信息系統(tǒng)防雷設(shè)計施工中常見誤區(qū)及對策

龔家軍，陳劍云，郭金良，周建龍

(十堰市氣象局，湖北十堰 442000)

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備被廣泛應用在各行業(yè)的計算機通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中。由于電子設(shè)備抗過電壓、過電流及電磁脈沖的能力較低，一旦遭受雷擊，設(shè)備將遭受損壞。每年都有因雷擊造成計算機及網(wǎng)絡通訊設(shè)施損壞，從而導致信息傳輸中斷、信息受損乃至威脅人身安全的雷電事故發(fā)生。而在實際工作中，有些防雷從業(yè)者對信息系統(tǒng)的特點和防護措施了解不夠深入，對信息系統(tǒng)防雷防護措施存在一些似是而非的認識，以至于在防雷設(shè)計和施工中留下不少防雷安全隱患。針對信息系統(tǒng)防雷存在的問題，龔家軍等[1]、高瑩等[2]對防雷設(shè)計圖紙審核及防雷工程施工中的問題進行了探討，沙漢龍等[3]對微電子信息系統(tǒng)綜合防雷進行了研究。結(jié)合近些年的工作經(jīng)驗，歸納總結(jié)了信息系統(tǒng)防雷設(shè)計施工中常見的幾種誤區(qū)，及其給防雷設(shè)計施工帶來的安全隱患和產(chǎn)生的原因，并提出相應對策。

1 忽視接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布置

接地裝置是防雷系統(tǒng)的重要組成部分,用于傳導雷電流并將其泄放入大地。任何形式的防雷系統(tǒng)都必須有良好的接地，使雷電流能很好地泄放到大地。某種意義上說接地情況的好壞決定了防雷工程的好壞，接地電阻在一定程度上反映了接地裝置的好壞。在《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB 50057—2010)[4](簡稱GB 50057—2010)中對不同防雷等級的建(構(gòu))筑物防雷裝置接地電阻都有明確規(guī)定。之前討論接地時總是將焦點放在要求接地電阻小于多少歐姆，認為接地電阻越小，避雷效果越好。近年來的理論和實踐證明[5]，雖然接地地網(wǎng)電阻重要，但是接地地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更重要，好的結(jié)構(gòu)在一定程度上不但能減小接地電阻，還能更快地散逸電荷，使保護系統(tǒng)中的電場更快地達到穩(wěn)定，從而有效地保護設(shè)備和建筑物。常見的接地布置結(jié)構(gòu)有直線型、枝散型、網(wǎng)狀型和環(huán)形接地等幾種。在日常防雷設(shè)計施工中，發(fā)現(xiàn)存在如下誤區(qū)。

1.1 工程設(shè)計中隨意提高接地電阻的要求

GB 50057—2010中要求直擊雷接地電阻不大于10 Ω(第三類不大于30 Ω)，但在防雷工程設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)要求直擊雷接地電阻不大于4 Ω，甚至不大于1 Ω。對于高土壤電阻率地區(qū)(氣象部門很多雷達站、觀測場常建在高土壤電阻率的高山頂)，不僅增加施工難度，而且工程費用大大增加。因此，對于高土壤電阻率地區(qū)，不要隨意提高接地電阻標準。

1.2 機械滿足規(guī)范中對接地電阻的要求

2 忽視SPD之間聯(lián)動配合

為了避免雷電浪涌通過電力線路傳導入戶對敏感電子設(shè)備造成危害，除了有合適的外部防雷措施外，通常還在入戶電力線供電系統(tǒng)安裝防閃電電涌侵入和雷擊電磁脈沖的多級電源浪涌保護器(以下簡稱SPD)。SPD之間聯(lián)動配合的目的，是利用SPD將威脅設(shè)備的雷電過電壓減小到被保護設(shè)備能耐受的安全值范圍內(nèi)。為達到聯(lián)動配合，必須滿足電涌電流流過每級SPD耗散的部分能量低于或等于該級SPD能承受的能量；同時，各級間的能量關(guān)系滿足雷擊瞬間確保SPD逐級正常啟動，這樣就實現(xiàn)了多級電源SPD之間聯(lián)動配合。

在防雷設(shè)計和施工中，部分設(shè)計和施工人員認為SPD數(shù)量越多越好，而通常機房空間有限，經(jīng)常三到四級SPD安裝在一個配電柜里，由于距離過近，SPD之間實現(xiàn)不了聯(lián)動配合。當線路遭受雷電流時，雷電流無法逐級釋放，而只有其中一級SPD對地導通，經(jīng)常導致機房安裝多級SPD還是遭受雷擊。針對以上情況，提出如下聯(lián)動配合方法。

2.1 利用退耦元件進行聯(lián)動配合

根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范》(GB 50343—2012)[5](簡稱GB 50343—2012)規(guī)定，當電壓開關(guān)型SPD和限壓型SPD之間的線路長度小于10 m、限壓型SPD之間的線路長度小于5 m時，在兩級SPD之間應加裝退耦裝置進行聯(lián)動配合。雷電流的波形、陡度(di/dt)和SPD響應時間是確定退耦元件電感量的決定性的參數(shù)。

2.2 靜態(tài)伏安特性聯(lián)動配合

根據(jù)GB 50343—2012規(guī)定，兩個限壓型SPD之間的距離大于5 m，傳輸線本身的自然阻抗以靜態(tài)伏安特性起到聯(lián)動配合的作用。雷擊瞬間在退耦元件上產(chǎn)生的電壓加上上一級SPD的殘壓大于下一級SPD的啟動電壓，確保下一級電源SPD瞬間正常啟動。

2.3 采用觸發(fā)型 SPD實現(xiàn)聯(lián)動配合

聯(lián)動配合也可以使用觸發(fā)型 SPD來實現(xiàn)。安裝在SPD中的電子觸發(fā)電路可保證下一級SPD的能量承受能力不超過最大值。這種觸發(fā)型SPD不需要退耦元件，也不需要線路的自然阻抗即可實現(xiàn)聯(lián)動配合。

3 忽視內(nèi)部屏蔽和等電位連接

3.1 內(nèi)部屏蔽和等電位連接的一般要求

為減少電磁干擾的感應效應，宜采取以下的基本屏蔽措施：建筑物和房間的外部設(shè)屏蔽措施，以合適的路徑敷設(shè)線路，線路屏蔽。這些措施宜聯(lián)合使用。

防雷等電位連接的作用是直接采用連接導體或通過電涌保護器將分離的金屬部件、外來導電體、電纜線路、通信線路或其它電纜連接起來，以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生電位差。根據(jù)GB 50057—2010要求，所有進入信息系統(tǒng)建筑物的外來導電體均應在防雷區(qū)(LPZ)的界面處做等電位連接。當外來導電體、電力線、通信線從不同地點進入建筑物時，宜設(shè)若干等電位連接帶，并應就近連到環(huán)形接地體、內(nèi)部環(huán)形導體(均壓環(huán))或此類鋼筋上。各后續(xù)防雷區(qū)界面處的等電位連接也應采相同措施。

3.2 內(nèi)部屏蔽和等電位連接常見錯誤及改進措施

在多年的實際工作中發(fā)現(xiàn)，信息系統(tǒng)機房屏蔽和等電位連接常見錯誤有如下幾種：①門窗(特別是塑鋼門窗)和設(shè)備機柜門沒有和等電位帶連接。②金屬橋架之間等電位連接不規(guī)范，橋架沒有每間隔20 m至少做一次接地。③電力和信號線纜(包括光纜)入機房時，金屬屏蔽層未接地或只在一端接地。④機房設(shè)備接地未與其他接地裝置做等電位連接。因此，一定要按照GB 50057—2010等要求，做好信息系統(tǒng)內(nèi)部屏蔽和等電位連接，確保弱電設(shè)備安全。

另外，部分設(shè)計人員在信息系統(tǒng)防雷設(shè)計和施工過程中，將設(shè)備接地作為獨立接地和其它接地分開。由于目前城市地網(wǎng)敷設(shè)復雜，很難保證新做的獨立接地與原有地網(wǎng)和金屬管道等保持足夠的安全距離，當發(fā)生雷擊時，極易發(fā)生地電位反擊[6]。正確做法有兩種：一是做共用接地或聯(lián)合接地，防止地電位反擊的發(fā)生；二是在獨立接地和其它地網(wǎng)之間安裝地電位反擊器，保證正常情況下，獨立接地和其它地網(wǎng)分開，防止遇到高電位時兩個地網(wǎng)導通，發(fā)生地電位反擊。

4 隨意拔高建筑物防雷等級

建筑物防雷等級是根據(jù)建筑物重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果等分為三類[4]。在根據(jù)建筑物重要性、使用性質(zhì)確定防雷等級時，有些設(shè)計人員只要遇到爆炸危險環(huán)境建(構(gòu))筑物，就將防雷等級都劃為一類[7]，如加油站等。而實際上根據(jù)《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 50058—2014)[8]規(guī)定，部分爆炸危險環(huán)境防雷等級劃為一類，部分劃為二類，如何劃分要根據(jù)不同環(huán)境分區(qū)具體分析。

在根據(jù)發(fā)生雷電事故的可能性和后果確定防雷等級時，需要計算預計年預計雷擊次數(shù)，預計年雷擊次數(shù)與當?shù)乩妆┤諗?shù)和環(huán)境因素校正系數(shù)正相關(guān)。GB 50057—2010規(guī)定：雷暴日數(shù)以當?shù)貑蝹€氣象觀測站氣象雷暴日數(shù)為準，但有些設(shè)計人員有時以近些年某地區(qū)觀測到的閃電定位數(shù)據(jù)代替，這樣造成只要某地區(qū)閃電觀測系統(tǒng)觀測到該地區(qū)發(fā)生了閃電，就統(tǒng)計該地區(qū)所有氣象觀測站出現(xiàn)一個雷暴日，統(tǒng)計的雷暴日數(shù)顯然比單站雷暴日數(shù)多很多。有些在確定環(huán)境因素校正系數(shù)時也是盡量拔高系數(shù)。以上這些做法人為拔高了建筑物防雷等級，造成防雷工程難度增加，工程費用增加。正確做法是嚴格按照GB 50057—2010確定建筑物防雷等級，既能保證被保護物安全，又避免不必要的浪費。

5 結(jié)語

結(jié)合多年工作實踐分析總結(jié)了防雷設(shè)計施工人員在信息系統(tǒng)防雷工作中的常見誤區(qū)和問題。通過對防雷設(shè)計施工誤區(qū)和問題的糾正，不僅消除了防雷安全隱患，也節(jié)約了大量的物力財力成本。由于雷電科學還在不斷發(fā)展，對防雷的認識還在不斷深入，因此，在實際工作中還有更優(yōu)的防雷措施有待發(fā)展，同時有些措施的防雷效果還需在實踐進一步檢驗。