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計算機網(wǎng)絡(luò )中心的雷電防護技術(shù)
摘要:本文分析了計算機網(wǎng)絡(luò )中心的特點(diǎn)、雷電侵入的途徑及產(chǎn)生的影響,著(zhù)重闡述了計算機網(wǎng)絡(luò )中心系統的綜合防雷措施。
關(guān)鍵詞:計算機網(wǎng)絡(luò )中心;雷電影響;防雷措施
引言
計算機網(wǎng)絡(luò )中心是電子信息設備的集中場(chǎng)所,電子信息設備的耐壓和抗電磁干擾性能比較低,雷電所伴隨的強大的感應電磁場(chǎng)以及在金屬導體中產(chǎn)生的感應過(guò)電壓,影響著(zhù)計算機房?jì)入娮釉O備的正常工作,0.07高斯的的磁場(chǎng)強度可造成計算機元件失效,2.4高斯即可使元件擊穿[2]。
為了減小雷電感應對電子信息設備的影響,對網(wǎng)絡(luò )中心機房的通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統、電源系統及控制系統等弱電電子設備采取有效的雷電防護措施,保障機房系統正常安全運行,通過(guò)了解雷電的影響及侵入途徑,然后對具體的防雷保護技術(shù)作深入的研究。
1、雷電的影響
雷電對計算機網(wǎng)絡(luò )中心的影響主要為雷電感應電磁干擾、雷電波侵入和環(huán)路感應。雷電電磁場(chǎng)是伴隨瞬時(shí)強大雷電對地放電的雷電流產(chǎn)生的,具有和雷電流相似的波形特性;當雷電接近架空管線(xiàn)時(shí),高壓沖擊波會(huì )沿架空管線(xiàn)侵入室內,造成高電流引入;計算機網(wǎng)絡(luò )中心所處的建筑物內通常敷設著(zhù)各種電源線(xiàn)、信號線(xiàn)和金屬管道等,這些線(xiàn)路和管道在建筑物內的不同空間構成環(huán)路。當建筑物遭受雷擊時(shí),雷電流沿建筑物防雷裝置中各分支導體入地,流過(guò)分支導體的雷電流會(huì )在建筑物內部空間產(chǎn)生暫態(tài)脈沖電磁場(chǎng),脈沖電磁場(chǎng)交鏈不同空間的導體回路,會(huì )在這些回路中感應出過(guò)電壓和過(guò)電流,導致設備接口損壞。
2、計算機網(wǎng)絡(luò )中心的特點(diǎn)
2.1 計算機網(wǎng)絡(luò )中心的電子設備包括主機、服務(wù)器、UPS供電系統、路由器或交換機、程控交換機、天饋接受機、打印機、刻錄機、電話(huà)等電子設備設施。計算機的主要配件基本上是由半導體集成電路構成,中央處理器、存儲器和邏輯控制電路等芯片都是由絕緣半導體場(chǎng)效應管(MOS)構成,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(cháng)設備工作時(shí)間和降低系統的能耗,計算機工作電壓設計得越來(lái)越低,一般在1.1V—1.5V之間,任何超出該范圍的電流沖擊,都可能導致其永久性破壞。
2.3室內敷設進(jìn)出機房的網(wǎng)絡(luò )、供電線(xiàn)和各種設備的供電線(xiàn),線(xiàn)路較多,布線(xiàn)復雜。
3、雷電侵入途徑
雷電侵入計算機網(wǎng)絡(luò )中心途徑主要有:(1) 出入建筑物中各種電源線(xiàn)路及信號線(xiàn)路、設備間的連接線(xiàn);(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等標準體系對雷電浪涌保護工作設立了相應規范,主要采用的方法包括分流、屏蔽、搭接、接地、和設置保護元件等措施。
4.1 電源系統防雷
由于有80%雷擊高電位是從電源線(xiàn)侵入的,進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )中心的電源線(xiàn)和通訊線(xiàn)應在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區交界處,以及終端設備前端,安裝防浪涌SPD。電源系統防雷分為多級保護。主要是通過(guò)合理的多級泄流能量配合,保證SPD 有較長(cháng)的使用壽命和設備電源端口的殘壓低于設備端口耐雷電沖擊電壓,確保設備安全。SPD 一般并聯(lián)安裝在各級配電柜(箱)開(kāi)關(guān)之后的設備側。在電源總進(jìn)線(xiàn)處安裝電源第一級沖擊電流Iimp(10/350μs)≥12.5kA、電壓保護水平Up≤2.5 kV的浪涌SPD,在電源分配電箱處安裝電源第二級沖擊電流Iimp(10/350μs)≥10.0kA、電壓保護水平Up≤1.5 kV浪涌SPD,在重要用電設備插座處安裝電源第三級浪涌SPD。SPD 連接導線(xiàn)應平直,導線(xiàn)長(cháng)度不宜大于0.5m,接地線(xiàn)連接等電位接地母排,接入電氣豎井的接地干線(xiàn)。
4.2 數據線(xiàn)路信號防雷
正確選用傳輸電纜,低頻電路盡量使用雙扭絞線(xiàn),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)遠距離傳輸數據通信需要防護線(xiàn)與線(xiàn)之間、線(xiàn)與大地之間的雷電入侵,當廣域網(wǎng)使用光纖接入時(shí),光纖線(xiàn)路無(wú)需考慮此線(xiàn)路的雷電防護,但光纜金屬護套和金屬芯線(xiàn)可能引入雷電,必須在接入設備之前,光纜的所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強芯等,應在入戶(hù)處直接接地。
4.2.2 局域網(wǎng)
局域網(wǎng)雷電防護的重點(diǎn)是做好局域網(wǎng)網(wǎng)線(xiàn)的屏蔽,同時(shí)加強終端設備局域網(wǎng)端口的雷電防護。中心機房?jì)鹊姆⻊?wù)器網(wǎng)口安裝網(wǎng)絡(luò )防雷器;中心交換機與二級交換機之間屬于光纖線(xiàn)路連接的,加強芯做良好接地;路由器連接到防火墻的線(xiàn)路,防火墻入口處安裝一組網(wǎng)絡(luò )避雷器。在傳輸途徑較遠交換機的輸出端和各部門(mén)用戶(hù)終端,計算機處安裝信號SPD防護。
網(wǎng)絡(luò )信號防雷電浪涌SPD是針對特定的要求來(lái)設計的,技術(shù)指標繁多,使用浪涌SPD必須同時(shí)具備良好的防護性能和優(yōu)異的傳輸指標。從傳輸的角度來(lái)看,浪涌SPD連接在通信網(wǎng)絡(luò )上相當于增加了網(wǎng)絡(luò )的分散參數,增加了線(xiàn)路損耗,對傳輸性能會(huì )造成一定的影響。目前在通信網(wǎng)絡(luò )中使用的主要防護設備有:用于2MHz以下音頻通信線(xiàn)路的MDF保安單元,用于15MHz以下接入網(wǎng)線(xiàn)路的xDSL浪涌保護器,用于百兆局域網(wǎng)的寬帶網(wǎng)絡(luò )浪涌保護器,用于控制系統、低速網(wǎng)絡(luò )的數據線(xiàn)浪涌保護器,用于天饋回路的天饋防雷器等。所安裝的SDP應根據被保護設備的工作電壓、接口型式、特性阻抗、信號傳輸速率、頻帶寬度及傳輸介質(zhì)等參數選用插入損耗小,限制電壓不超過(guò)設備端口耐壓水平的PSD。
信號線(xiàn)路浪涌保護器(SPD)與被保護設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(xiàn)路應串接安裝SPD,僅有接線(xiàn)柱組成的接口應并聯(lián)安裝SPD。
當采用屏蔽線(xiàn)系統時(shí),線(xiàn)纜中傳輸信號頻率為1MHz以下時(shí),采用單端接地,采用單端接地應保持各子系統中屏蔽層的電氣連續性。線(xiàn)纜中傳輸信號頻率為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大于1伏。
4.3 中心機房屏蔽處理
屏蔽層可分攤70%的電流。在要防護的機房?jì)攘姘惭b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)對進(jìn)入被屏蔽機房?jì)鹊碾娫淳�(xiàn)、信號傳輸線(xiàn)等均采用外套金屬管狀或金屬編織網(wǎng)的外導體,并將其接入地網(wǎng)進(jìn)行屏蔽。機房?jì)鹊拈T(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形成一個(gè)等電位的屏蔽整體,消除室內設備、金屬導體之間的電位差,防止雷電電磁脈沖對設備的損害。在網(wǎng)絡(luò )中心沿墻根敷設均壓帶。室內均壓帶采用≥75mm2紫銅帶或30mm×3mm銅帶作為主材。將主材沿墻環(huán)繞一周,并依照防護等級要求,形成閉合網(wǎng)格狀態(tài),網(wǎng)格大小應在3×3米內,并與接地匯流排可靠連接。室內的網(wǎng)絡(luò )設備和其他電氣設備的外殼、機柜和各種金屬構件、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(xiàn)連接至均壓環(huán)。
4.5 設備安全距離
因建筑物的引下線(xiàn)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 )形成強磁場(chǎng),所以總配線(xiàn)架(MDF)不應安裝在柱上或柱附近,為金屬外殼時(shí)應接地屏蔽。計算機網(wǎng)絡(luò )系統的電源和信號主線(xiàn)路應盡量遠離外墻,最好設置在室內的中心位置。
4.6 綜合布線(xiàn)
建筑物之間傳輸線(xiàn)盡可能選用光纜;電源線(xiàn)不與網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)同槽架設;數據插座與電源插座保持一定距離,距離大于30cm;廣域網(wǎng)線(xiàn)纜不與局域網(wǎng)線(xiàn)纜同槽架設;屏蔽槽要求兩點(diǎn)接地并達到一定厚度。電子設備的電源線(xiàn)與信號線(xiàn)所形成的回路面積要盡量小,避免產(chǎn)生大的回路感應電勢。在機房布線(xiàn)時(shí)應考慮防雷安全凈距見(jiàn)《電子信息系統防雷設計規范》GB50343-2004第5.3.3條款的要求。
4.7 共用接地系統
《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》GB50343-2004 第5.2.5條款:“防雷接地應與交流工作接地、直流工作接地、安全保護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備中要求的最小值確定。” 雷擊時(shí)將會(huì )在導線(xiàn)、金屬管網(wǎng)、地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、屏蔽范圍內的一切設施上形成均壓等電位。如有特殊要求設置獨立地,則應在兩地網(wǎng)間用地極保護器連接,兩地網(wǎng)之間平時(shí)是獨立的,防止干擾,當雷電流來(lái)到時(shí)兩地網(wǎng)間通過(guò)地極保護器瞬間連通,形成等電位連接。許多計算機設備的電源線(xiàn)采用單相三線(xiàn)電纜,分別為火線(xiàn)、零線(xiàn)及連接在金屬外殼上的地線(xiàn),故與設備相連的電源插座應采用有安全保護地的三孔插座。
5、結語(yǔ)
計算機網(wǎng)絡(luò )系統對雷電過(guò)壓的防護要求比較高,雷電對計算機網(wǎng)絡(luò )系統的危害是多途徑的,雷電的產(chǎn)生機理的研究待完斷,目前的防雷技術(shù)難以達到100%的防雷效果,需要進(jìn)一步研究。
參考文獻
[1] 林維勇,王時(shí)煦.建筑物防雷[M].北京:中國建筑出版社,1985.
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