【正文】 中心機房計算機網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)雷電防護項目設(shè)計技術(shù)方案第一章 概 述當(dāng)今人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已進入了高度信息化的發(fā)展階段，但是仍然在受到能源、環(huán)境和安全這三個因素的困擾，特別是環(huán)境和安全，我們中國的古訓(xùn)深切的告知我們“福莫大于平安”，安全是維持人們正常生活、工作的基本條件，造成不安全的因素很多，但不外乎天災(zāi)和人禍兩大類。在不考慮人為因素的情況下，自古至今我們?nèi)祟愂冀K以積極探索的精神對自然災(zāi)害進行著頑強的抵抗，尤其是對雷電的防護。 在聯(lián)合國確定的國際減輕自然災(zāi)害的十年中，雷電災(zāi)害已經(jīng)上升到自然災(zāi)害首位。由聯(lián)合國國際十年減災(zāi)委員會公布的嚴(yán)重影響著人類正常生活、工作基本安全的十大自然災(zāi)害中，雷暴由于它對人類生命、財產(chǎn)的嚴(yán)重威脅，被列在了顯著的地位。在人類生存的自然環(huán)境中由雷暴所引起的人身傷亡、火災(zāi)、爆炸、建筑物的倒塌、森林大火等事例數(shù)不勝數(shù)，特別是近年來伴隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展及電子用電設(shè)備的廣泛應(yīng)用，各種電子用電設(shè)備遭受雷擊的事例也時有發(fā)生。雷害事故所造成的直接損失和間接損失是嚴(yán)重的，甚至是無法估量的。為此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織成員、國際電工委員會(IEC)也將其稱為“電子化時代的一大公害”。我們也始終關(guān)注著由雷害所造成的過電壓對電子設(shè)備破壞的前期防護這一關(guān)鍵和新的技術(shù)問題。近些年來，在這一新的技術(shù)領(lǐng)域，我們加大了防雷技術(shù)開發(fā)的投入，并與有關(guān)科研院所密切合作，自行研制開發(fā)出了專項的防雷技術(shù)產(chǎn)品系列，更重要的是，我們認(rèn)為進一步加強與我們的最終合作伙伴──使用著和正在準(zhǔn)備使用我們的產(chǎn)品的用戶對這一問題的溝通和討論，共同提高預(yù)防雷患的意識，并且應(yīng)用必備的技術(shù)和產(chǎn)品，實施必要的防護措施，以期保證防止人身傷害事故，保證用電設(shè)備和系統(tǒng)的安全運行，是十分迫切和必要的?；谏鲜鲈颍杆偬岣吆驮鰪娙藗儗纂姙?zāi)害的認(rèn)識和防御意識，深入開展防雷技術(shù)的研究，推出高品質(zhì)的防雷技術(shù)產(chǎn)品，實施有效的雷害防護技術(shù)措施，確保用戶的設(shè)備系統(tǒng)安全運行，不但是所有雷電科學(xué)研究工作者的愿望，同時也是我們在雷害防護事業(yè)上的發(fā)展意識。插圖1：雷電直接襲擊戶外電源線路，雷電高壓通過電源線路侵入機房UPS不間斷電源，將燒毀UPS輸入空氣開關(guān)。插圖2：雷電直接襲擊戶外電源線路，雷電高壓通過電源線路侵入機房UPS不間斷電源，燒斷UPS輸入電源線。插圖3：雷電直接襲擊戶外信號線路，雷電高壓通過信號線路侵入機房計算機設(shè)備，將計算機CPU燒毀。插圖4：雷電直接襲擊建筑物避雷針，雷電流通過大樓主鋼筋瀉入地，雷電流產(chǎn)的運動磁場污染計算機設(shè)備的通訊網(wǎng)口，燒毀計算機硬盤網(wǎng)卡。插圖2插圖1插圖4插圖3第二章 雷電入侵計算機信息系統(tǒng)的途徑在討論計算機系統(tǒng)雷害之前，我們首先來分析討論雷害侵入計算機系統(tǒng)使設(shè)備遭到破壞的途徑。一、由戶外電力線路侵入的雷害1） 產(chǎn)生過程：發(fā)電廠通過高壓輸送線路向用戶線路提供電力能源。在供電系統(tǒng)的線路和用戶的使用線路間形成了一個龐大的電力互聯(lián)輸送網(wǎng)，而且這些線路的大部分都是暴露在室外，并距地面較高處甚至處在較空曠的田野，使這些線路成為了雷暴的侵害對象。無論是直擊雷還是感應(yīng)雷都會侵害這些線路，從而產(chǎn)生過電壓、過電流，并通過這些線路，特別是計算機機房的電力輸送線侵入機房直至用電設(shè)備，造成計算機設(shè)備的損壞，同時機房中的UPS、空調(diào)、通信等設(shè)備也會因侵入的雷過電壓、雷過電流而遭到破壞。2） 破壞分析：a．由于我們國家電力系統(tǒng)的電網(wǎng)運行形式大部分是三相四線制零地合一系統(tǒng)，即變壓器外殼接地為零線[實際為零地合一線]，滿距離50米重復(fù)接地一次。一直接到用戶建筑物配電室。一旦在變壓器至用戶建筑物之間遭到直接雷擊，則雷電高壓沿電力線進入建筑內(nèi)的機房電源系統(tǒng)，必然直接破壞設(shè)備的火線與零線負(fù)載。一般講，計算機設(shè)備的火線與零線之間的電壓耐受不大于650伏，而雷電高壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過650伏。所以，雷電防護首先應(yīng)該安裝火線與零線[零地合一線]的防護系統(tǒng)。b. 我們每次觀察到的一次閃電，至少發(fā)生不少于26個雷電現(xiàn)象的雷擊組合。大小和先后順序，一旦在變壓器至用戶建筑物之間遭到直接雷擊，一個能量大的雷擊發(fā)生在一條火線上，而另一個能量較小的雷擊發(fā)生在另一條火線上，這兩條火線上必然產(chǎn)生一個電位差，則電位差高壓沿電力線進入建筑內(nèi)的機房電源系統(tǒng)，必然直接破壞設(shè)備的火線與火線之間的負(fù)載。我們機房內(nèi)三相UPS系統(tǒng)是破壞的主要對象。UPS的火線與火線之間的電壓耐受不大于1200伏，而雷電高壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1200伏。所以，雷電防護應(yīng)該安裝火線與火線之間的防護系統(tǒng)。二、由戶外通信信號線路侵入的雷害隨著通訊技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛的應(yīng)用各行各業(yè)、通訊信號、信息的傳輸互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這些暴露在戶外的信號網(wǎng)絡(luò)的傳輸線，不論是架空線還是地下傳輸線都可能遭到雷擊(直擊或感應(yīng)雷擊)，雷電沿著信號線路計算機系統(tǒng)和其它用戶的終端設(shè)備入口侵入從而造成設(shè)備的損壞。對于由無線傳輸?shù)耐ㄓ嵭盘?，在天線系統(tǒng)接收無線電信號的同時，也會將雷電同時引下，因此通訊口的防雷保護是必不可少的。三、由戶外避雷針引起的感應(yīng)雷擊在前面我們已著重介紹了由建筑物的避雷裝置承擔(dān)直擊雷的雷擊電流的入地釋放作用時，雷過電流自避雷針引下線上產(chǎn)生的強力變化磁場將作用于周圍導(dǎo)體和金屬物體，從而產(chǎn)生感應(yīng)高壓，在與地線的低電位間產(chǎn)生電位差時擊毀用電設(shè)備和通訊設(shè)備。其危害將波及以下幾個方面：第一是用戶內(nèi)通訊信號線路上侵入的雷擊：一般情況下，由戶外輸入的信號線路在戶內(nèi)首先經(jīng)過機房的轉(zhuǎn)接設(shè)備再傳送到戶內(nèi)其它終端設(shè)備(特別是較大的辦公樓內(nèi)的局域網(wǎng))，這些傳輸線路一般較遠(yuǎn)，而且外部一般無屏蔽措施，極易受到感應(yīng)雷擊；第二是由建筑物內(nèi)部電力線路侵入的雷擊：機房的電源進線(UPS的前端)，假使已做過防雷裝置但由于UPS至機房內(nèi)其它的用電負(fù)載間仍有一定的距離，這段距離的傳輸線一般也未有屏蔽措施，盡管有些線路雖有金屬線槽或線管的保護，但是由于接地措施線槽線管安裝得不規(guī)范，不能有效的起到保護作用；第三是由建筑物內(nèi)綜合布線系統(tǒng)侵入的雷擊，綜合布線系統(tǒng)在建筑物縱橫交錯，并且與各種用電負(fù)載相聯(lián)，四通八達的線路不但可能遭受感應(yīng)雷擊，而且為感應(yīng)雷擊的傳遞提供了良好的通路。四、反擊雷的破壞在建筑物的頂端一般都安裝有避雷針，并由一根或多根引下線接入大地，當(dāng)雷電擊在避雷針上時，就會有雷擊電流通過引下線釋放到大地，從而引起地電位升高。由于地電位的升高，考慮到目前機房的接地狀況存在有不規(guī)范的情況，如：多重接地(用電設(shè)備的交流保護地線、直流邏輯地線、交流工作地線、防雷保護不共地的情況)導(dǎo)致它們的電位升高，從而侵入用電設(shè)備內(nèi)，并在設(shè)備內(nèi)部件間產(chǎn)生電壓差，擊穿器件或擊毀設(shè)備，這種形式的雷過電壓對設(shè)備的破壞，我們稱之為反擊雷的破壞。二ООО年是全球的“國際減輕自然災(zāi)害的十年”，由聯(lián)合國國際十年減災(zāi)委員會公布的對人類造成最嚴(yán)重危害的十大自然災(zāi)害中，雷暴由于其對人類生命、財產(chǎn)的巨大侵害，被列在了顯著的地位。這是基于近些年來伴隨著高新技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種先進的測量、保護監(jiān)控、電信和計算機等電子產(chǎn)品正日益廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中，特別是計算機技術(shù)與通訊技術(shù)的發(fā)展相互結(jié)合，從兩種獨立的技術(shù)單元逐漸成為推動一個新的技術(shù)發(fā)展時代相互有機結(jié)合的產(chǎn)物――計算機通信技術(shù)，電子器件的集成化和超大規(guī)模集成化及新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展都為信息時代的主導(dǎo)技術(shù)支撐產(chǎn)品――計算機通信技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動和促進作用，但另一方面，這些微電子儀器設(shè)備普遍存在著絕緣強度低，過電壓耐受能力差等致命弱點，一旦遭受雷擊過壓的沖擊，輕則造成這些電子系統(tǒng)的運行中斷，設(shè)備永久性損壞，重要的是這些系統(tǒng)所承負(fù)的那些須實時運行的后續(xù)工作的中斷癱瘓所造成的不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟損失和影響，對于金融、證券、醫(yī)療、保險、航空、航天、國防等國家重要關(guān)鍵部門，尤其是這樣，而且這樣的雷擊侵害的程度已經(jīng)越來越嚴(yán)重。為此，我們認(rèn)為對雷電電磁脈沖（LEMP）的防護，不但是必要的，而且是必須實施可靠的雷電防護。通過實際工作過程的了解，我們以敬佩的心情看到了貴單位領(lǐng)導(dǎo)和工程師們以高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，為計算機信息系統(tǒng)防范雷害、保障系統(tǒng)安全運行工作方面所做出的大量艱苦、細(xì)致的工作。同時我們感謝各位領(lǐng)導(dǎo)所給予我們的指導(dǎo)和展示我們自己實力的機會，為此我們將竭誠的根據(jù)貴機房擬防護現(xiàn)場的實際基礎(chǔ)環(huán)境情況，及擬進行保護的機房設(shè)備情況的要求，根據(jù)[計算機信息系統(tǒng)雷電防護技術(shù)規(guī)定],本著“經(jīng)濟、實用、高標(biāo)準(zhǔn)、高起點、高可靠性”的原則，為貴機房做出此設(shè)計方案，供領(lǐng)導(dǎo)工作參考之用，請領(lǐng)導(dǎo)審閱、指正。第三章 計算機信息系統(tǒng)雷電防護基本方法一、計算機中心機房雷電防護1．1 電源部分計算機機房配電系統(tǒng)一般采用三相五線和單相三線的供電制式運行，由于電力線采用戶外線路直接引入為計算機信息系統(tǒng)提供有效的能源支持，電力線是重要的引雷途徑，必須進行有效的防護。根據(jù)IEC和GB的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，需在計算機機房不間斷電源輸入端進行三級保護，第一級使用火花間隙放電器（對10/350uS直接雷電進行90%的吸收），第二級使用半導(dǎo)體過電壓保護器（對第一級火花間隙放電器吸收雷電后，殘余部分感應(yīng)雷電進行吸收，使雷電的能量基本吸收完畢）第三級使用半導(dǎo)體過電壓保護器（對第二級半導(dǎo)體吸收后，殘余的雷電雜波及其它操作過電壓、容性負(fù)載感性負(fù)載引起的浪涌過電壓實施進一部的吸收，并對電力線出現(xiàn)的差模干擾、共模干擾實施有效的抑制和吸收），如有條件，應(yīng)使第一級防雷器件與第二級防雷器件之間拉開直線距離10米以上、第二級與第三級之間拉開直線距離5米以上，利用電力線上的自由電感、自由電阻進行級級解藕，以達到級級保護器的響應(yīng)時間相配合，實現(xiàn)真正的多級保護。如不能實現(xiàn)利用電力線實施距離解藕時，應(yīng)該采用人為的電阻、電感實施LC延遲解藕，以達到多級保護的目的。三級保護完成后，能夠為計算機信息系統(tǒng)設(shè)備的電源輸入端提供安全、可靠的用電環(huán)境。 在計算機機房內(nèi)，在不間斷電源輸出端的電力分電箱中，安裝一級感應(yīng)雷電的半導(dǎo)體過電壓保護器。在重要的終端（小型機、服務(wù)器、高速打印機、系統(tǒng)前置機、通信設(shè)備等等）實施終端電源感應(yīng)雷擊的末級防雷保護。1．2 網(wǎng)絡(luò)通信的雷電保護： 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)雷電保護分為：廣域網(wǎng)雷電防護、局域網(wǎng)雷電防護、無線通信系統(tǒng)雷電防護、光纜通信雷電