校区建设中计算机设备的雷击防护研究

刘银汉

连云港师范高等专科学校 江苏连云港 222001

校区建设中计算机设备的雷击防护研究

刘银汉

连云港师范高等专科学校 江苏连云港 222001

随着教学条件的改善，计算机在学校中得到广泛应用，然而，计算机设备抗雷电的能力差，极易遭受雷电的危害，为较好地维护机房设备的安全可靠运行，必须加强学校机房的防雷措施，最大限度地抑制雷击对机房设备的伤害。

学校机房；计算机设备；雷击防护

随着科学技术的发展，计算机和网络设备的广泛应用，计算机设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快，其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲(Lightning Electro Magnetic Pulse，LEMP)的能力差，极易遭受雷电的危害，特别是雷电电磁脉冲造成的损害更为严重。因此，国际电工委员会(IEC)将雷电灾害称为“信息时代的公害”。因此加强电子设备的雷击防护已成为当务之急，人们为了消除这一公害进行了深入的理论研究和广泛的实践探索。

1 对电子设备雷击危害的主要形式

1.1 直击雷

带电云层与大地上某一点之间发生迅猛放电现象称为直击雷，一般防直击雷是通过接闪器(即避雷针、避雷带、避雷网)下引线与大地构成电气通路，将雷电流泄放入大地，保护建筑物本身免受直击雷的损害，建筑物受到保护，但雷电会透过多种途径破坏内部的电子设备。

1.2 感应雷

感应雷是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，发生闪击时，在附近的信号线路，电力线和设备间连接线路中产生感应高电压并侵入电子设备，使串联在线路中的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的概率比直击雷高得多。

1.3 地电位反击

地电位反击是指雷击大地或接地体，引起地电位上升而对附近的电子设备形成的损坏。

2 计算机房雷击防范的特点

近十几年来，随着社会需求的拉动和理论探索的深入，防雷技术有了较大地发展。防雷是在闪电通道和避雷针泄流通道及其周围整个三维空间内对雷电的全面防护，这是一个全新的思维。不但要防直击雷，更重要的是防感应雷(雷电电磁脉冲)。对于计算机房这种电子设备集中放置区域更应采取严密的防范措施。应以“整体设计、综合治理、系统实施”为原则进行全面防御。不能认为建筑上只要安装了避雷针，就能完全避免雷击，电脑、通讯设备等不用再保护。建筑物的防雷器只是对直击雷接闪，保护建筑物不被直击雷损坏，而不能保护建筑物内部的电子电器设备免遭感应雷损坏。雷电感应和雷电波侵入也能带来危害。打雷致电子计算机及其他信息设备损坏的主要原因是雷电感应电压造成的，它可以通过各种信号引线，如上网线，把感应电压引入设备内部，破坏其芯片和接口。也不能认为安装了一级防雷器就不用再安装其他防雷设备了。电脑设备等精密电子电器，大部分都是采用大规模集成电路芯片，抗干扰能力有一定的限制。要彻底保护设备的安全，应该采用多级防护。

3 雷击防护的主要方法

计算机房防雷主要由外部防雷系统和内部防雷系统两部分组成。

3.1 外部防雷

外部防雷包括空气截雷系统即避雷针、引下线或接地系统，外部防雷系统最好在建筑物设计、建筑施工阶段实施，以便利用建筑物自身的金属构件达到经济实用的防雷目的。其保护原理是：当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变，在避雷针顶部形成局部电场强度畸变，以影响雷电放电的方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地装置，将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击。按照国家标准GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》的要求，重要计算机网络系统机房所在大楼一般都按要求建设有防雷设施，如大楼天面的避雷网(带)、避雷针或混合组成的接闪器等，这些接闪器通过大楼立柱基础的主钢筋，将强大的雷电流引入大地，形成较好的建筑物防雷设施。计算机系统设置在建筑物内，受建筑物防雷系统保护，直击雷直接击中计算机网络系统的可能性就大大减少。

3.2 内部防雷

内部防雷是计算机机房防雷的重中之重，主要是对建筑物内易受过电压破坏的设备，如计算机及其通信口、数据传输线及空调机等电子设备加装过电压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，保护装置能快速动作将能量泄放，从而保护设备不受损坏。感应雷侵入机房及计算机网络系统的途径主要有3个：于交流380V、220V的电源线进入，信号传输通道引入，地电位反击等。为了确保机房设备及电脑网络系统稳定可靠运行，以及保障机房工作人员有安全工作环境，具体防雷也要从3个方面采取措施：

(1)电源部分的防雷，电源系统的防雷主要是防雷电感应和传导电波的侵入，其主要目的是释放高电压，降低残压，避免对用电设备和人身造成危害，计算机机房配电系统一般采用三相五线的供电制式，由于电力线采用户外线路直接引入为计算机信息系统提供有效的能源支持，故电力线是重要的引雷途径。因此，要求屏蔽埋地引入。为了进行有效的防护，按照国家及国际标准，需在计算机机房电源输入端实施三级保护。电源防护即总电源处采用第一级防护，第一级应安装能够抵御直接雷击(10/350μS)的电涌保护器(SPD)，冲击电流值不应小于50KA，楼层电源处采用第二级防护，配置箱式电涌保护器(SPD)，冲击电流值不应小于30KA，作为第二级防雷保护，对残余部分感应雷电进行吸收，预防感应雷击或操作过电压。在机房内部计算机用电设备前采用第三级防护，实行终端感应雷电(8/20μS)保护，使用20KA的电涌保护器(SPD)。在UPS输出分电柜内，也安装20KA(8/20μS)的SPD。对残余的雷电杂波及其他操作过电压、容性负载感性负载引起的浪涌过电压，实施进一步吸收，在条件允许的情况下，应使三级防雷器件之间拉开一定的直线距离，利用电力线上的自由电感、自由电阻进行级级解偶，以达到级级保护器的响应时间相配合，实现真正的多级保护。三级保护完成后，能够为计算机信息系统设备的电源输入端提供安全、可靠的用电环境。

(2)网络信号部分的防护，主要考虑的是电话线路、网络专线系统和监控系统，由于信号传输部分的设备工作速率高，集成电路元件单元密度大精度高，承受过电压的能力比较弱，容易受雷电和过电压的袭击，造成设备的严重损害。采用的主要防护措施：在所有信息系统进入机房大楼的电缆内芯线端对地加装避雷器。如条件允许，最好作精细的多级保护，在外线接口处采用第一级防护，交换机路由器处采用第二级防护，终端设备处采用第三级防护。防雷的安全性与采用的防雷级数成正比，因此多一级防雷装置，防雷效果更安全更可靠。

(3)接地处理，在计算机房的建设中，一定要有一个良好的接地系统，接地是分流和泄放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统的基础。目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。由于雷电流产生的电磁感应现象，造成巨大的电磁场，对计算机中心及相关设备具有极大的破坏作用，没有良好的接地系统或者接地不良的避雷设施会成为引雷入室的祸患；避雷装置接地不好，还提供了雷电电磁脉冲对电气和电子设备产生电感性、电容性耦合干扰的机会。另外还有防静电问题都需要通过良好的接地系统来解决。

计算机机房地线连接有两大类：独立地线和共用地线。但从防雷角度来看，必须使用共地，目的是减少雷电的高压反击。但由于计算机对用电环境要求非常苛刻，如果强行机械地把机房直流地、静电地、保护地、交流地、防雷地等统统连接在一起，就会发现：服务器无法正常工作；局域网速度较慢，硬件设备频繁烧毁。主要原因是由于系统的用电环境不好，三相严重不平衡，零地混接，导致地线电流过大，造成零地电压升高。

近年来，很多国内外标准不主张信息设备采用独立的接地装置，推荐采用共用接地系统。例如，GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中明确指出：“每幢建筑物本身应采用共用接地系统”，即将建筑物内的各种接地都统一接到建筑物的基础上或室外的接地装置上。当该建筑物遭受雷击时，电力系统的电压和电子设备工作接地的电压同时上升，保持了设备的工作电压不变，使微电子设备在雷击时可正常工作。根据新的规范，机房所在的整个楼房建筑体的接地应按均压等电位原则设计，即电子设备的工作接地、保护接地(包括屏蔽接地和建筑物防雷接地)共同合用一组接地体的联合接地方式，共地的基本目的是希望达到等电位，彻底防止各地电位之间的反击，但如果强行等电位，必将造成不良的后果。采用电压瞬间导通的SPD元件，实现雷电来临时达到瞬态共地。就是在几种地之间，串联瞬间导通的SPD。当雷电来临，机房各种地线在同一电压界面上，防雷器件与被保护的机房设备全面等电位，抵御雷电的高压反击对设备的破坏。采取等电位连接，把所有导体相互做良好的导电性连接，并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，带电导体通过避雷器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器(即避雷器、地线隔离器)和所有导体组成一个电位补偿系统。该电位补偿系统的作用，一是为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地泄放。二是使系统各部分不产生足以致损的电位差。即在瞬态现象存在的极短时间里，通过这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起等电位区域。这个区域相对于外界可能存在着较高的电位差。但在需要保护的系统区域内部，所有导电部件之间不存在显著的电位差，从而达到保护设备和人身安全的目的。

4 结束语

防雷是一个系统工程，任何单一措施的防护作用都是不全面的。特别是计算机房这样电子设备较集中的场所，要依据国家和有关行业的技术标准，从宏观到微观、从内部防雷到外部防雷、从强电到弱电综合考虑，对避雷针、地线、均压接地网络，以及雷电过电压容易侵入的通道有针对性地采取相应的技术措施，进行综合治理。才能确保学校计算机设备安度雷雨天气，稳定运行。

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[5] 张善勇.校园网络防雷电及过电压的保护措施[J].内蒙古民族大学学报，2005，8

Defend the lightning strike measure with computer building of the school

Liu Yinhan
Lianyungang teachers college, Lianyungang, 222001, China

Along with the conditional improvement of teaching, the computer is at school in get the extensive application, however, the ability of the computer equipments prevent lightning strike is bad, suffering the attack of the lightning strike easily. For supporting the computer building equipments bitterly, make it safe and dependable movement, we must strengthen the computer building of the school to defend the lightning strike measure building equipments.

computer building of the school; computer equipments; defend the lightning strike measure

2010-12-03 稿件编号：1012027

刘银汉，本科，副教授。