計(jì)算機(jī)機(jī)房的雷電防護(hù)

1、計(jì)算機(jī)機(jī)房的雷電防護(hù)摘要： 為了使機(jī)房?jī)?nèi)有良好的電磁環(huán)境，除了作好等電位連接外，還要作好機(jī)房的屏蔽工作。當(dāng)機(jī)房屏蔽系數(shù)較大時(shí)，外界的電磁場(chǎng)經(jīng)過機(jī)房的屏蔽效應(yīng)后會(huì)有較大的衰減。因此，雷擊電磁脈沖對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾也就大大降低。關(guān)鍵詞：等電位連接、 屏蔽。一、引言： 雷電是發(fā)生在大氣層中的聲、光、電等物理現(xiàn)象，屬于自然災(zāi)害之一。有史以來，雷電便以極大的破壞力造成建筑物倒塌、起火和人員傷亡，給人類的生活、工作帶來了很大的危害。雷電災(zāi)害的特點(diǎn)是：受災(zāi)面積廣，從二維空間發(fā)展到三維空間。近年來，由于高層建筑的不斷興起和信息處理技術(shù)的日益普及，各種電子設(shè)備廣泛地配備在各類建筑物中，導(dǎo)致雷擊的目標(biāo)增多、雷災(zāi)的經(jīng)濟(jì)

2、損失及危害程度也大大的增加?，F(xiàn)代防雷技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)的工程，它包括外部防雷和內(nèi)部防雷，即直擊雷的防護(hù)和雷電電磁脈沖的防護(hù)。強(qiáng)調(diào)全方位防護(hù)，綜合治理，層層設(shè)防的原則。雷電侵入機(jī)房、設(shè)備及計(jì)算機(jī)通信等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要有四個(gè)途徑：電源系統(tǒng)引入，信號(hào)傳輸通道引入，地線的反擊及機(jī)房的屏蔽不良而造成的雷擊電磁脈沖。為了提高機(jī)房、設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠度，保障工作人員的人身安全，除了應(yīng)架設(shè)好避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)，采取完善的直擊雷防護(hù)措施外，還必須在建筑物內(nèi)的電源系統(tǒng)（所有供電設(shè)備、用電設(shè)備、備用發(fā)電設(shè)備）、天饋系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行可靠有效的防護(hù)，在攔截、分流、均衡、屏蔽、

3、接地、布線等六大方面實(shí)施完整的多層次的防護(hù)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)機(jī)房是一個(gè)很容易遭雷擊的地方。一旦遭到雷擊機(jī)房里的電子設(shè)備工作失靈，重則使電子設(shè)備永久損壞，嚴(yán)重時(shí)還可能造成機(jī)房工作人員的傷亡。因此做好計(jì)算機(jī)機(jī)房的雷電防護(hù)是具有重要意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的。那么， 如何做好計(jì)算機(jī)機(jī)房的雷電防護(hù)呢？主要從兩方面著手：直擊雷的防護(hù)和雷電電磁脈沖的防護(hù)。保證機(jī)房?jī)?nèi)有良好的電磁環(huán)境。二、直擊雷的防護(hù)1、防護(hù)的途徑直擊雷的防護(hù)途徑主要依靠避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶等作為接閃器，把雷電流接閃下來，然后通過良好的接地裝置迅速而有效地將其泄放到大地。如圖1為直擊雷防護(hù)的示意圖。常用的接閃裝置，如避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)等，它們

4、都是用金屬做成，安裝在建筑物的最高點(diǎn)，如屋脊或屋角等最易受雷擊的地方。避雷網(wǎng)是用金屬線做成的網(wǎng)，架在建筑物頂部空間，然后用截面積足夠大的金屬物讓它與大地連接。 2、防護(hù)原理： 當(dāng)高空出現(xiàn)雷云的時(shí)候，大地上由于靜電感應(yīng)作用，必然帶上與雷云相反的電荷， 然而接閃設(shè)備都處于地面上建筑物最高處，與雷云的距離接近，而且與大地有良好的電氣連接，所以它與大地有相同的電位、一致接閃設(shè)備附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)比較大，比較容易吸引雷電先驅(qū)，使主放電集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物體受雷擊的幾率就大大減少。而接閃器被雷擊的幾率卻大大提高，所以就接閃器本身而言，它不但不能避免雷擊，相反是招來更多的雷擊，它以自

5、身多受雷擊而使周圍免受雷擊。由于接閃器都與大地有良好的電氣連接，使大地積存的電荷能量迅速與雷云的電荷中和。這樣由雷擊而造成的過電壓的時(shí)間大大地縮短，雷擊危害就大大減少。 三、雷擊電磁脈沖的防護(hù) 雷擊電磁脈沖是雷電流從“先導(dǎo)”到“主放電”的過程中向外輻射的高頻和甚高頻的能量。其放電峰值大，電場(chǎng)強(qiáng)、電流陡度大，頻譜從1000hz到100mhz。受雷擊電磁場(chǎng)的感應(yīng)，架空電線、天面天線、電纜等都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)過電壓和脈沖電流，感應(yīng)過電壓和脈沖電流若被引入機(jī)房 則會(huì)對(duì)設(shè)備造成大的威脅。雷擊電磁脈沖的防護(hù)主要是采用等電位的連接和屏蔽措施。1、等電位連接1.1 等電位的概念、雷擊時(shí)，由于雷擊電磁脈沖的作用

6、會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中各部件存在著電位差。需要防雷的空間內(nèi)（計(jì)算機(jī)機(jī)房）采取等電位連接的方法可有效降低上述存在的電位差，等電位連接包含兩方面的內(nèi)容。一是把計(jì)算機(jī)機(jī)房本身及引入建筑物屋面所有的大金屬物以及其他金屬管道、電纜金屬屏蔽層、電力系統(tǒng)的零線、建筑物（機(jī)房）的接地體等，全部用電氣連接的方法連接起來(銅排連接或者其他可靠的導(dǎo)電連接) ，使整個(gè)建筑物成為一個(gè)良好的等電位體。二是在電源線、信號(hào)線等與外界有進(jìn)出的金屬線上安裝合適的過電壓保護(hù)裝置(spd)，并且避雷器的接地線要與計(jì)算機(jī)機(jī)房的接地體直接進(jìn)行等電位連接。等電位連接在各部件間起著均衡電位的作用，防止防雷空間內(nèi)各部件高電位差反擊事故的發(fā)生。等電位連接

7、的目的在于減小雷電防護(hù)空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差，防止雷電反擊。當(dāng)機(jī)房建筑物做好防雷等電位連接后，整座機(jī)房成為一個(gè)統(tǒng)一的等電位體，形成一個(gè)“法拉第籠”。當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)， 機(jī)房?jī)?nèi)電子設(shè)備各部件的電位差遠(yuǎn)小于不連接的狀態(tài)。機(jī)房?jī)?nèi)部各金屬體之間大體上是等電位的，所以在現(xiàn)代防雷技術(shù)措施中，等電位連接是最為關(guān)鍵的措施之1.2 接地體的等電位連接在計(jì)算機(jī)機(jī)房中， 一般是采用共用接地, 在接地體的等電位連接時(shí)應(yīng)著重做好以下兩個(gè)方面：（1）計(jì)算機(jī)機(jī)房的基礎(chǔ)宜作為大樓地網(wǎng)的主體。在基礎(chǔ)承臺(tái)內(nèi)，應(yīng)將樁基、梁的鋼筋都焊接連通。在機(jī)房外部地面以下0.7米處做一水平均壓環(huán)（環(huán)形地網(wǎng)），并在外側(cè)與每個(gè)被利用作為引

8、下線的建筑物立柱主鋼筋相連。（2）環(huán)形地網(wǎng)應(yīng)與附近地下的各種金屬管道、金屬構(gòu)件在地下可靠連接。1.3 直擊雷防護(hù)中的等電位連接機(jī)房本身宜利用鋼筋作為防雷裝置, 與該機(jī)房樓內(nèi)外的各種外露的大型金屬物體做好等電位連接。具體做法為: (1) 利用柱筋做為防雷裝置的引下線, 外圍圈梁建筑物的主筋作為水平均壓環(huán), 柱筋和圈梁相互連接, 形成一個(gè)稀疏的“法拉第籠”。(2) 機(jī)房上面所有可能遭受雷擊的較大金屬物體(如圍欄、門窗、廣告牌等)應(yīng)就近作等電位連接。1.4 感應(yīng)雷防護(hù)中的等電位連接雷電電磁脈沖對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的電子設(shè)備侵襲方式主要有兩種: 一是雷電電磁脈沖沿著電源線、信號(hào)線侵入設(shè)備; 二是由于線路的布局、安

9、裝位置不規(guī)范, 電子設(shè)備受雷電在空間產(chǎn)生的電磁場(chǎng)影響而損壞。建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范gb50057- 94 (2000 版) 把防雷區(qū)(lpz) 劃分為: lpz0a 區(qū)、lpz0b 區(qū)、lpz1 區(qū)、lpzn+ 1 (注n= 1、2.) , 由機(jī)房的柱筋、圈梁、屋面網(wǎng)格和接地網(wǎng)等可靠地焊接起來而可以形成的“法拉第籠”。 使建筑物內(nèi)部的雷電電磁感應(yīng)強(qiáng)度略為下降, 可視為lpz1區(qū), 而后續(xù)的防雷區(qū)還要采取屏蔽措施。導(dǎo)線布設(shè)為減輕雷電感應(yīng), 要盡量布置在(電纜井) 大樓中心位置, 垂直布線時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)房立柱, 特別是機(jī)房外墻的立柱, 并可用金屬套管, 金屬套管兩端應(yīng)做好等電位連接。1.4.1 構(gòu)造“

10、法拉第籠”(1) 盡量多利用幾根柱中主筋作為引下線。引下線越多, 流經(jīng)各條引下線的雷電流也越小, 相應(yīng)地減少了各條引下線周圍產(chǎn)生的電磁感應(yīng)強(qiáng)度, 同時(shí)也使得引下線上可能產(chǎn)生反擊的瞬間電壓值降低。(2) 盡量把各層的圈梁作為水平均壓環(huán)。水平均壓環(huán)既可以防側(cè)擊雷, 又起著均衡各層電位差的做用。(3) 把屋面網(wǎng)格、引下線、水平均壓環(huán)、接地網(wǎng)可靠地焊接起來。1.4.2 防雷區(qū)間外部與界面的等電位連接(1) 防止雷電波沿導(dǎo)線侵入最有效的辦法是把各種電源線、信號(hào)線穿金屬管道埋地引入, 同時(shí)信號(hào)線盡可能不要與交流線穿在同一金屬管內(nèi)。(2) 在導(dǎo)線采用穿金屬管 (或屏蔽層電纜) 埋地引入時(shí), 金屬管(或屏蔽層

11、電纜) 至少應(yīng)在兩端, 以及防雷區(qū)交界處做等電位連接。如圖3所示，為一建筑物的等電位連接示意圖。(3) 在電源線和信號(hào)線上必須按裝相應(yīng)的浪涌保護(hù)器（spd）。1.4.3防雷區(qū)間內(nèi)部的等電位連接。(1) 各防雷區(qū)間內(nèi)部應(yīng)設(shè)有閉合環(huán)形的等電位連接帶。該連接帶至少應(yīng)有兩處與機(jī)房主鋼筋相連, 再把各種接地線連接到該連接帶上, 使該防雷區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的等電位。(2) 所有金屬導(dǎo)電物, 如主機(jī)金屬外殼，配線柜(架)、靜電地板、機(jī)房門窗，工作面，墊套等都應(yīng)以最短的線路連接到等電位連接帶上, 或其它已做了等電位連接的金屬物上。2、屏蔽。2.1機(jī)房的屏蔽為了使機(jī)房?jī)?nèi)有良好的電磁環(huán)境，除了作好等電位連接外，還要作

12、好機(jī)房的屏蔽工作。當(dāng)機(jī)房屏蔽系數(shù)較大時(shí)，外界的電磁場(chǎng)經(jīng)過機(jī)房的屏蔽效應(yīng)后會(huì)有較大的衰減。因此，雷擊電磁脈沖對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾也就大大降低。傳統(tǒng)的屏蔽室一般采用鋼板密封焊接，同時(shí)采用屏蔽門、濾波器、波導(dǎo)管等設(shè)備，由于其造價(jià)昂貴和施工條件等限制在工程上推廣不大。單純從防雷角度考慮，計(jì)算機(jī)房的電磁屏蔽只要滿足一般要求就可以了。因此，采用軟屏蔽措施建造的機(jī)房滿足計(jì)算機(jī)房的防雷要求不失為一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。 所謂軟屏蔽措施就是指計(jì)算機(jī)機(jī)房采用高密度鋼網(wǎng)和銅網(wǎng)構(gòu)成，主要原理是應(yīng)用鋼網(wǎng)和銅網(wǎng)組合構(gòu)成的雙基板電容的濾波效應(yīng)，以達(dá)到屏蔽雷電電磁脈沖的作用。軟屏蔽接地方式有兩種：其一是鋼網(wǎng)接地，同時(shí)內(nèi)部銅網(wǎng)不接地形成

13、懸空地；其二是內(nèi)部銅網(wǎng)單獨(dú)接地。具體實(shí)施過程中應(yīng)盡量使銅網(wǎng)和鋼網(wǎng)隔離以增大其形成的電容的容量，達(dá)到最好的濾波效應(yīng)，同時(shí)在鋼網(wǎng)和銅網(wǎng)的敷設(shè)過程中應(yīng)增加短路環(huán)使銅網(wǎng)、鋼網(wǎng)的有效接地面積增大，以達(dá)到整個(gè)屏蔽機(jī)房的等電位作用。在毛坯房期間，鋼網(wǎng)敷設(shè)完畢后應(yīng)在地面上重新進(jìn)行水泥地面施工時(shí)需保持地面平整，待地面有足夠的強(qiáng)度再進(jìn)行靜電地板的鋪設(shè)，為使每塊靜電地板都處于等電位狀態(tài)，應(yīng)在靜電地板的支架下敷設(shè)0.3×30mm的紫銅帶形成網(wǎng)格與屏蔽層的外層連接采用第一種方式。然后，屏蔽室的門一般采用雙層雙開全鋼無窗防盜門并與機(jī)房的地線連接，即實(shí)現(xiàn)均壓等電位又達(dá)到屏蔽接地的目的。計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)按照此種設(shè)計(jì)方法屏

14、蔽機(jī)房效果一般可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)、尋呼機(jī)、對(duì)講機(jī)、收音機(jī)等常見的無線通訊工具在屏蔽機(jī)房?jī)?nèi)無法接受發(fā)射信號(hào)。 2.2線纜的屏蔽 機(jī)房附近發(fā)生雷擊時(shí)，周圍必然有突變的電磁場(chǎng)，由于電磁感應(yīng)的作用，進(jìn)入室內(nèi)的線纜有可能感應(yīng)高電壓，對(duì)計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備的安全運(yùn)行造成威脅。 作好線纜的屏蔽工作可以從以下幾個(gè)方面著手：(1) 金屬編織屏蔽層（包括編結(jié)的或多孔的材料）可在不能采用實(shí)體材料作屏蔽的情況下用來屏蔽電纜。但當(dāng)用于輻射場(chǎng)時(shí)，編結(jié)或編織材料的屏蔽效果隨頻率的增高而降低，而且屏蔽效果將隨編織密度增加而提高。編結(jié)屏蔽層覆蓋的百分率是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性參數(shù)。(2) 線纜穿導(dǎo)管可以使電纜免受電磁環(huán)境的影響。剛性導(dǎo)管的屏蔽效果

15、與同樣厚度同種材料的實(shí)心板相同。鏈接式鎧裝或柔性導(dǎo)管在較低頻率下可以提供有效的屏蔽作用，但當(dāng)頻率較高時(shí)，每?jī)蓚€(gè)鎧裝鏈節(jié)之間的縫隙可能呈現(xiàn)裂縫天線的性質(zhì)，它將大大地降低屏蔽效果。如果必須采用鏈節(jié)式鎧裝導(dǎo)管，則它內(nèi)部的所有布線都應(yīng)該單獨(dú)地加以屏蔽。屏蔽導(dǎo)管的性能惡化通常不是由于導(dǎo)管材料屏蔽性能不夠，而是由于電纜屏蔽層的不連續(xù)性所造成的。這些不連續(xù)性通常是由屏蔽層的拼接或不適當(dāng)?shù)亩私铀鸬摹?3) 此外，應(yīng)該注意那些電磁線圈或者有高啟動(dòng)電流的其他裝置，也就是那些裝有開關(guān)，通常會(huì)引起大幅度瞬變過程的裝置。為了防護(hù)這類材料在冷加工時(shí)會(huì)降低屏蔽特性，不能拉成管子，因此用煺過火的金屬在電纜外面繞成連續(xù)覆蓋

16、層以獲得足夠的屏蔽效果。建議在其外面加上橡膠的防護(hù)性涂層。2.3 設(shè)備的屏蔽良好的設(shè)備屏蔽可以成為雷擊電磁脈沖的第三道關(guān)卡。進(jìn)一步加大電磁場(chǎng)的衰減。對(duì)于金融系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備，如服務(wù)器、路由器等。更應(yīng)該注意設(shè)備的屏蔽效果。其屏蔽原則是：（1）機(jī)房附近設(shè)備，應(yīng)該從設(shè)備殼體與露在外部的所有導(dǎo)體上的各環(huán)節(jié)所輻射的電磁能量，可以采用金屬進(jìn)行全屏蔽。（2）當(dāng)屏蔽要求不高時(shí)，可采用單層金屬網(wǎng)屏蔽；當(dāng)屏蔽要求較高時(shí)，則應(yīng)當(dāng)采用雙層金屬或單層金屬板屏蔽。（3）必須對(duì)設(shè)備實(shí)施六面體的全屏蔽，各屏蔽單元之間要求接觸良好，保證其電氣性能符合規(guī)定。(4)無論是用金屬網(wǎng)屏蔽，還是用金屬板屏蔽，都應(yīng)當(dāng)注意防止結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生諧振特性。這就要求：對(duì)于振蕩部分要進(jìn)行雙層屏蔽；對(duì)于振蕩、電源與輸出耦合等部位，則要分別進(jìn)行屏蔽。對(duì)設(shè)備進(jìn)行屏蔽的簡(jiǎn)單例子就是放置服務(wù)器的柜子，如圖4。 圖4中是在一部設(shè)備內(nèi)的各電路板，以最短的導(dǎo)線與機(jī)殼連接，或者信號(hào)電路相關(guān)的幾部分設(shè)備以最短的導(dǎo)線與同一個(gè)金屬體連接接地，然后多臺(tái)設(shè)備分別引金屬線接到地網(wǎng)的同一點(diǎn)上。事實(shí)上，該設(shè)備的機(jī)殼就起到了良好的屏蔽作用。雷擊產(chǎn)生的電磁場(chǎng)經(jīng)機(jī)過殼的屏蔽作用后會(huì)有較大的衰減。 四、小結(jié)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的使用越來越普遍。而這些設(shè)備存在著絕緣強(qiáng)度低、過電壓和過電流耐受能力差、對(duì)電磁干擾敏感等弱點(diǎn)。一旦防護(hù)不當(dāng)，損失是相當(dāng)嚴(yán)重的。本文主要從雷電的