網(wǎng)絡(luò)機(jī)房雷電防護(hù)解決方案
一、概述
雷電災(zāi)害是一種目前人類還無法抗拒的嚴(yán)重自然災(zāi)害,雷電造成人員傷亡及設(shè)備損壞的事件屢有發(fā)生。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展,精密電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,由于精密電子設(shè)備抗過電壓、過電流及電磁脈沖的能力極低,毫無防范的系統(tǒng)一旦遭受雷擊,設(shè)備將會(huì)遭受重創(chuàng)。隨著我國(guó)信息化建設(shè)進(jìn)程的加快,信息系統(tǒng)的投入加大,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)正扮演著愈來愈重要的角色,雷電災(zāi)害對(duì)其造成的威脅和危害也愈來愈大,每年都有多起因雷擊造成計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)施損壞,從而導(dǎo)致信息傳輸中斷、信息受損乃至威脅人身安全的事故發(fā)生。
二、雷電侵害網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的幾種途徑
雷電侵害計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有兩種方式:直擊雷侵害和感應(yīng)雷侵害。雷電直接擊中設(shè)備所在建筑物或設(shè)備連接線路并經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備入地的雷擊過電流稱為直擊雷;由雷電電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場(chǎng)經(jīng)導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓、過電流所形成的雷擊稱為感應(yīng)雷。直擊雷擊中建筑物,會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流,如果電壓分布不均會(huì)產(chǎn)生局部高電位,對(duì)周圍電子設(shè)備形成高電位反擊,擊毀建筑物,損壞設(shè)備,甚至造成人員傷亡。感應(yīng)雷一般由電磁感應(yīng)產(chǎn)生,通過電力線路、信號(hào)饋線感應(yīng)雷電壓入侵計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從而造成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的大面積損壞。因而雷電對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的入侵主要有以下三個(gè)途徑:
?。?)直擊雷經(jīng)過建筑物接閃器入地泄放雷電流,導(dǎo)致數(shù)萬伏的地網(wǎng)地電位,通過設(shè)備接地線入侵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形成地電位反擊。
?。?)雷電流沿建筑物避雷引下線入地時(shí),在引下線周圍產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng),從而在引下線周圍的金屬管(線)上經(jīng)感應(yīng)而產(chǎn)生過電壓,通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電力或信號(hào)線入侵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
?。?)進(jìn)出建筑物的電源線或通信線等在大樓外受直接雷或感應(yīng)雷而加載的雷電壓及過電流沿線路竄入,侵害網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
由此可見,雷電主要是通過供電電源線路、通信線路及接地系統(tǒng)入侵計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷主要是針對(duì)上述三種可能進(jìn)行雷電防護(hù),通過增加各級(jí)防雷設(shè)施,盡可能地防御和減輕雷電災(zāi)害對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成的損害。
三、雷電防護(hù)措施
3.1直擊雷防護(hù)
對(duì)于直擊雷的防護(hù),可采取分流的措施,利用接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)將雷電流沿引下線導(dǎo)入大地,防止直擊雷擊中建筑物或設(shè)備上。
建筑物屋面應(yīng)采用接閃帶、接閃網(wǎng)或接閃桿作為接閃器。接閃網(wǎng)(帶)應(yīng)沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè),并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不應(yīng)大于10m×10m或12m×8m的網(wǎng)格。接閃網(wǎng)(帶)、引下連接線采用Φ12鍍鋅圓鋼、—40×4mm鍍鋅扁鋼形成。引下線不應(yīng)少于兩根,應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置,其間距不應(yīng)大于18m。 對(duì)于新建的建筑物,接閃網(wǎng)(帶)引下接地線宜利用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)對(duì)角鋼筋。若柱內(nèi)鋼筋直徑不小于Φ16,用二根柱內(nèi)對(duì)角鋼筋作為引下線;若柱內(nèi)鋼筋直徑小于Φ16,用四根柱內(nèi)對(duì)角鋼筋焊連作為引下線。
3.2電源系統(tǒng)的防護(hù)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電源并非獨(dú)立的供電系統(tǒng),仍然由電力線路輸入室內(nèi),理論上電力線路可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷。如果直擊雷擊中高壓線路,經(jīng)過變壓器耦合到低壓端,通過計(jì)算機(jī)供電設(shè)備入侵計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);同樣低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)過電壓。無論是何種情況下的雷電造成電源線路的過電壓,均會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備造成毀滅性的損壞。
由于雷電產(chǎn)生了強(qiáng)大的過電壓、過電流,無法一次性在瞬間完成泄流和限壓,所以電源系統(tǒng)必須采取多級(jí)的防雷保護(hù),至少必須采取泄流和限壓前后兩級(jí)防雷保護(hù)。按照我國(guó)現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷技術(shù)要求規(guī)定,電源系統(tǒng)應(yīng)該采取多級(jí)雷電防護(hù),即在LPZ0B區(qū)入戶進(jìn)入LPZ1區(qū)處加裝一級(jí)防雷器,以及在開關(guān)電源的整流設(shè)備前安裝第二級(jí)防雷器,在UPS電源輸入端及直流輸出端安裝第三級(jí)防雷器,并設(shè)置電源精密保護(hù)。通過使用多級(jí)電源防雷措施,徹底泄放雷電過電流、限制過電壓,從而盡可能地防止雷電通過電力線路竄入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),損害系統(tǒng)設(shè)備。
(1)在電源線路由LPZ0B區(qū)入戶進(jìn)入LPZ1區(qū)的電源總配電柜處選用B+C/4電源三相電涌保護(hù)器,試驗(yàn)類別為Ⅰ類試驗(yàn)(limp=25kA,ln=25KA,Up=1.8KV,Uc=385V)。前端串接63A電源斷路器,電涌保護(hù)器PE線長(zhǎng)度不應(yīng)大于0.5m,采用16mm2BVR銅芯線就近接地。
?。?)在電源分配電柜處選用40-385/4電源三相電涌保護(hù)器,試驗(yàn)類別為Ⅱ類試驗(yàn)(ln=20KA,Up=1.8KV,Uc=385V)。前端串接32A電源斷路器,電涌保護(hù)器PE線長(zhǎng)度不應(yīng)大于0.5m,采用10mm2BVR銅芯線就近接地。
?。?)在機(jī)房設(shè)備分配電柜及UPS電源進(jìn)線端處選用20-275/4電源三相電涌保護(hù)器,試驗(yàn)類別為Ⅱ類試驗(yàn)(ln=10KA,Up=1.2KV,Uc=275V)。前端串接32A電源斷路器,電涌保護(hù)器PE線長(zhǎng)度不應(yīng)大于0.5m,采用6mm2BVR銅芯線就近接地。
(4)在機(jī)房設(shè)備電源處采用PDU電源分配單元電涌保護(hù)器,試驗(yàn)類別為Ⅱ類試驗(yàn)(ln=5KA,Up=1.2KV,Uc=275V)。電涌保護(hù)器PE線長(zhǎng)度不應(yīng)大于0.5m,采用6mm2BVR銅芯線就近接地。
3.3信號(hào)系統(tǒng)的防護(hù)
現(xiàn)代建筑物內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)不再是一個(gè)信息孤島,它必須是一個(gè)互連互通的開放性網(wǎng)絡(luò),來滿足人們信息交換的需求。各建筑物之間以及建筑物與外部網(wǎng)絡(luò)之間都需要物理介質(zhì)的連接,內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)連接的通信方式有多種,有通過普通電話雙絞線為通信介質(zhì)實(shí)現(xiàn)互連的,如PSTN(撥號(hào)接入)、ISDN技術(shù)、DDN 技術(shù)、ADSL 技術(shù)等等;有通過5 類非屏蔽雙絞線、光纖為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)通信連接的。
在上述幾種通信方式中,除光纖介質(zhì)外(光纖內(nèi)部金屬在入戶處也應(yīng)做等電位連接),其它介質(zhì)都可能因遭受直接雷或感應(yīng)雷而侵害兩端連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。
首先,暴露的通信電纜會(huì)直接受到雷電襲擊;平行鋪設(shè)的電纜,當(dāng)某一電纜被雷電擊中時(shí),會(huì)在相鄰的電纜感應(yīng)出過電壓。
其次,即便是埋在地下的通信電纜,當(dāng)?shù)孛嬖馐苤睋衾谆蚶纂娡ㄟ^地面泄放時(shí),強(qiáng)大的雷電壓會(huì)穿透土壤,使雷電流入侵到電纜,竄入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前我國(guó)正大力推廣寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù),根據(jù)最近的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)目前應(yīng)用最多的寬帶上網(wǎng)方式為ADSL 方式,占全部用戶的89.3%,而ADSL 技術(shù)使用的介質(zhì)是普通的電話線路,因電話線路遭受雷擊,導(dǎo)致?lián)p壞兩端通信設(shè)備的事故常有發(fā)生,與此連接的網(wǎng)絡(luò)如果不采取任何防雷防范措施,一旦遭受雷擊,系統(tǒng)將會(huì)遭受巨大的損失。
為了避免因通信電纜引入雷電侵害的可能性,通常采用的技術(shù)是在電纜接入網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備前首先接入信號(hào)避雷器(信號(hào)SPD),即在鏈路中串入一個(gè)瞬態(tài)過電壓保護(hù)器,它可以防護(hù)電子設(shè)備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓,阻斷過電壓及雷電波的侵入,盡可能降低雷電對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的沖擊。由于信號(hào)避雷器串接在通信線路中,所以信號(hào)避雷器除了滿足防雷性能特征外,還必須滿足信號(hào)傳輸帶寬等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的要求。因而選擇相關(guān)產(chǎn)品時(shí),應(yīng)充分考慮防雷性能指標(biāo)及網(wǎng)絡(luò)帶寬、傳輸損耗、接口類型等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。
信號(hào)線路防雷可選用RJ45/16型網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電涌保護(hù)器,試驗(yàn)類別為Ⅱ類試驗(yàn)(ln=3KA,Up≤25V,Uc=6V)。電涌保護(hù)器PE線長(zhǎng)度不應(yīng)大于0.5m,采用6mm2BVR銅芯線就近接地。
3.4機(jī)房的屏蔽及等電位
在機(jī)房四周設(shè)置一均壓環(huán),作為各防雷器及設(shè)備的接地線匯聚排,并與接地裝置可靠連接。均壓環(huán)材料為30*3紫銅排。將機(jī)房?jī)?nèi)部的所有金屬物體進(jìn)行等電位連接,如設(shè)備外殼、金屬線槽、配電柜PE排等,可以在一定程度上減少雷電發(fā)生時(shí),外界感應(yīng)雷、雷電電磁脈沖對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)部各個(gè)設(shè)備的破壞。
3.5接地系統(tǒng)
建筑物應(yīng)采用聯(lián)合共用接地系統(tǒng),防雷接地、低壓配電系統(tǒng)(保護(hù))接地、工作接地、屏蔽接地、等電位接地等共用一個(gè)接地系統(tǒng)。建筑物的接地一般都采用其鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為地網(wǎng),建筑物其鋼筋混凝土基礎(chǔ)埋地較深,大樓的接地電阻基本上能滿足要求,因此可以使用大樓的主鋼筋作為防雷接地系統(tǒng)。其工頻接地電阻不應(yīng)大于1歐姆。如果土壤電阻率較高,接地電阻難以滿足要求,可以通過增加人工接地體并使用降阻材料來降阻。
在建筑物入戶處設(shè)置總等電位端子,并與接地裝置相連。將所有進(jìn)入建筑物的金屬管道及纜線的接地與之相連,如天饋線接地、光纜加強(qiáng)芯的接地、供電線屏蔽管道的接地等。
接地裝置材料選擇,金屬接地體應(yīng)采用熱鍍鋅材料,在各個(gè)焊接點(diǎn)由于已破壞了原來的熱鍍鋅層,因此一定要做防腐蝕處理。垂直接地體長(zhǎng)度為1.5~2.5m,垂直接地體間隔為其自身長(zhǎng)度的1.5~2倍。接地體上端距地面不小于0.7m,且應(yīng)在凍土層之下。垂直接地體可采用∟50*50*5mm的角鋼或接地銅棒等材料,水平接地體和接地引入線可采用—40*4mm扁鋼以及接地模塊,并添加降阻劑等材料降低接地電阻。
3.6其它防護(hù)措施
為避免系統(tǒng)設(shè)計(jì)遺留防雷隱患由于網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平參差不齊,部分設(shè)計(jì)人員不僅缺乏防雷安全知識(shí),而且缺乏防雷安全意識(shí),往往導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在布線設(shè)計(jì)時(shí)就留下了防雷安全隱患。因此,對(duì)室外網(wǎng)絡(luò)布線,應(yīng)盡量使用光纖通信介質(zhì),并采取地埋敷設(shè)電纜。另外,信息中心是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心,網(wǎng)絡(luò)的重要通信設(shè)備均設(shè)置在此,所以計(jì)算機(jī)機(jī)房的選位也涉及到防雷安全,從防雷角度考慮,計(jì)算機(jī)機(jī)房應(yīng)避免選擇在大樓的頂部或邊角位置,對(duì)多層或高層建筑物宜設(shè)置在二、三層,以減輕建筑物遭雷擊時(shí)直接雷對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的沖擊。