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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心的雷電防護(hù)技術(shù)
摘要:本文分析了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心的特點(diǎn)、雷電侵入的途徑及產(chǎn)生的影響,著重闡述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心系統(tǒng)的綜合防雷措施。
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心;雷電影響;防雷措施
引言
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心是電子信息設(shè)備的集中場(chǎng)所,電子信息設(shè)備的耐壓和抗電磁干擾性能比較低,雷電所伴隨的強(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(guò)電壓,影響著計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)電子設(shè)備的正常工作,0.07高斯的的磁場(chǎng)強(qiáng)度可造成計(jì)算機(jī)元件失效,2.4高斯即可使元件擊穿[2]。
為了減小雷電感應(yīng)對(duì)電子信息設(shè)備的影響,對(duì)網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房的通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等弱電電子設(shè)備采取有效的雷電防護(hù)措施,保障機(jī)房系統(tǒng)正常安全運(yùn)行,通過(guò)了解雷電的影響及侵入途徑,然后對(duì)具體的防雷保護(hù)技術(shù)作深入的研究。
1、雷電的影響
雷電對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心的影響主要為雷電感應(yīng)電磁干擾、雷電波侵入和環(huán)路感應(yīng)。雷電電磁場(chǎng)是伴隨瞬時(shí)強(qiáng)大雷電對(duì)地放電的雷電流產(chǎn)生的,具有和雷電流相似的波形特性;當(dāng)雷電接近架空管線時(shí),高壓沖擊波會(huì)沿架空管線侵入室內(nèi),造成高電流引入;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心所處的建筑物內(nèi)通常敷設(shè)著各種電源線、信號(hào)線和金屬管道等,這些線路和管道在建筑物內(nèi)的不同空間構(gòu)成環(huán)路。當(dāng)建筑物遭受雷擊時(shí),雷電流沿建筑物防雷裝置中各分支導(dǎo)體入地,流過(guò)分支導(dǎo)體的雷電流會(huì)在建筑物內(nèi)部空間產(chǎn)生暫態(tài)脈沖電磁場(chǎng),脈沖電磁場(chǎng)交鏈不同空間的導(dǎo)體回路,會(huì)在這些回路中感應(yīng)出過(guò)電壓和過(guò)電流,導(dǎo)致設(shè)備接口損壞。
2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心的特點(diǎn)
2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心的電子設(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)備設(shè)施。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(MOS)構(gòu)成,并且抗磁干擾能力和抗過(guò)電壓能力都比較低。
2.2 為了延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間和降低系統(tǒng)的能耗,計(jì)算機(jī)工作電壓設(shè)計(jì)得越來(lái)越低,一般在1.1V—1.5V之間,任何超出該范圍的電流沖擊,都可能導(dǎo)致其永久性破壞。
2.3室內(nèi)敷設(shè)進(jìn)出機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)、供電線和各種設(shè)備的供電線,線路較多,布線復(fù)雜。
3、雷電侵入途徑
雷電侵入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心途徑主要有:(1) 出入建筑物中各種電源線路及信號(hào)線路、設(shè)備間的連接線;(2)具有公共接地的建筑物中的一切金屬管道;(3) 直接雷擊落雷點(diǎn)建筑物的地電位上升。
4、防雷措施
IEC、IEEE、GB等標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)雷電浪涌保護(hù)工作設(shè)立了相應(yīng)規(guī)范,主要采用的方法包括分流、屏蔽、搭接、接地、和設(shè)置保護(hù)元件等措施。
4.1 電源系統(tǒng)防雷
由于有80%雷擊高電位是從電源線侵入的,進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中心的電源線和通訊線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處,以及終端設(shè)備前端,安裝防浪涌SPD。電源系統(tǒng)防雷分為多級(jí)保護(hù)。主要是通過(guò)合理的多級(jí)泄流能量配合,保證SPD 有較長(zhǎng)的使用壽命和設(shè)備電源端口的殘壓低于設(shè)備端口耐雷電沖擊電壓,確保設(shè)備安全。SPD 一般并聯(lián)安裝在各級(jí)配電柜(箱)開(kāi)關(guān)之后的設(shè)備側(cè)。在電源總進(jìn)線處安裝電源第一級(jí)沖擊電流Iimp(10/350μs)≥12.5kA、電壓保護(hù)水平Up≤2.5 kV的浪涌SPD,在電源分配電箱處安裝電源第二級(jí)沖擊電流Iimp(10/350μs)≥10.0kA、電壓保護(hù)水平Up≤1.5 kV浪涌SPD,在重要用電設(shè)備插座處安裝電源第三級(jí)浪涌SPD。SPD 連接導(dǎo)線應(yīng)平直,導(dǎo)線長(zhǎng)度不宜大于0.5m,接地線連接等電位接地母排,接入電氣豎井的接地干線。
4.2 數(shù)據(jù)線路信號(hào)防雷
正確選用傳輸電纜,低頻電路盡量使用雙扭絞線,高頻電路使用雙軸屏蔽電纜,有可能用光纜替代電纜。
4.2.1 廣域網(wǎng)
廣域網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)通信需要防護(hù)線與線之間、線與大地之間的雷電入侵,當(dāng)廣域網(wǎng)使用光纖接入時(shí),光纖線路無(wú)需考慮此線路的雷電防護(hù),但光纜金屬護(hù)套和金屬芯線可能引入雷電,必須在接入設(shè)備之前,光纜的所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強(qiáng)芯等,應(yīng)在入戶(hù)處直接接地。
4.2.2 局域網(wǎng)
局域網(wǎng)雷電防護(hù)的重點(diǎn)是做好局域網(wǎng)網(wǎng)線的屏蔽,同時(shí)加強(qiáng)終端設(shè)備局域網(wǎng)端口的雷電防護(hù)。中心機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器網(wǎng)口安裝網(wǎng)絡(luò)防雷器;中心交換機(jī)與二級(jí)交換機(jī)之間屬于光纖線路連接的,加強(qiáng)芯做良好接地;路由器連接到防火墻的線路,防火墻入口處安裝一組網(wǎng)絡(luò)避雷器。在傳輸途徑較遠(yuǎn)交換機(jī)的輸出端和各部門(mén)用戶(hù)終端,計(jì)算機(jī)處安裝信號(hào)SPD防護(hù)。
網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷電浪涌SPD是針對(duì)特定的要求來(lái)設(shè)計(jì)的,技術(shù)指標(biāo)繁多,使用浪涌SPD必須同時(shí)具備良好的防護(hù)性能和優(yōu)異的傳輸指標(biāo)。從傳輸?shù)慕嵌葋?lái)看,浪涌SPD連接在通信網(wǎng)絡(luò)上相當(dāng)于增加了網(wǎng)絡(luò)的分散參數(shù),增加了線路損耗,對(duì)傳輸性能會(huì)造成一定的影響。目前在通信網(wǎng)絡(luò)中使用的主要防護(hù)設(shè)備有:用于2MHz以下音頻通信線路的MDF保安單元,用于15MHz以下接入網(wǎng)線路的xDSL浪涌保護(hù)器,用于百兆局域網(wǎng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)浪涌保護(hù)器,用于控制系統(tǒng)、低速網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)線浪涌保護(hù)器,用于天饋回路的天饋防雷器等。所安裝的SDP應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的工作電壓、接口型式、特性阻抗、信號(hào)傳輸速率、頻帶寬度及傳輸介質(zhì)等參數(shù)選用插入損耗小,限制電壓不超過(guò)設(shè)備端口耐壓水平的PSD。
信號(hào)線路浪涌保護(hù)器(SPD)與被保護(hù)設(shè)備的連接端口有串接與并聯(lián)之分。由RJ11、RJ45、和其它接口組成的線路應(yīng)串接安裝SPD,僅有接線柱組成的接口應(yīng)并聯(lián)安裝SPD。
當(dāng)采用屏蔽線系統(tǒng)時(shí),線纜中傳輸信號(hào)頻率為1MHz以下時(shí),采用單端接地,采用單端接地應(yīng)保持各子系統(tǒng)中屏蔽層的電氣連續(xù)性。線纜中傳輸信號(hào)頻率為IMHz以上時(shí),采用兩端接地,在電纜屏蔽層二端接地時(shí),兩個(gè)接地裝置之間的接地電位差不應(yīng)大于1伏。
4.3 中心機(jī)房屏蔽處理
屏蔽層可分?jǐn)?0%的電流。在要防護(hù)的機(jī)房?jī)?nèi)六面安裝金屬屏蔽網(wǎng),其中地板采用全鋼防靜電地板,吊頂天花采用金屬屏蔽天花,形成法拉第籠,將該屏蔽網(wǎng)與接地體進(jìn)行電氣連接,同時(shí)對(duì)進(jìn)入被屏蔽機(jī)房?jī)?nèi)的電源線、信號(hào)傳輸線等均采用外套金屬管狀或金屬編織網(wǎng)的外導(dǎo)體,并將其接入地網(wǎng)進(jìn)行屏蔽。機(jī)房?jī)?nèi)的門(mén)窗宜采用金屬門(mén)窗。
4.4 等電位處理
等電位連接作用在于將室內(nèi)形成一個(gè)等電位的屏蔽整體,消除室內(nèi)設(shè)備、金屬導(dǎo)體之間的電位差,防止雷電電磁脈沖對(duì)設(shè)備的損害。在網(wǎng)絡(luò)中心沿墻根敷設(shè)均壓帶。室內(nèi)均壓帶采用≥75mm2紫銅帶或30mm×3mm銅帶作為主材。將主材沿墻環(huán)繞一周,并依照防護(hù)等級(jí)要求,形成閉合網(wǎng)格狀態(tài),網(wǎng)格大小應(yīng)在3×3米內(nèi),并與接地匯流排可靠連接。室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其他電氣設(shè)備的外殼、機(jī)柜和各種金屬構(gòu)件、防靜電地板金屬支腳、金屬天花板、門(mén)窗等就近通過(guò)多股6mm2銅芯線連接至均壓環(huán)。
4.5 設(shè)備安全距離
因建筑物的引下線和屏蔽網(wǎng)都在外墻處,雷電流經(jīng)其引入接地裝置,在外墻處會(huì)形成強(qiáng)磁場(chǎng),所以總配線架(MDF)不應(yīng)安裝在柱上或柱附近,為金屬外殼時(shí)應(yīng)接地屏蔽。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電源和信號(hào)主線路應(yīng)盡量遠(yuǎn)離外墻,最好設(shè)置在室內(nèi)的中心位置。
4.6 綜合布線
建筑物之間傳輸線盡可能選用光纜;電源線不與網(wǎng)絡(luò)線同槽架設(shè);數(shù)據(jù)插座與電源插座保持一定距離,距離大于30cm;廣域網(wǎng)線纜不與局域網(wǎng)線纜同槽架設(shè);屏蔽槽要求兩點(diǎn)接地并達(dá)到一定厚度。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,避免產(chǎn)生大的回路感應(yīng)電勢(shì)。在機(jī)房布線時(shí)應(yīng)考慮防雷安全凈距見(jiàn)《電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50343-2004第5.3.3條款的要求。
4.7 共用接地系統(tǒng)
《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2004 第5.2.5條款:“防雷接地應(yīng)與交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地共用一組接地裝置,接地裝置的接地電阻值必須按接入設(shè)備中要求的最小值確定。” 雷擊時(shí)將會(huì)在導(dǎo)線、金屬管網(wǎng)、地線網(wǎng)絡(luò)、屏蔽范圍內(nèi)的一切設(shè)施上形成均壓等電位。如有特殊要求設(shè)置獨(dú)立地,則應(yīng)在兩地網(wǎng)間用地極保護(hù)器連接,兩地網(wǎng)之間平時(shí)是獨(dú)立的,防止干擾,當(dāng)雷電流來(lái)到時(shí)兩地網(wǎng)間通過(guò)地極保護(hù)器瞬間連通,形成等電位連接。許多計(jì)算機(jī)設(shè)備的電源線采用單相三線電纜,分別為火線、零線及連接在金屬外殼上的地線,故與設(shè)備相連的電源插座應(yīng)采用有安全保護(hù)地的三孔插座。
5、結(jié)語(yǔ)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)雷電過(guò)壓的防護(hù)要求比較高,雷電對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害是多途徑的,雷電的產(chǎn)生機(jī)理的研究待完斷,目前的防雷技術(shù)難以達(dá)到100%的防雷效果,需要進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
[1] 林維勇,王時(shí)煦.建筑物防雷[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1985.
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