计算机机房雷电防护技术

计算机机房雷电防护技术

摘要:随着现代通信技术和计算机网络技术的不断进步,大规模集成电路得到广泛的使用,由于雷电和过电压造成的损失逐年上升,本文从计算机机房防雷电的重要性出发,介绍计算机机房雷电防护的技术。

关键词:计算机机房屏蔽等电位雷电防护技术

随着现代通信技术和计算机网络技术的不断进步,联网化程度越来越高,通信设备越来越多,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。根据保险公司统计,近年来由于雷电和过电压造成电子设备的损害的事故呈逐年上升的趋势,造成的损失也越来越严重。由于雷电和过电压损坏设备而造成的系统停顿、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,计算机机房对避雷和过压的防护已成为具有时代特点的一项迫切要求。

1 建筑物防雷

建筑物本身的防雷装置是建筑物内信息设备及系统防雷的第一道屏障,建筑物本身的防雷性能直接影响到其内计算机机房的防雷,因此,建筑物防雷必须按国家标准《建筑物防雷设计规范》的要求进行设计(避雷针,避雷带,引下线,接地系统,屋面金属等电位连接)、施工和

管理,达到建筑物的防雷目的。

2 屏蔽

屏蔽是电子设备防护雷电电磁脉冲干扰的基本手段之一。屏蔽就是利用各种金属屏蔽体,阻挡或衰减外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。具体措施有建筑物屏蔽、设备屏蔽和金属线缆屏蔽。对于机房的信息系统,特别是带有卫星接收和各种通信线路的电子信息系统,雷电电磁脉冲大部分是通过电线电缆和各种通信线路侵入的。因此,计算机机房位置最好选在建筑物的底层中央,同时还必须从以下三个方面做好屏蔽措施。

(1)所有引入建筑物的电源线、各种通信数据线等金属线缆,必须采用金属屏蔽线缆或者穿金属管埋地引入机房,并在金属屏蔽层和金属管的两头做可靠接地,并且要求在入户前埋地的长度不小于15m。雷电流的“集肤效应”使得相当大的一部分电流沿屏蔽层或金属管接地端口泄入大地,因此这种措施不尽可以有效阻止通过线缆引入的雷电波,还具有一定的防直击雷作用。

(2)计算机机房内部的线缆采取屏蔽措施,线缆应穿专用弱电线路走线槽或金属管道,走线槽或金属管道注意全线电气连通,并与机房等电位连接网络进行可靠接地。

(3)当建筑物遭到雷击或在其附近发生雷击时,由于强烈的雷电电磁脉冲的感应作用,使建筑物内、外的线路,设备感应出危险的过电压,

因此,计算机机房内的金属门、窗,进入机房的电缆必须屏蔽,所有屏蔽都必须在两端接地,并保证所有屏蔽和设备外壳之间实现良好的电气连接。

3 等电位连接

等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施。它的关键所在就是各类电气、电子信息设备和分开的导电装置等用连接导线连接,以减少需要防雷的空间内的各金属物与各系统之间、装置与装置之间因雷电感应产生的电位差,从而减少对设备的损坏机会。

例如:有一通信设备分别在信号端和电源端设有两个独立的接地装置A和B(如图1)。

当计算机机房所在建筑物或附近发生雷击,那么雷击点将有很强的雷电流流入地网中,这时在雷电流入地点c周围将形成一个很强的电场,假设土壤电阻率是均匀的,那么在雷电流入地点c附近形成的电场是一组同心圆(如图2)。

图中c点为雷电流入地点,a、b点分别为信号端、电源端接地点电位。如果把雷电流入地点c看作是一个点电源,根据电磁理论,则接地网A和接地网B之间的电位差应为:

式中:土壤电阻率

I雷电流的峰值

RR雷电流入地点c与输入端a和输入端b之间的么向距离。

由于雷电流的峰值很大,V很容易达到几千伏,甚至几万伏,在同一台设备存在这样高的瞬间电位差,设备当然会损坏。如果将接地体A 与接地体B进行等电位连接(如图3),这样V就捕存在了,设备被击坏的可能性可以大降低。事实证明,现代防雷技术最重要的是等电位连接,只要做好等电位连接,接地电阻的阻值就变得相对次要的地位了。

计算机机房中的电源系统防雷接地、信号系统的防雷接地、工作交流地(N线)、静电地板接地、屏敝接地(穿管布线金属软管或硬管)、直流地(逻辑参考地)、安全保护地(机壳、机柜)应当就近接入机房等电位接地母排。

等电位连接的结构形式有S型、M型或SM两种结构混合形式的组合3种。根据以往经验,对小型机房,宜采用S型;对中、大型机房,宜采用M型或SM混合形。

4 防止雷电感应过电压的侵入

感应雷击及雷电电磁脉冲通过电源供电线路,室内、外信号数据传输线、天馈线进入机房和各种管道、电缆进入电子信息系统,击毁各类用电设备和微电子芯片,使设备遭到永久性损坏,因此,进行电源系统的防雷和通信信号传输线路的防雷是很有必要。

4.1 电源系统的防雷措施

计算机网络系统的电源一般没有独立的供电系统,仍然从电力线路输入室内,从理论上说,电力线路有可能遭受直击雷和感应雷。如果雷电击中高压线路,经过变压器耦合到低压端,经过计算机供电设备入侵计算机网络系统;低压线路也可能被雷电击中或感应过电压。无论是哪种情况都会对计算机网络系统设备造成毁灭性的损坏。我国现行的计算机信息系统防雷技术要求规定,电源系统应采取三级雷电防护,即在建筑物总配电装置高压端安装高通容量的防雷装置,作为第一级保护,在低压侧安装阀门式防雷装置作为第二级保护,在楼层配电箱安装电源避雷箱作第三级保护。

4.2 信号系统的防雷措施

通信信号传输线路的防雷,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,造成设备的损害和大量数据丢失。为了避免雷电侵害通信电缆引入机房的可能性,通常采用的措施就是在电缆接入网络通信设备前接入信号避雷器,也就是在传输线路中串入一个瞬态过电压保护装置,它可以阻断过电压及雷电波的侵入,有效保护电子设备免遭雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的侵害,尽可能降低雷电对系统设备的冲击。信号避雷器串接在通信线路中,因此信号避雷器除了满足防雷性能外,必须同时满足信号传输带宽等网络性能指标的要求。因此,在选择产品时,应同时考虑防雷性能指标及传输损耗、网络带宽、接口类型等网络性能指标。