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1、五、雷电防护技术与应用L i 曲t n i n gP r o t e c t i o nT e c h n o o g ya n dA p p 】i c a t i o n s浅谈微电子智能大厦计算机信息系统雷电防护问题L i g h t n i n gP r o t e c t i o no fC o m p u t e rI n f o r m a t i o nS y s t e mi nM i c r o e l e c t r o n i cI n t e l l i g e n tB u i l d i n g全字辰Q u a nY u c h e n( 中国科学院，北京1 0 0
2、 0 1 5 )随着计算机及其网络技术的大量应用和普及，智能大厦已成为办公楼、写字楼、医院及与国民经济有重要作用且装有大量微电子设备的基础建筑，其中计算机信息类电子设备的雷电防护在智能大厦建设中占有重要的地位。智能大厦的工程属于建筑物弱电工程，工程设计及施工中必须优先考虑保护人和设备不受火灾和雷灾的侵害，必须考虑动力系统与弱电电线、动力电线、通信线路、暖气管道、冷热空气管道、电梯之间的配置合理性，布线系统和绝缘线、裸线以及接地与焊接的安全，必须建设建筑物防雷系统，防雷系统不仅考虑建筑物防雷，还要考虑计算机及其它弱耐压设备的防雷问题。其次才考虑线路的走向及美观程度的特性。根据百年来人们对雷电现象
3、研究得出的结论，认为雷电过电压入侵电器设备的形式有两种：直击雷和感应雷。雷电直接击中线路并经过电器设备入地的雷击过电流称为直击雷( 1 0 3 5 0 烬) ； 由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成的雷击称为感应雷( 8 2 0 A S ) 。1 建筑物防雷按照国家标准G B 5 0 0 5 7 9 4 建筑物防雷设计规范的要求智能大楼为第二类防雷建筑物，防护l O 3 5 0 1 Z s 直击雷首次雷电流为1 5 0 K A 。所以，必须建设防雷设施，设计由避雷网( 带) 、避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网与钢屋架、屋面板钢筋等构成一个整体，实际上形成了一
4、个稀疏的法拉第笼。避雷针或网通过全部力柱基础的钢筋( 单独的引下线) 作为接地体，将强大的雷电流引入大地。计算机系统安置在建筑物内，理论上讲受建筑物防雷系统保护，直击雷击中计算机网络系统可能性较小，但实际上避雷针的真正作用是引雷器( 或雷电称拦截器：或称电位传送器) 。根据I E C 一6 1 3 1 2 标准规定，由于避雷针引下线寄生电感的高频电抗形成的阻挡作用，其最多只能泄放5 0 的1 0 3 5 0 的雷电流，余下的5 0 1 0 3 5 0 j - s ( 7 5 K A ) 雷电流将由金属门、窗、管道、电源线、网络线等渠道泄放大地。计算机设备的电源共模电压耐受V a c l 5 0
5、 0 v 差模电压耐受V d c 5 5 0 v ，余下的雷电流将顺电源线击穿计算机设备。计算机抗直击雷能力很低，计算机设备非常昂贵，通常必须安装防护直击雷的设备。 2 计算机设备及网络设备的终端必须防感应胃感应雷害可由静电感应产生，也可由雷电电磁脉冲产生感应高电压，形成感应雷电压的几率很高，对建筑物内的低压电子设备威胁巨大，计算机网络系统及各种微电子设备的重要终端防雷工作( 除防直击雷是重点外) 重点是防止感应雷击入侵。入侵计算机系统的雷电过电压过电流主要有以下三个途径。( 1 ) 由交流电源供电线路入侵计算机系统的电源由户外电力线路输入室内，电力线路可能遭受直击雷和感应雷；直击雷击中户外电
6、力线路，经过低压配电系统，入侵计算机供电设备( U P S 不间断电源或稳压电源) ；另外低压普通电力线路也可能被直击雷击中或感应出雷电过电压。火线与零线之间、火线与地线之间、火线与火线之间、零线与地线之间产生雷电过电压，在2 2 0 3 8 0 伏电源线上出现的雷电过电压平均可达数万伏，对计算机及网络系统可造成毁灭性( 无可修复性) 打击。1 7 3第四届中国国际防雷论坛论文摘编P r o c e e d i n go nI n t e m a t i o n a lL i g h t n i n gC o n f e r e n c ei nC h i n a ( I L C C )( 2
7、 ) 由计算机通信线路入侵由计算机通信线路入侵分为三种情况。情况一，当地面突出物遭直击雷打击时，强雷电压将邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，形成高压入侵通信线路，造成调制解调器烧毁；情况二，雷云对地面避雷针放电时，在避雷针附近的线路上感应出数千伏的过电压，击坏与线路相连的电器设备，通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播，涉及面广，危害范围非常大。情况三，若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平等铺设时，当某一导线被雷电击中时，会在相邻的导线感应出过电压，击坏低压电子设备。( 3 ) 地电位反击电压通过接地体入侵雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地
8、，由于土壤电阻率较大，在接地体附近放射型的电位分布，若有连接电子设备的其他接地体( 如机房直流逻辑地线) 靠近时，即产生高压地电位顺地线反击进入机房的设备的外壳，入侵电压可高达数万伏以上。3 防冒基本原理( 1 ) 均衡系统电位各个设备建立良好的等电位接地，即交流工作接地、保护接地、直流工作接地、防雷接地公用一组接地装置的联合( 如不能直接形成) 连接地方式，目的是消灭电位差。( 2 ) 逐级分别泄流在雷电流经过的线路上逐级安装避雷设备，将雷电流、感应过电压逐级泄放。( 3 ) 加强屏蔽在线路通道上建立屏蔽层，屏蔽层与大楼联合接地系统良好连接，预防感应雷干扰和破坏通信线路和设备。4 智能大楼防
9、冒问愿( 1 ) 建立联合接地系统，形成等电位防雷体系将建筑物的基础钢筋、梁柱钢筋、金属框架、建筑物防雷引下线等连接起来，形成闭合良好接地的法拉第笼，将建筑物各部分的交流工作地、安全保护地、直流工作地、防雷接地与建筑物法拉第笼良好连接，避免接地线之间存在电位差，消除感应过电压产生的原因。( 2 ) 电源系统防雷在高压变压器输出端进入配电系统各相安装防雷装置作为第一级保护，在大厦的分电柜安装防雷装置作为第二级保护，在楼层配电箱安装电源避雷箱作为第三级保护，注意防雷装置S P D 实施凯文接线。( 3 ) 综合布线系统防雷结构化布线系统是一个能够支持任何用户选择的话音、数据、图形图像应用的电信布线
10、系统。系统应能支持话音、图形、图像、数据多媒体、安全监控、传感等各种信息的传输，支持多用户多类型产品的应用，支持高速网络的应用。结构化布线系统包括系统：主干网垂直布线、水平布线、级联布线、穿越建筑物布线、终端布线等系统。这些系统落实到雷电防护问题经注意的几个问题：光端入户接线问题：电信光缆入户时，光缆芯线 金属加强筋 必须接地，光缆金属铠必须接地，光导纤维必须裸露5 0 r a m 以上，方可以进入光端机，光端机电源和R J 4 5 端口必须安装抵御较大雷电能量的S P D 。网线布线结构问题：雷击本建筑物避雷装置时引起的电磁脉冲，不会对纯垂直网线构成威胁，但是只要网线与垂直方向产生夹角，必将
11、气割磁力线产生感应高压威胁设备安全，所以弱电井内必须加强垂直网线的屏蔽，同时要注意网线水平夹角线的屏蔽问题，水平网必须采取金属屏蔽，屏蔽材料应该是铁磁物质。交换机机级联问题：1 7 4五、雷电防护技术与应用 婪曼皇堡竖塑垒竺! 墼型笪型垒鲤婪! 丝竺! 交换机端口应该有选择的安装S P D ，一般本户内终端安装通流容量大于I K A ( 8 2 0 P s 、限制电压l O V ) 的S P D 即可。连接远程级联的R J 4 5 端口安装通流容量大于5 K A ( 8 2 0 烬限制电压3 0 V ) 的S P I ) 即可。交换机电源处安装S P D 。网线穿越建筑物问题：网线穿越建筑物楼
12、层板和墙壁时，首先安装厚度大于3 m m 的铁管，铁管与建筑物钢筋实施两点以上电气连接，铁管长度两头均长出墙壁5 0 m m ，避免产生高压飞弧烧毁网线及设备。连接穿越网线的R J 4 5 端口安装通流容量大于5 K A ( 8 2 0 p s 限制电压3 0 V ) 的S P D 即可。重要负载终端保护问题：机房内小型机、服务器、核心路由器、磁盘阵列、大型存储器等重要负载终端设备的R J 4 5 端口应该安装通流容量大于5 1 ( A ( 8 2 0 p - s 限制电压3 0 v ) 的S P D 。网线S P D 凯文安装问题：网线用R J 4 5 使用S P D 除了满足雷击通流容量和限制电压，还要实施凯文接线。通常意义的凯文接线主要表现在地线连接方式上。应该在S P D 内部接地点引出两根地线，一根接大地，一根接被保护设备的金属外壳上，实施最大限度的等电位，才能有效的保护网络设备。计算机网络防雷系统是保证高大建筑物内计算机系统可靠运行的基本措施，在建筑物设计施工特别是综合布线系统设计施时，应得到重视，列为基本建设项目。1 7 5
