 |
|||
|
工程案例
联系我们
|
 翌丰首页  工程案例 >  计算机网络系统防雷设计 |
|
一、系统简介
计算机机房网络通信系统雷电防护包括外部通信线路的雷电防护和机房内部设备之间的串口雷电防护。外部通信线路主要有音频传输线路（PSTN）、数据传输线路（X.25、ADSL、ISDN、DDN等）、光缆等，内部通信线路主要为网线，另外还有同轴线缆（粗缆和细缆），但现在已较少采用。
外部通信线路在进入机房设备（调制解调器或其它设备）前端应安装具备二级保护的防雷保护器，第一级一般为惰性气体火花间隙放电器，通过 RLC解偶后，进入第二级半导体过电压保护器。光缆一般不会传导雷电，但光缆金属护套和金属芯线可能引入雷电烧毁设备，必须在进入设备之前，使芯线和护套接地，以达到防雷的目的。内部通信线路两端也应安装匹配的电涌保护器，主要表现为在服务器、网络交换机、集线器等端口安装电涌保护器，匹配原则参照防雷标准和计算机通信协议。所有电涌保护器应具备线与线之间、线与大地之间的防雷保护，保护器的通信速率、带宽和损耗等应该符合GB50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》、GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》以及计算机设备的IEEE标准通信的要求。
无线通讯经常在建筑物上架设天线，属于地面特别突出物，是雷电释放的危险途径。馈线进入设备前应加装防雷器。防雷器的插入损耗要求较小，所以一般只能使用间隙放电器件进行有效防护。
进行防雷设计时，必须在使用前详细了解防雷器件及设备的工作要求。例如：PSTN调制解调器有带铃压和不带铃压二类，带铃压调制解调器工作电压为48v至54v，铃压为175v至180v，防雷器的保护电压应大于180v；不带铃压的调制解调器工作电压为48v至54v，防雷器的保护电压应不小于54v。如果两类防雷器混装，将对前者造成通讯信号短路，对后者造成防雷工作能力丧失。
二、雷电入侵计算机网络的可能途径：
1、入侵途径
（1）雷电直接击中计算机网络物理线路
a．落雷点为电源高电压侧，雷电沿供电线路侵入到计算机网络系统供电部分，产生过电流与过电压造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电、致使整个系统瘫痪。
b．雷电直击网络无线通信的天线、沿天馈进入计算机网络系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏。
c. 雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、X25专线、电话线），产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路损坏；过电压过电流沿通信有线线路侵入到网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损坏。
（2）感应过电压
a. 回路感应过电压
由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路（如电源线、数据通信线、天馈线），这些线路、网络结构布局错综复杂，在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路，当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与这回路相连接的电子设备。
网络通信线路上感应过电压分静电感应与电磁感应：
静电感应主要是指架空线路位于雷击点附近，由雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷迅速释放，形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线两侧传播，侵入线路两端连接的网络设备将其损坏。
当雷电直接击在避雷针避雷带上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，在雷电流的通道附近产生一个很强的瞬变磁场。这强大的磁场将直接在电源线或网络通信线路上感应出过电压，侵入到网络系统中，损坏网络设备。高强度（30KA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1km范围内网络系统产生影响，甚至造成系统设备损坏。据统计，这种感应雷击事故占计算机雷击事故的70%。
b. 耦合与转移过电压
雷击引起暂态高电压或过电压常常可以通过网络线路耦舍或转移到网络设备上，造成设备的损坏。
（3）雷击地电位抬高入侵
建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与防雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至威胁人身安全。
2 、计算机网络设备抗干扰能力分析
因为计算机及网络设备是由大量的大规模集成电路组成，其抗干扰能力弱，成虽采取了许多抗干扰措施，对低能量干扰比较有效，但对雷电电磁脉冲生成的过电压过电流技术比较薄弱，对浪涌或雷电磁脉冲特别敏感，仅十几伏的电压就可通过电源系统、数据传输线等途径将毁坏计算机主板、RS-232口、多功能卡、网络设备。
三、设计方案
（一）设计依据
根据 GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章：防雷设计；GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及YD/T 5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》第五部分： SPD 的选择；第5.3条：信号线用SPD；第5.5条：计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求，参照 IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求，对于通信线路的防护，需对设备进线缆线使用 8/20μs 波形、通流容量3KA以上的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
（二）实施方法 1、机房供电系统防护方案
由于有70％雷击高电位是从电源线侵入的，为保证设备安全，计算机机房供电系统一般应采用三级雷电防护措施，对入侵电源线路和雷电流实施分级泄流，级与之间实现能量配合，逐步降低残压，将雷电过电压箝位在到较低的水平，达到保护设备的目的。
（1）电源第一级防护：由于室内电源线路受太大雷击的机会较少，对于建筑物，室内第一级电源防雷可省（如果供电线路为架空敷设，则应考虑在总配电箱前端安大通流容量的防雷器，如选用翌丰品牌YF-X380B120，作为第一级防护）；
（2）电源第二级防护：在机房所在大楼的总配电箱安装箱式三相电源防雷器，型号：YF-X380B40，作为电源第二级防护，保护机房设备的安全；
（3）第三级电源防护：在机房所在楼层的电源配电箱处安装箱式单相电源防雷器，型号为YF-X220E20，作为电源第三级防护，将雷电波限制在机房弱电设备真正能承受的范围，从而保障设备不受损坏。
2、网络信号线路防护方案
（1）在ADSL/DDN/ISDN通信线路进入设备前端安装数据信号防雷器器，型号为：YF-XH/ADSL（或YF-XH/DDN、YF-XH/ISDN），数量要根据被保护通信线路数量来定，作为ADSL（DDN/ISDN）通信线路的信号防雷保护。
（2）在以太网络服务器的网络通信线路进入设备（电脑、服务器）前端安装计算机网络防雷器，型号为：YF-RJ45/4，数量要根据被保护设备数量来定，用于计算机电脑、服务器设备的防雷保护。
（3）在每台网络交换机（24口）的网络通信端口应分别安装一套24口机架式网络防雷器，型号为：YF-24RJ45/4，用于网络交换机的防雷保。
（4）对电话接入的帧中继线路采用一套 YF-DH通信线路防雷器 ，用于帧中继通信线路的防雷保护。
（5）网络间传输使用的光纤无须进行防护，但是光缆的金属加强筋需要做接地。
从防雷角度上考虑，布线一定要明确表示：
1、电源线不要与网络线同槽架设，数据插座与电源插座保持一定距离；
2、广域网线缆不要与局域网线缆同槽架设；
3、网线与墙壁布置时，有条件应远距离安装；
4、屏蔽槽有厚度要求，并要求两点接地。
五、机房内接地及等电位连接
（一）设计依据
依据 GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》第六章、防雷击电磁脉冲；第三节、屏蔽、接地和等电位连接第6.3.4条要求：所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接；信息系统的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络，并与建筑物的共用接地系统连接。内部金属装置与等电位连接带之间的连接导体采用铜材时,最小截面积为6mm2 ,采用铝材时, 最小截面积为10mm 2 ,采用铁时,最小截面积为16mm 2；铜或镀锌钢等电位带的截面积不应小于50mm 2 。
依据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第5章 防雷设计 第5.2节 等电位连接和共用接地系统设计 第5.2.5条:防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。
依据 GB50174-93 《电子计算机机房设计规范》第六章 电气技术：第四节接地要求：第 6.4.2条、 第 6.4.2条要求，采用共用接地时，电阻按各种接地方式的最小值要求。
依据 GB50198 -94 《 民用闭路监视电视系统工程技术规范 》第 2章：第2.5节供电、接地与安全防护：第2.5.4条要求当采用共用接地时，接地电阻不大于1欧姆；
依据 JGJ/T16-92 《民用建筑电气设计规范》第 14 章接地与安全：第 14 .7.5.3条要求，当机房接地与防雷接地系统共用时，接地电阻要求小于1欧姆。因此对于监控机房和通讯机房接地均应与建筑物防雷地等共用同一接地装置，接地电阻要求小于1欧姆。
（二）实施措施
由于雷电泻放存在趋肤效应，建筑外层钢筋泻放的雷电流通常为建筑内部钢筋的数倍。一般机房所在区域跨外部、内部两个钢筋区域，因此各钢筋柱间在雷电泻放时存在较大的电压差，这对精密、贵重设备尤为有害，因此设置均压带均衡各钢筋柱间的电压。通常在机房内沿墙敷设非闭合等电位铜带一周，材料采用 -30×3mm紫铜带，用φ8绝缘子作支撑；在各机房内靠近柱子的角位处，分别安装一块等电位汇流排，规格为100×10mm的紫铜板，长30厘米，开凿各机房内的建筑物柱子，利用铜铁接头与柱筋焊接后，与汇流排连接；将各机房内的所有信号屏蔽线槽接与等电位汇流排或等电位铜带连接。另外，将电源PE线、机房内的设备外壳、机架等可导电金属物体就近与汇流排或铜带连接，连接线采用6mm 2 多股铜芯线。若机房接地系统的接地电阻大于1欧姆时，还需要在建筑物周围增加接地装置。
（三）施工方案
a、从机房内引出两条建筑钢筋，并在引出点用80×300×5mm铜排制作接地汇流排供设备和防雷保护器接地用。用30×3mm铜带制作均压带，将主钢筋与均压带连接，将金属门窗、各种线路的金属屏蔽管、各种电子设备的金属外壳、机架等与接地汇流排连接。
b、对主机房：将主机房均压带用70mm 2 多股铜芯线穿金属屏蔽管与室外接地网连接。对分机房：将分机房均压带用50mm 2 多股铜芯线穿金属屏蔽管与室外接地网连接。
c、将各种信号线的屏蔽管在进入中控室时用16mm 2 多股铜芯线做等电位连接处理。在进入主机房后，再将屏蔽管用16mm 2 多股铜芯线与接地汇流排做等电位连接处理。
六、防雷方案图
1、机房电源系统三级防护示意图
 2、计算机网络防雷示意图
 七、运行维护
（1）防雷器安装之后，应检查所有接线是否正确安装，然后运行测试，看系统和设备是否正常工作，有无异常情况，如有，应及时检查，直至整个系统均正常运作。
（2）每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。 （3）接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。 （4）每年雷雨季节前应对运行中的防雷器进行一次检测，雷雨季节中要加强外观巡视，如检测发现异常应及时处理。 |
