机房综合防雷的总体设计与应用论文

　　1引言
　　雷电是日趋严重的的自然灾害之一，现代的通讯技术和计算机网络不断进步，联网化程度越来越高;通讯设备越来越多，规模越来越大，大规模集成电路的工作电压越来越低，耐压程度也明显减低，使设备对电气环境的依赖很强，根据保险公司的统计，近年来雷电与过电压损坏在电子设备的伤害事故原因中已占绝对的因素，而且还有逐年上升的趋势。并且由于雷电过电压损坏造成的系统停顿、业务停顿、重要数据丢失、甚至系统崩溃，往往给用户造成的间接经济损失远远超过直接的硬件损失。因此避雷、过电压防护已成为具有时代特点的一项迫切要求。
　　随着城市现代化建设迅速发展和电子信息时代的到来，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。
　　2雷电的侵害方式
　　2.1直击雷电
　　雷电直接击在机房所在的建筑物上，造成对建筑物或机房内的电气设备放电，如图1所示。放电产生强大的雷击冲击电流，强大的雷击电流将有可能造成建筑物着火;如果雷击电流直接向机房内的电气设备放电，那么直击雷电的强大电流会使机房内的电气设备的绝缘遭到击穿造成设备焚毁。
　　2.2感应雷电
　　雷电直接击在机房所在建筑物周围的其它建筑物上或设备上放电，如图2所示。如果建筑物自身接地不好，雷击就会通过电磁感应等方式沿导线或金属导体进人机房，造成机房内部的电气设备过电压，当感应雷过电压足够高时，则将引起机房内部的电线、金属管道、电气设备放电而造成设备烧毁。
　　2.3线路雷击
　　当机房供电回路受到直接雷电或感应雷电时，强大的雷击电流会沿着供电路向机房内的电气设备流动，雷击产生的高电压可高达几十万伏，使机房内的电气设备绝缘损坏造成电气设备、电子设备烧毁甚至还有可能造成人员伤亡，如图3所示。
　　3防雷措施
　　由于网络集成系统防雷点多面广，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[3]。
　　3.1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(电源线、信号线等到)，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，其目的是保护建筑短短的不受雷击的破坏，给建筑物内的人或设备提供一个相对安全的环境。
　　3.2电源系统的防护
　　统计数据资料表明，微电子网络系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的电源线路上感应的雷电冲击过电压造成的。因此，做好电源线的防护是整体防雷中不容忽视的一环。
　　3.3信号系统的防护
　　尽管在电源和通信线路等外接引人线路上安装了防雷保护装置，由于雷击发生在网络线(如双绞线)感应到过电压，仍然会影响网络的正常运行，甚至彻底破坏网络系统。雷击时产生巨大的瞬变磁场，在1公里范围内的金属环路，如网络金属连线等都会感应到极强的感应雷击;另外，当电源线或通信线路传输过来雷击电压时，或建筑物的地线系统在泻放雷击时，所产生强大的瞬变电流，对于网络传输线路来说，所感应的过电压已经足以一次性破坏网络。即使不是特别高的过电压，不能够一次性破坏设备，但是每一次的过电压冲击都加速了网络设备的老化，影响数据的传输和存储，甚至DOWN机，直至彻底损坏。所以网络信号线的防雷对于网络集成系统的整体防雷来说，是非常重要的环节。
　　3.4等电位连接
　　集成网络系统主干交换机所在的中心机房应设置均压环，将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接，并接至均压环上，以均衡电位。
　　3.5接地
　　防雷地网的制作，地网是避雷针、避雷带、避雷器等设施有效发挥作用的保障。
　　4机房雷电防护应用
　　4.1电源系统的防雷保护
　　对于网络集成系统的电源线防护，首先，进入系统总配电房的电源进线，应采用金属铠装电缆敷设，电缆铠装层的两端应良好接地;如果电缆没有铠装层，则就将电缆穿钢管埋地，钢管两端接地，埋地的长度应不小于15米。由总配电房至各大楼的配电箱以及机房楼层配电箱的电力线路，均应采用金属铠装电缆进行敷设。这样可以大大减少电源线感应过电压的可能性。其次，在电源线路上安装电源防雷器，是必不可少的防护措施。根据IEC防雷规范中有关防雷分区的要求，将电源系统分为三级保护。可在系统总配电房的配电变压器低压侧安装最大流通容量100KA~150KA的一级电源防雷箱;在各大楼的总配电箱安装通流容量为60KA~80KA的二级电源防雷箱;在机房的重要设备(如交换机、服务器、UPS等)的电源进线处安装最大通流容量40KA的三级电源防雷器;如图4所示。根据情况可在在机房的＂重要设备UPS电源前安装单相两级联动串联式电源防雷箱。所有防雷器均应良好接地。
　　从机房目前的情况来分析，供电线路穿越各级防雷区，考虑到机房各种不同用电设备的耐过压的能力，我们建议采用如下的电源系统防雷方案，以达到最佳的防护效果和最经济的投入。由于机房UP不间断电源设备是用于为机房内系统各用电设备提供稳定、可靠和高质量的用电环境唯一的重要设备，并且是由市电供电输人机房的主要途径，所以我们将电源系统防护的重点放在了对UPS不间断电源的保护上。在机房专用配电柜、UPS电源做两级输入防雷保护。具体的防护措施为：
　　一级保护：在机房配电柜前装三相电源防雷器(单相电源防雷器)。
　　二级保护：在UPS电源前装三相电源防雷器(单相电源防雷器)。
　　三级保护：在重要设备处装电源防雷插座。
　　4.2通讯系统的防雷
　　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。
　　通讯系统防雷包括由户外引至户内的通讯线路，主要线路包括网络通讯线路、专线、微波通信线(天馈线)、视频线路等;根据贵方提供的机房情况信号线路都可能用光纤传输，所以可以不做保护，但光纤两端要接地。如有光端机，光端机需保护。如不选用光纤则需按信号线路种类选取防雷器。
　　网络传输线主要使用的是光纤和双绞线。其中光纤不需要特别的防雷措施，但若室外的铠状光纤是架空的，那么需要将光纤的金属部分接地。而双绞线屏蔽效果较差，因此感应雷击的可能性比较大，应将此类信号线敷设在屏蔽线槽中，屏蔽线槽应良好接地;也可穿金属管敷设，金属管应全线保持电气上的连通，并且金属管两端应良好接地。
　　4.3信号线上的防雷
　　在信号线路上安装信号防雷器，对防感应雷是一种行之有效的办法。对于网络集成系统，可在网络信号线进入到广域网路由器之前安装专用信号防雷器;在系统主干交换机、主服务器以及各分交换机、服务器的信号线入口处分别安装RJ45接口的信号防雷器。信号防雷器的选型应综合考虑工作电压、传输速率、接口形式等。所有防雷器均应良好接地。
　　4.4安装注意事项
　　防雷器起到的作用是对雷电流的吸收和泄放作用。所有的防雷产品必须接地;
　　防雷器串联/并联在被保护设备与信号通道之间;
　　信号防雷器的输人端(IN)与信号通道相连，输出端(OUT)与被保护设备相连并紧靠被保护设备安装，不能接反;
　　把防雷器的接地线与防雷系统接地排可靠连接，接线越短越好，最长不能超过1m。
　　5结束语
　　防雷保护已成为电磁兼容研究的重要方面，同时也被列人了相应的政策法规中。测控系统各种线路伸人到工厂的各种环境之中，采用任何一种单一的过电压保护。