浅谈计算机网络防雷技术

ATM机房防雷方案

一、前言随着通信技术、计算机网络技术的飞速发展，计算机和网络越来越深入人们生活和工作中，同时也预示着数字化、信息化时代的来临。这些微电子网络设备的普遍应用，使得防雷的问题显得越来越重要。由于微电子设备具有高密度、高速度、低电压、和低功耗等特性，这就使其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感。如果防护措施不力，随时随地可能遭受重大损失。值得我们关注的是雷电不仅仅破坏系统设备，更为重要的是使系统的通讯中断、工作停顿、声誉受损，其间接损失无法估量。一般来说，网络集成系统是由主服务器及中心交换机和各分交换机以及路由器、服务器、相当数量的终端构成。位于主机房内的中心交换机通过广域网路由器与外界联系，通过光纤与各分交换机连接，分交换机通过集线器与各用户终端相连。二、方案设计依据：1．GB50174－93《电子计算机机房设计规范》2．GB50057－94《建筑物防雷设计规范》3．GB50054－95《低压配电设计规范》4．GA173－1998《计算机信息系统防雷保安器》5．GB3482－3483－83《电子设备雷击试验》6．IE1312－1∶1995《雷电电磁脉冲的防护通则》7．ITU.TS.K20∶1990《电信交换设备耐过电压和过电流能力》8．ITU.TS.K21∶1998《用户终端耐过电压和过电流能力》三、防雷设计思路由于网络集成系统防护点多、面广，因此，为了保护建筑物和建筑物内各向电子网络设备不受雷电损害或使雷击损害降低到最低程度，应从整体防雷的角度来进行防雷方案的设计。现在都采取综合防雷，综合防雷设计方案应包括两个方面：直击雷的防护和感应雷的防护，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潜在危险的。1、直击雷的防护如果无直击雷防护，按IEC1312的估算几乎所有雷电流都流经进出建筑物的导体型线路（如电源线、信号线等）侵入设备，这样的损害就非常之严重，因此做好直接雷击防护是做感应雷击防护的前提；直击雷防护按照国标GB50057《建筑物防雷设计规范》设计和施工，主要使用避雷针、网、线、带及良好的接地系统，其目的是保护建筑外部不受雷击的破坏，给建筑物内的人或设备提供一个相对安全的环境。2、电源系统的防护

2012年第11卷第3期 – 129 –一、网络系统易受雷击部位及其原因分析在信息时代，计算机网络得到广泛应用，但是，由于计算机网络设备的关键部分如：UPS、CPU、ROM、RAM等大规模集成电路均为MOS工艺，其元器件的高灵敏度和高集成度，对于外界的各种干扰，耐受能量骤然下降，即由原来的0.1-10J降至10-8-10-6J。虽然新一代的设备已采取了许多抗干扰措施，但这些防范措施主要是针对电网过电压和低能量的电磁干扰，而对雷电造成的过电压防护技术比较薄弱，雷电及其所产生的感应电磁脉冲对计算机网络系统造成的损害较为严重，系统中极易损坏的设备主要有通讯交换设备、调制解调器、路由器、服务器、通信网卡、通信接收设备，计算机电源及主板等。当受外界及电磁干扰时，对无屏蔽的系统来说，当电磁感应强度Bm=0.07GS时,系统将会错误动作,当Bm=2.4GS时，将会造成设备永久性损坏，且现在的微电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低、过电压耐受能力差等致命弱点，一旦遭受雷击过压的冲击，轻则造成这些电子系统的运行中断，设备永久损坏，重则使这些系统所承担的需实时运行的后继工作中断、瘫痪，造成直接与间接的巨大经济损失和影响。二、雷击造成网络系统设备损坏的主要途径由于雷电击穿空气（闪电）而产生强大的电磁感应或静电释放引起的通电瞬变由以下几种途径侵入到网络系统：①雷电通过通信线路（如DDN、X.25、同轴电缆、双绞线、光缆、电话线路等）的感应而传入系统损坏硬件设备。②如图1，直击雷雷击建筑物或邻近地区雷电放电，从而导致建筑物内部计算机通信网络环路由于空间电磁感应产生峰值瞬时过压、过流造成损坏。图1 雷电磁感应示意图③通过供电线路的感应而引入系统电源导致设备损坏。④接地技术处理不当，引起地电位的反击。⑤静电感应产生瞬变电荷的反应。因此，针对以上雷击造成网络系统设备损坏的主要途径,根据《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）、《计算机场地安全要求》（GB9361-88）和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004），应对电源进线、信号传输接口等部位安装低压防雷浪涌保护器，尽量将损失减少到最低程度。三、网络综合防雷系统设计与施工（一）设计依据① GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》②（JGJ/T16-92）《民用建筑电气设计规范》③（99D562）《建筑物、构筑物防雷设施安装》④（97X700）智能建筑弱电工程设计施工图集⑤ GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（二）建筑防雷等级的划分田东县位于广西西南部，地处东经106c53l－107c26l，北纬23c16l－24c01l，根据当地气象部门提供田东县某单位计算机机房的防雷设计与安装覃蕾 邓少新（田东县气象局，广西 田东 531500）摘 要：本文以田东县某单位计算机机房为例，介绍机房的防雷设计与安装，从网络系统易受雷击部位及其原因分析，雷击造成网络系统设备损坏的主要途径，网络综合防雷系统设计与施工等方面进行介绍。关键词：计算机机房；防雷设计与施工；网络系统中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）03-0129-03Municipal Construction 市政建设 – 130 – 2012年第11卷第3期2000×1000×10-6=0.4km²故N2=6.11×（0.4+0.4）=4.89次/年所以N=N1+N2=0.136+4.89=5.03次/年下面我们来计算因直击雷和雷电电磁脉冲引起电子信息系统设备损害的可接受的最大平均雷击次数Nc，根据GB50343-2004，按下式确定：NC=5.8×10-1.5/C式中：C——各类因子，C=C1+C2+C3+C4+C5+C6C1为信息系统所在建筑材料结构因子，由于建筑物屋顶和主体结构均为钢筋混凝土材料，C1取1.0；C2为信息系统重要程度因子。由GB50343-2004，C1取1.0；C3为电子信息系统设备耐受冲击类型和抗冲击过电压能力因子。本系统耐受能力一般，取C2为0.5。C4为电子信息系统设备所在雷电防护区（LPZ）的因子，由于本系统设备在LPZ1区内，C4取1.0；C5为电子信息系统发生雷击事故的后果因子。本信息系统业务中断不会产生不良后果，C5取0.5；C6表示区域雷暴等级因子。由于处于强雷区，C6取1.4；故C=C1+C2+C3+C4+C5+C6=1+1+0.5+1+0.5+1.4=5.4故NC=5.8×10-1.5/C=5.8×10-1.5/5.4=0.034次/年由于N=5.03次/年,NC=0.034次/年，N﹥NC，根据GB50343-2004，应安装雷电防护装置。根据机房的规模以及所处地形的影响关系，按《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）中关于多媒体教室雷电防护等级的分类（A、B、C、D四类），根据防雷装置拦截效率E的计算公式：E=1-NC/N=1-0.034/5.03=1-0.01=0.99E=0.99﹥0.98，根据GB50343-2004，雷电防护等级定为A级。（三）网络系统的现状及保护方法1、网络现状田东县某单位机房网络不对外连接，网络系统内部是通过分组交换设备PSE、分组组装（拆卸）设备PAD、路由器等充当传输导体与各个工作站相连；机房供电系统、线制与额定电压采用50HZ220/380V TN—C系统（三相四线制）用电流程；信号传输系统，外部输入端口采用光纤输入信号，内部通过电话线连接交换机，路由器直接分配到各个工作站。2、保护方法根据当地的实际情况，综合立体防雷应从外部保护和内部保护两大部分进行。外部保护主要指防止雷电直击建筑物或设备，使其免受损坏，其主要技术措施是安装避雷针网、带、引下线及接地体，将接闪的雷电流引下大地泄的资料分析表明，田东县年平均雷暴日（Td）可达70.9天，最高可达98天左右，根据地区雷暴日划分标准，应划分为强雷区。因此，在对整个系统网络进行防雷设计之前，有必要对建筑物所处地形进行分析和雷击风险评估来确定雷电防护等级。根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004），下面我们来计算建筑物及入户设施年预计雷击次数：N=N1+N21、建筑物年预计雷击次数N1可用下式表达： N1=kNgAe式中：N1——建筑物预计年雷击次数（次/a），a表示年；k——校正系数，一般情况下取值为1；位于旷野孤立的建筑物取2；金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；位于河边、湖边、山坡下或山地中以及土壤电阻率较小或特别潮湿的建筑物取值1.5；Ng——建筑物所处地区雷击大地的年平均密度［次/km²a］；Ng=0.024Td1.3由于田东县Td取值为70.9天，所以：Ng=0.024×70.91.3=6.11Ae——与建筑物截收相同雷击次数的等效面积

计算机机房

设备工程

防雷设计方案

第一部分：防雷重要性

一、概述：

伴随着科学技术的脚步，知识经济和信息时代已经到来。信息技术已渗透到了人类社会生产和生活的各个领域，各种信息设备应用的范围之广、品种之多、数量之大是前所未有的。然而，以微电子技术为基础原电子信息设备因其集成度高、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[LEMP（Lightning Electro Magnetic Pulse）]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”。为了消除这一公害，人们进行了深入的理论研究和广泛的实践探索，研发了品种繁多的电子信息系统的雷电防护产品，并从理论与实践的结合上不断完善电子信息系统的雷电防护的工程技术。自然灾害很多，而雷电灾害是普遍存在的，特别在有些地区非常频繁，自古以来就被神化。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷击造成人员伤亡，财产损失不计其数，导致火灾、 2 爆炸，建筑物毁坏等事故频繁发生；从卫星、通信、导航、计算机网络直到每个家庭的家用电器都遭到雷电灾害的严重威胁。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市高层建筑物的日益增多，雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。

我国也是雷暴活动十分频繁的国家。全国有21个省会城市雷暴日都在50天以上，最多可达134天。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000～4000人，财产损失50～100亿元人民币。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市建设高层建筑物日益增多，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。雷电灾情损失是“触目惊心”的，在19985和1999年的两年中，全国造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害就有38起。据广东省统计，在1996～1999年的四年间，全省发生雷击事故6143起，伤亡699人，直接经济损失达15亿元； 1989年8月12日，青岛黄岛油库因雷击引起特大火灾和爆炸，库区几乎被夷为平地，死亡19人，伤78人，直接经济损失2700多万元。广东省气象防雷中心根据各地方防雷中心上报雷击事故的初步统计，2005年广东省因雷击造成的灾害实例有1735宗，其中雷击引发火灾爆炸事故32起；人身伤亡事故73宗，死亡62人，伤59人；各种电子电器设备被雷击损坏7656宗；全年因雷电灾害造成的经济损失约7亿元。与2004年同期相比，雷击人身伤亡事故下降了43.5%（2004年雷击伤亡214人，2005年雷击伤亡121人），设备损失上升了39.5%（2004年设备被雷击损坏5490宗），直接经济损失下降了58.1%（2004年1.8329亿元）。其中东莞市2004年累计雷击事故40宗，建筑物受损2宗，电子设备受损35宗104件，供电事故3宗3件，直接经济损失333.1万元，间接经济损失3041万元。2005年累计雷击事故75宗，人身事故7宗亡7人，电子设备受损68宗218件，直接经济损失295.4万元，间接经济损失2606万元。

机房作为存放重要设备和数据的地方，需要采取适当的防雷击措施以保护设备和数据的安全。以下是一些常见的机房防雷击措施：

1. 接地系统：建立良好的接地系统是机房防雷的基础。确保机房内各种设备、金属结构和防雷设备都能够有效接地，以便将雷电能迅速引入地下。

2. 避雷针：在机房附近或顶部安装避雷针，可以吸收和分散雷电的冲击，减少雷电对机房的影响。

3. 避雷装置：在机房内安装专业的防雷设备，如避雷器、避雷垫等，用于吸收和分流雷电能量，保护设备免受雷击损害。

4. 防雷接地网：在机房周围建立防雷接地网，将周边区域的雷电引入地下，减少雷电对机房的影响。

5. 雷电监测系统：安装雷电监测系统，可以及时感知雷电活动，并采取相应的预警措施，确保人员安全和设备保护。

6. 绝缘保护：对于机房内的设备，采取适当的绝缘措施，如使用绝缘材料、绝缘涂层等，减少雷电冲击的直接影响。

7. 路径优化：在设计机房布局时，合理规划线缆、设备和通信路径，避免雷电通过这些路径传导到关键设备上。

8. 周期性检查和维护：定期检查和维护机房的防雷设备和接地系统，确保其正常运行和有效防护能力。

请注意，以上仅为一般性的建议，具体的防雷措施还应根据机房的具体情况和需求进行设计和实施。建议在设计和安装防雷系统时咨询专业的工程师或机电工程师，以确保防雷措施的可靠性和有效性。