機(jī)房的地板下設(shè)均壓等電位地線帶。在各室內(nèi)分別形成網(wǎng)型（M 型）結(jié)構(gòu)的均壓等電位帶，且作好此帶的絕緣支撐，最終以星形（S 型）形式與機(jī)房的直流邏輯地線接通。另外機(jī)房 UPS 供電系統(tǒng)電源插座及信號(hào)接地，機(jī)房?jī)?nèi)所有大尺寸的內(nèi)部導(dǎo)電物，如程控交換機(jī)的金屬外殼，主機(jī)外殼，UPS及電池箱金屬外殼，金屬地板、金屬門框架、設(shè)施管路和電纜橋架等都應(yīng)以最短的線路連到最近的等電位連接帶中，避免因設(shè)備間電勢(shì)差而使設(shè)備損壞。線路的屏蔽管路或屏蔽層應(yīng)該與等電位系統(tǒng)連接在一起，保證屏蔽體的零電位。

3.3綜合布線系統(tǒng)

在機(jī)房?jī)?nèi)配備電子設(shè)備時(shí)，要設(shè)法避開強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，以防止電子設(shè)備在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下發(fā)生工作失靈或被損壞。計(jì)算機(jī)、傳感器等電子設(shè)備應(yīng)盡量安置在房間的中央部位，而不宜靠墻放置，更不能安放在墻角處。電子設(shè)備的電源線與信號(hào)線所形成的回路面積要盡量小，且不能與墻壁中的防雷系統(tǒng)引下分支平行，避免產(chǎn)生大的回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而擊壞電子設(shè)備。在布置機(jī)房?jī)?nèi)線纜時(shí)，應(yīng)該注意其線纜與機(jī)房?jī)?nèi)其它金屬設(shè)備、管線、電力線等的距離，距離太近都有可能通過金屬導(dǎo)體耦合產(chǎn)生過電壓，對(duì)設(shè)備系統(tǒng)造成危害。

3.4防雷接地系統(tǒng)

采用等電位理論，達(dá)到瞬間等電位方式，常態(tài)獨(dú)立接地方式（即機(jī)房接地系統(tǒng)與其它交流地、安全保護(hù)地、防雷地進(jìn)行軟連接）。機(jī)房的各種地線間及地線與大樓結(jié)構(gòu)的主鋼筋之間，必須進(jìn)行有效的連接，即全部采用共用接地系統(tǒng)，當(dāng)雷電引起地電位高壓反擊時(shí)，整個(gè)大樓及機(jī)房呈現(xiàn)系統(tǒng)等電位，防雷系統(tǒng)呈現(xiàn)工作狀態(tài)，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全。