基于現代商務中心網絡中心機房的防雷技術研究

[摘 要] 本文通過分析雷電災害現代商務中心及商場等單位信息網絡中心機房的破壞機理， 結合目前國內外廣泛應用的電子防雷器的應用技術，提出了現代企業信息網絡中心機房的防雷措施和方法，保證了信息網絡系統安全可靠的運行。

[關鍵詞] 商務中心 防雷技術 雷電 網絡中心機房 防雷器

一、雷電對網絡中心機房設備裝置的危害形式

雷電對網絡中心機房設備裝置的破壞效應可分為直接效應和間接效應兩種。直接效應指雷擊點處由直接雷擊造成的破壞，包括雷電流引起的熱效應、機械效應和沖擊波效應等。間接效應是指雷電電磁脈沖對電子、電氣設備的干擾和損傷效應。

信息網絡機房的設備主要是通信、計算機系統等弱電裝置，四種形式的雷電傷害都可能造成嚴重破壞。但因其組成多以大規模集成電路為主，晶片越來越小、功能越來越強，而整體耐過電壓、耐過電流的水平直線下降，設備的耐壓只有幾伏、十幾伏。由雷電電磁脈沖產生的電壓值并不很高的反擊過電壓和感應過電壓，對通信設備和微計算機等弱電裝置就可能造成致命破壞。雷電電磁脈沖對電子設備的破壞形式主要有以下幾種:（1)建筑物的防雷裝置接閃時，雷電流形成的浪涌傳輸對電子設備的破壞。(2)靜電高壓脈沖沿導線傳輸對與之相連電子設備的破壞。(3)雷電電流的電磁輻射空間傳輸對電子設備的感應破壞。(4)由外部沿各種傳輸線路傳來的各種電磁脈沖對電子設備的間接破壞。其中以雷電流向空間輻射傳播的電磁波脈沖對電子設備的損害尤為嚴重，它以輻射或傳導等方式進入電子設備，加至設備輸入、輸出端口，在元器件上產生感應電壓。由于其瞬變時間極短，所以感應電壓可以很高，以致產生電火花。一旦感應電壓、感應電流超過了該元器件的損傷閾值，輕則使系統的正常運行受到干擾，重則造成元器件的永久性損傷。

電磁波脈沖嚴重地威脅著計算機和數字系統工作的穩定性、可靠性和安全性。具體表現為:導致硬盤、磁帶機等數據存儲設備損壞，使數據丟失;輸入輸出邏輯出錯;顯示器顯示畫面不穩定:造成主機死機或錯誤處理;雷擊事故引起的尖峰干擾可引起邏輯電路的偽觸發，產生誤碼，嚴重的使硬件設備造成毀滅性的破壞等等。

二、機房防雷保護的措施

1.建立接地系統防雷

眾所周知，接地防雷是最簡單的防雷技術，因此，接地系統是防雷工程的基礎，是最重要的環節。不管是直擊雷、感應雷或其他形式的雷，最終都是把雷電送入大地，只有良好地接地和合理的接地方式能夠充分發揮防雷器件的作用。根據國家規范要求，建筑防雷地不大于10歐姆，設備保護地、交流工作地、直流工作地均需不大于4歐姆。程控交換機、小型計算機等設備和計算機機房聯合接地一般要求直流工作地小于 1歐姆。接地電阻越小，散流就越快，因此接地電阻應嚴格控制在要求的范圍內。

常見的接地方式有三種，一是聯合接地;二是分開接地;三是混合接地。對計算機機房的接地系統國家規范推薦采用聯合接地方式，即把建筑防雷地、設備保護地、交流工作地和直流工作地連在一起，以避免產生過電壓時各地網間的電勢差對設備形成反擊。接地電阻取系統要求的最小值。另外，為避免接地線形成回路產生干擾雜波，同時使雷電流，以及電源發生故障時的大電流盡快入地，遵循“共地不共線”的單點接地原則，即使使用同一組地網時，不同用途的接地母線和不同系統的接地母線應單獨從地網處引入。

2.安裝防雷器

(1)防器的基本工作原理。防雷技術的一個重要部分就是研發防雷器，而防雷器的機理實際上就是“轉換接地”，危險電涌一旦出現，防雷器就把它所保護的設備的輸入連接點接地，從而把電涌引向一個最小阻抗回路， 進入大地被吸收。防雷器的典型結構如圖2所示。當電涌進入線路后直達離子管，離子管阻尼了特大量電涌能量，并直接使之接地。然而，電涌上升非常快，而離子管需要好幾微秒才能啟動，故采用了一個延遲元件以減緩電涌波的邊沿傳播，以增大離子管的效應。經過延遲元件的電涌波脈沖被引向雪崩二極管，這一元件能在1ms 或更短的時間內擴散1500W，這一級接著耦合到金屬氧化物可變電阻(MOV)上，它是雪崩二極管防護能力被超過時的附加保護級。

（2)防雷器的安裝方法。①電源防雷器的安裝電源防雷器雖有串聯與并聯之分，但較多采用并聯型。單相、三相并聯型電源防雷器的安裝方法如圖4、圖5所示(圖中L，L1，L2，L3為相線，N為中線，E為地線)。在此要特別注意下述幾點:第一，任何防雷器在安裝時都不能省掉中線的連接，如果沒有中線(例如三角形電源)那么防雷器上的中線必須接在接地棒上;第二，防雷器與配電盤的連接電纜要盡可能短，一般不要超過250mm，確因安裝不便超出，那么每條超長線路則用雙線連接;第三，所有連接電纜要緊緊綁在一起以減少電感。②數據/信號防雷器的安裝，數據/信號防雷器的安裝方法如圖4所示。在此要特別注意下述幾點:第一，防雷器必須正確接地，通常是與整個系統的統一接地點連接接地;第二，防雷器引出的接地電纜應盡可能地短，故防雷器應盡可能靠近所選接地點;第三，防雷器及連接電纜應與電源線隔離開。

3.機房電源采用三級防雷措施。機房電源采用三級防雷是由于沿電氣線路入侵的雷電過電壓波往往不能一次就被抑制到儀器設備的耐沖電壓，因此通常采用分級抑制保護措施，整個多級保護過程逐級泄放干擾信號的能量，最終達到電子設備的耐受水平。根據國家《計算機安全保護條例》有關規定，電源系統應采取三到四級電涌保護器 （SPD），如圖5所示。第一級SPD（泄流保護）保護從室外引來的線路，安裝在總電源進線處，如總配電柜內。以泄放掉來自外界傳輸線的雷電入侵波的大部分能量。這級保護器必須能多次承載及泄放波形為 10/350!3ms的雷電流，而不被破壞，它的任務是防止破壞性的雷電流侵入建筑物內的電力系統。第二級 SPS(過電壓保護)保護后續配電盤的設備，安裝在下端帶有大量弱電、信息系統重要設備集中或需限制暫態過電壓的設備的分電源(分配電箱)內。由于網絡機柜和服務器機柜為重點保護對象，而網絡機柜和服務器機柜均為由 UPS供電，則應在UPS前端安裝單相串聯電源避雷器，作為此線路后端設備進線電源的二級保護，進一步限制雷電過電壓的幅值。防護帶電導體L1、L2、L3和N與保護線PE之間出現的電涌，它的放電能力約為10KA(8/20MS）。第三級SPD浪涌吸收器)保護那些需要將瞬態過電壓限制到特定水平的電子設備，安裝在計算機設備、信息設備、電子設備及控制設備前最近的插座箱內。這級保護器是信息系統終端電源的保護，做設備的浪涌保護及限制操作過電壓。

參考文獻:

[1]李世林:電氣安全技術手冊.中國計量出版社，1995

[2]陳君勵:控制系統遭電擊的防范.機電一體化，1998(5)

[3]湖南計算機廠編:英國FURSE防雷器技術資料，1998

[4]蔣 濤:信息網絡機房防雷保護的研究.電氣應用，2008年第27卷第3期

[5]葉國雄:計算機機房的防雷技術.電子計算機與外部設備，2000年3月