趙 杰

（上海市避雷裝置檢測站工程部，上海201204）

0 引言

雷電是大自然中災(zāi)害性天氣之一，是一種特殊的、極為壯觀的聲、光、電現(xiàn)象，在現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高速發(fā)展下，應(yīng)認真對待雷電對計算機網(wǎng)絡(luò)的影響。計算機網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的信息領(lǐng)域，這些精密的電子計算機設(shè)備中的CMOS半導體集成模塊，在耐受過壓、過電流的沖擊下會變得極其脆弱，美國通用研究公司通過對磁場的研究發(fā)現(xiàn)，當磁場脈沖超過0.07 Gs，就可引起計算失效；磁場脈沖超過2.4 Gs就可以引起集成電路永久性損壞?？上攵?，計算機網(wǎng)絡(luò)如沒有采取相應(yīng)的防護措施，在雷電面前是不堪一擊的。

1 直擊雷

1.1 直擊雷對架空線的危害

架空是較為常用的計算機網(wǎng)絡(luò)布線方式，線路裸露在自然界中，遭受到雷擊的概率相對其他敷設(shè)方式要高得多。主要是云對大地放電時，可能會直接擊中架空線路、電線桿或橫擔，或雷云對架空線路附近的大地或設(shè)備放電，使金屬導線上的電壓瞬間升高，同時產(chǎn)生巨大的熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和電磁效應(yīng)，從而破壞計算機或擊斷線路。因此，必須采取相應(yīng)的保護措施來減少直擊雷對架空線的危害。

1.2 架空線的防雷措施

架設(shè)接閃線不但是高壓輸電線路防御直擊雷的好方法，同樣也可以用在網(wǎng)絡(luò)線上來抵制雷電的危害。這是因為接閃線的原理與常規(guī)的接閃桿是相同的，接閃線可以避免或減少直擊雷對計算機金屬管線的襲擊，又能起到分流作用，減少雷電流對網(wǎng)絡(luò)的傳輸。在雷擊時，接閃線對計算機金屬管線又有一定的屏蔽作用，從而能減弱導線上的感應(yīng)電壓。

圖1 架空線防雷保護

接閃線雖然與接閃桿的保護原理相同，但它的保護范圍要小一些。安裝時要盡量使接閃線、架空網(wǎng)絡(luò)線與地面垂直，并使接閃線的保護角不大于30°，保護角越小，保護越可靠。為了更好地起到防雷保護作用，可以在每根電線桿敷設(shè)接地裝置，電線桿上端敷設(shè)一根長1 500 mm的40 mm×40 mm×4 mm鍍鋅角鋼，作為架設(shè)接閃線的支持桿，并用接線夾與接閃線進行可靠的電氣連接。接閃線主要是防御直擊雷，并不負擔輸送網(wǎng)絡(luò)信號的功能，因此對導電率和導線截面積不作要求，通常采用鍍鋅鋼絞線組成，每根鋼絞線的鋼絲一般為7根，每股線直徑不小于1.7 mm，也可選用涂有防腐油脂或臘的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為接閃線。在接閃線的前端設(shè)置一組獨立的接地裝置，目的是使接閃線有一定的機械強度，地面處澆注混凝土固定。接閃線與網(wǎng)絡(luò)輸送線距離不應(yīng)小于1 000 mm，在雷電發(fā)生時，架空地線中會因電磁感應(yīng)而出現(xiàn)電流，可以通過其本身對地泄放，這樣可以減輕對鄰近網(wǎng)絡(luò)線的干擾。

電線桿上的支持角鋼與接閃線、橫擔進行可靠的電氣連接，以便接閃線上的雷電流能順利對地泄放，工頻接地電阻越小，雷電流泄放效果越好。一般沙土、沙石的土壤電阻率要大一些，工頻接地電阻不應(yīng)超過30 Ω；沿海地區(qū)黏土較多，土壤電阻率要小一些，工頻接地電阻不應(yīng)超過10 Ω。為了達到更好的效果，可在架空線距離入戶不小于15 m處換接金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入。離地1 500 mm處的金屬管線加裝保護鋼管，防止外部機械力的損傷。

在敷設(shè)鋼管時，其埋深尺寸不應(yīng)小于800 mm，管子彎曲半徑要大于管外直徑的10倍。如圖1所示，其埋深長度可以按公式計算：

式中，l為電纜鎧裝或穿電纜的鋼管埋地直接與土壤接觸的長度；ρ為埋地纜處的土壤電阻率。

由于雷電流高頻諧波相當活躍，存在趨膚效應(yīng)，線路采用埋地引入室內(nèi)后，流經(jīng)計算機網(wǎng)絡(luò)線的電流被排擠到外皮導體去，同時流經(jīng)外皮導體的電流在芯中產(chǎn)生電勢，使流經(jīng)計算機金屬管線的電流小到趨近于零。金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管外殼入戶端，應(yīng)與建筑物內(nèi)的均壓環(huán)作等電位連接。均壓環(huán)可以利用結(jié)構(gòu)主筋或圈梁鋼筋引出接地導體，用扁鋼或扁銅與接地導體可靠連接，并在四周墻體敷設(shè)一圈，形成環(huán)路，并在計算機網(wǎng)絡(luò)線入戶端安裝相應(yīng)的浪涌保護器來保障安全性能。

2 機房位置的選擇

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用和壽命還取決于機房場所的環(huán)境條件。計算機房的布局和位置的選擇是網(wǎng)絡(luò)長期可靠運行的重要保證之一。

一般機房可以設(shè)置在建筑物樓層較低的位置（如一層或二層），機房內(nèi)的設(shè)備要遠離窗戶2 000 mm以上；避開有害氣體來源及腐蝕，避開易發(fā)火災(zāi)、放置易燃易爆物品的地方；避免設(shè)置在建筑物的頂層或地下室以及比較潮濕的環(huán)境中；避免設(shè)置在有電磁干擾的場所。

3 防雷電波侵入措施

除戶外直擊雷保護措施外，計算機網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)考慮防雷電波侵入的措施。在發(fā)生雷擊時，在接地導體上會產(chǎn)生幾十千伏甚至上萬伏的高壓，計算機網(wǎng)絡(luò)中雷電侵入的主要通道是電源線路、信號線路，因而選擇安裝相匹配的浪涌保護器是防止線路遭受雷擊或雷電波侵入的有效措施。

按現(xiàn)有的國家標準GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，設(shè)備末端限制電壓（殘壓）應(yīng)小于用電設(shè)備絕緣耐沖擊電壓水平，表1給出了三相交流系統(tǒng)各種設(shè)備絕緣耐沖擊過電壓額定值。

表1 220 V/380 V三相配電系統(tǒng)中各種設(shè)備耐沖擊電壓額定值

表1將耐沖壓電壓類別做了明確的分類：1.5 kV、2.5 kV、4 kV、6 kV。在低壓電氣設(shè)計時，將電子信息SPD殘壓值設(shè)計在1.5 kV內(nèi)，從這個參數(shù)上來看，能確保相線與中線之間的電壓為1.5 kV絕緣電壓，也能滿足設(shè)備的絕緣電壓要求，而實際由于該絕緣電壓直接進入設(shè)備整流及后續(xù)電路，1.5 kV的電壓有可能損壞這些電路。因為通常供電由高壓輸送，入戶進入配電間，再由變壓器變成380 V低壓電，變壓器高壓側(cè)有高壓避雷裝置，而后端低壓進線中的SPD只要考慮感應(yīng)雷電流。因此，還應(yīng)在電氣設(shè)計中考慮SPD相線對中線的保護，為確保安全，應(yīng)加裝相應(yīng)的模塊對其進行保護，使SPD更有效地發(fā)揮功能。

4 感應(yīng)雷

4.1 感應(yīng)雷過電壓的危害

雷電對地放電過程中，放電通道周圍的空間電磁場將發(fā)生急劇變化，因而當雷擊輸電線附近的地面時，雖未直擊導線，但由于雷電過程引起周圍電磁場的突變，也會在導線上感應(yīng)出一個高電壓來。

據(jù)統(tǒng)計，感應(yīng)雷過電壓破壞事件占計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)雷擊事故總數(shù)的75%以上。對于建筑物而言，機房感應(yīng)雷過電壓的主要來源是機房所處建筑物本身遭受直擊雷，通過引下線泄放雷電流的同時對計算機設(shè)備產(chǎn)生了強大的電磁場，或者雷擊在計算機房附近發(fā)生放電，雖然建筑四周的墻體對電磁場有減弱作用，但計算機房的各種金屬導線仍然形成了感應(yīng)電壓侵入設(shè)備。這兩種感應(yīng)雷電磁場都會損壞計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

4.2 預(yù)防感應(yīng)雷過電壓的措施

為了保證計算機網(wǎng)絡(luò)的安全，應(yīng)盡量避免將機房建在雷電多發(fā)區(qū)。計算機必須有防直擊雷及感應(yīng)雷過電壓的保護措施，且沖擊接地電阻不應(yīng)超過10 Ω。

對機房內(nèi)電源線和網(wǎng)絡(luò)線進行屏蔽改造，加裝金屬線槽，使用金屬線槽進行綜合布線時，線槽與支架接地要連接可靠，線槽與接地干線連接不少于兩處；線槽與線槽之間的連接板，兩端跨接采用銅芯多股導線或鍍錫銅編織線，其截面應(yīng)不小于4 mm2。不同種類的網(wǎng)絡(luò)線可在同槽分格布線，但不能布置在同一格中；電纜線槽與網(wǎng)絡(luò)線槽平行鋪設(shè)時，最小間距不應(yīng)小于1 000 mm；垂直鋪設(shè)時最小間距不應(yīng)小于500 mm。這樣各路管線互不干擾，可將對設(shè)備的干擾降至最低。當線槽連接板兩端用不少于兩個防松螺帽或有防松墊圈的螺栓連接固定時，線槽間的連接板可不跨接。為了減少機房電磁場干擾，當金屬線槽大于25 000 mm時，應(yīng)每隔25 000 mm增加一處與接地裝置的連接。

有數(shù)據(jù)表明，有屏蔽的電場強度比無屏蔽的電場強度可減少逾50%。為使機房形成一個“法拉第籠”，形成高頻干擾信號的低阻抗電氣通路，在墻體四周采用網(wǎng)孔為50 mm×50 mm～100 mm×100 mm的六面金屬屏蔽網(wǎng)，并將其與接地裝置相連接，一般接地電阻不應(yīng)大于1 Ω。在感應(yīng)雷過電壓作用時，金屬屏蔽網(wǎng)可使電流分散流過，從而有效抵消機房內(nèi)的電磁場，大大降低過電壓對設(shè)備的影響。

4.3 接地方式

合理的接地方式可使電磁場干擾通過接地系統(tǒng)泄放入地，對保障計算機網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行有著重要的意義。計算機房的類型和規(guī)模的大小不同，對接地的要求也不相同，一般機房越大、設(shè)備類型越多，對接地的要求也越高，良好的接地系統(tǒng)能抑制雷電電磁干擾。

為防止雷電波從室外沿著金屬管線傳輸?shù)綑C房，所有進入建筑物的金屬管、各種電纜的金屬外皮、防靜電地板、線槽、穿線管、建筑物本身的鋼筋網(wǎng)等金屬構(gòu)件（如配電柜/機柜金屬外殼、控制屏）等均應(yīng)統(tǒng)一連接起來，形成一個完整的電氣整體。對于傳輸電源及信號的線路，如電話線、電源線、網(wǎng)線等都應(yīng)裝上相應(yīng)的浪涌保護器，并將其接地端統(tǒng)一連接到共用接地上。

考慮到經(jīng)濟合理、施工方便的原則，可以將計算機的直流地、交流地、安全地統(tǒng)一連接到機房的等電位接地排上，形成一個共用接地體，其共用接地電阻應(yīng)滿足其中最小值的要求，小于1 Ω，電阻值越小，接地效果越好。為了防止各個接地之間產(chǎn)生環(huán)路干擾電壓，一般利用建筑物內(nèi)的基礎(chǔ)鋼筋作為共用接地體，接地性能安全可靠（圖2）。

5 結(jié)語

防雷保護是一個系統(tǒng)工程，為保障設(shè)備和人員安全，減少直擊雷及其強電磁脈沖對系統(tǒng)的干擾，需在防雷領(lǐng)域不斷探索，用更加科學有效的防雷保護措施，來確保計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。

圖2 機房等電位連接

[1]數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范：GB 50174—2017[S].

[2]建筑物防雷設(shè)計規(guī)范：GB 50057—2010[S].

[3]建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范：GB 50343—2012[S].

[4]數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施施工及驗收規(guī)范：GB 50462—2015[S].