防雷案例

信息网络系统的防雷保护



信息网络系统的防雷保护

[摘要] 本文根据信息网络系统的特点，总结了雷电破坏信息网络的几种形式，并针对其遭雷击的途径，提出了信息网络系统的防雷设计原则和防雷保护方案。
[关键词] 感应雷 雷电波侵入 屏蔽 共用接地

引言
随着现代科学技术的突飞猛进，信息网络设备已被广泛应用于社会的各行各业，由于信息网络设备内部结构的高度集成化，从而造成设备耐过电压、过电流水平下降，对雷电浪涌和操作过电压的承受能力下降。信息网络系统因雷电浪涌电压而受破坏的事例屡见不鲜。轻者使终端计算机和通信设备损坏，通信中断，信息无法传递，重者使网络主机损坏，网络瘫痪。

一、信息网络系统遭雷击的主要途径是雷电感应、雷电波侵入和地电位反击
雷电击中建筑物时，5O％的雷电流将会从接闪器、引下线、接地装置等外部防雷装置泄放到大地。其余50%的雷电流将通过建筑物的供电系统、通信网络系统，及其他金属管道分流。这里的雷电流分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化。信息网络系统遭雷击主要有以下三种途径：感应雷：在周围1千米左右范围内发生雷击时，LEMP在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌，因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。雷电波侵入：在更大的范围内(几千米甚至几十千你)，雷电击中电力或信息通信线路．然后沿着传输线路侵入设备。地电位反击：雷电击中建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，此高电压可能通过接地系统或建筑物间的线路，侵入建筑物内部设备，形成地电位反击。

二、信息网络系统总的防雷原则
1、将绝大部分雷电流通过外部直击雷防护装置引入地下泄散(外部保护)。
2、阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波。
3、限制窜入被保护设备上浪涌过压幅值(过电压保护)。
4、屏蔽雷击电磁场．防止雷击电磁场干扰(屏蔽)。

三、信息网络系统的防雷保护方案
本文主要针对感应雷、雷电波侵入，地电位反击、屏蔽雷击电磁脉冲等方面，探讨一下防护措施。直击雷保护不作探讨。
1、感应雷的防护
（1）电源系统防护
电源线路属于设备与外界有直接联系的通路，也是信息网络设备易遭受雷电损害的重要途径之一。电源防雷的主要作用是限制瞬态过电压从电源供入端进入设备，其原理是通过避雷器中的非线性元件，当过电压达到一定限定值时，瞬间对地放电，当过电压过后又能够恢复其原来的状态，从而限制过电压窜入被保护设备。我国现行的国家标准GB 50057-94 (2000)、GB 50343—2004及相应的行业标准都做了明确规定：在电源引入总配电箱处加装电源避雷器即电涌保护器(SPD)。不同防护区SPD的选用参数不同，根据雷电流在进入建筑物各设备之间均匀分配原则，按其分流量确定参数做到尽可能节约的情况下，达到安全防护目的；在IEC61312—1中给出了首次雷击雷电流参量和长时间雷击的雷电流参量．根据设备的重要性．使用性质，发生雷击事故的可能性划分等级。电源线路防护措施：
① 引入室内的交流电力线宜采用铠装电缆，并且宜采用直埋式低压电力电缆埋地引入机房，其电缆金属护套的两端应作良好的接地。
② 按照国家标准，信息网络系统供电应采用TN-S或TN-C-S制式。
③ 机房的电缆金属护套在入室处应做保护接地。
④ 室内所有交流用电及配电设备均应采取接地保护。交流保护接地应从接地汇集线上专引，严禁采用中性线作为交流保护接地线。
⑤ 感应雷的防护应从感应雷击的各个入口着手进行．将感应雷击电压、电流在被保护设备的外围引导入地．从而达到保护网络设备的目的。低压电源线路感应雷击的防护，主要是安装SPD。SPD一般采用三级保护，即三相总电源，进入室内的电源和进入用电设备前的三级保护。但当仅采用一级保护或二级保护可以满足保护要求时，也可仅采用一级保护或二级保护。




三相总电源避雷器应安装在总配电柜上作为第一级保护。其通流量In的设计要求In≥15kA（10/350us）。楼层配电箱或被保护设备的房间的电源分配电箱安装电源避雷器作为第二级保护，其通流量In的设计要求In≥5kA。在用电设备的电源输入端或UPS电源输入端安装一组末级电源避雷器(目前大部分设计在考虑经济实用的条件下，采用的是具有防雷功能插座)作为第三级保护。其通流量In的设计要求：In≥3kA。各级避雷器的安装连接线的长度应尽可能短，以减小纵向并联支路的寄生电感，降低保护装置安装点处的实际箝位水平。
(2)信息系统的防护(信号和天馈部分)，由于信息网络系统包含大量的数据线、控制电路和通信线路等外接线路，它们传输的电平低、速度高，在雷击发生时，网络线路感应到过电压将影响网络的正常运行，甚至导致整个网络瘫痪，因此，对它们进行有效地保护显得尤为重要。信号系统SPD设计的原则要考虑通流量、限制电压传输速度、插入损耗和接头形式等具体问题。具体防护措施为：
① 在交换机中继线入口，加装信号线路雷电浪涌保护器，每线一个。
② 在与外部连的宽带通信线路或ISDN和DDN专线等都加装的信号浪涌保护器。
③ 在网络通信系统的保护中，除了要考虑网络的拓扑结构，通信方式等因素外，还要具体针对不同厂家提供设备的接口型式选用不同的产品进行匹配。在清楚了解网络的实际情况后，将针对方案提出具体的设备型号，接口型式等，以利于具体实施。
④在有天馈线接入到大楼内部的地方加装天馈线的避雷器。设计上可以根据不同的同轴电缆接口提供不同的产品。
2、雷击电磁脉冲屏蔽
信息网络设备大量采用半导体器件和集成电路，由雷击产生的暂态电磁脉冲可以直接辐射到这些元器件上，也可以在电源或信号线上感应出暂态过电压波，沿线路侵入电子设备，使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施，电子设备常用屏蔽体有设备的金属外壳、屏蔽室的外部金属网和电缆的金属护套等，采用屏蔽措施对于保证电子设备的正常和安全运行来说是十分重要的。根据电流的趋肤效应，大部分电流是通过金属外表流过，因此线路外表做金属屏蔽处理，做好屏蔽接地，使雷电电磁感应通过屏蔽层泻流到大地而起到保护作用。因此，有条件的地方，网络机房尽可能安装在楼的底层靠中间的地方，应尽量避开楼的顶层和靠墙的地方。这样可以利用建筑本身进行多层屏蔽防护。
3、机房内部实施局部等电位处理
在机房内部设置一个局部等电位连接排，为了消除雷电暂态电流路径与金属物体之间的击穿放电，需要对室内的各种金属构件进行等电位连接，即将室内的电子设备、组件和元件的金属外壳或构架连接在一起，并与建筑物的防雷接地系统相连接，形成一个电气上的连续整体，这样就可以在发生雷击时避免在不同的金属外壳或构架之间出现暂态电位差，使得它们彼此间等电位。
4、接地措施
在信息网络系统机房的建设中，一定要求有一个良好的接地系统，因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄人大地，从而保护设备和人身安全。另外还有防电磁干扰的屏蔽保护，防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。信息网络系统机房接地的种类很多，主要有交流工作地、直流工作地、安全保护地、屏蔽接地、防静电接地、防雷接地等。防雷接地是为了防止雷击而设立的，而计算机的直流地、交流地、安全保护地、防静电地、屏蔽地是根据计算机的工作性质和实际情况而设立的，为了保证计算机稳定可靠运行应作等电位连接和共用接地处理，即统一接地体。统一接地体为接地电位基准点，由此分别引出各种功能接地引线，利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统。

5、综合布线
综合布线在信息系统防雷设计中是一个重要的环节。通过雷击事故现场勘察发现，大多数遭雷击的网络设备所在建筑物屋顶有铁塔或避雷针，针体与建筑物主钢筋连接，并利用主钢筋引下泄入地中。在雷击放电时，建筑物内部产生较大的瞬变空间电磁场，由于信息网络设备多采用总线制同轴网络，网络各工作站与服务器分置在不同楼层，网络干线往往通过紧靠外墙立柱旁的电缆槽垂直布线，网络干线终结器直接与地网连接，而电源线和设备保护地线通过建筑物另一侧电缆槽垂直布线，因而在通信电缆屏蔽层、网络干线终结器接地线、网络适配卡与网络终端设备地线回路及连接到总汇流排和地网的设备保护地线之间形成一个大的闭合环路，造成网络设备受感应雷击损坏，因此有效合理的综合布线对于信息系统免遭感应雷破坏是非常必要的。首先，将各种线路穿于金属管内，以实现可靠的屏蔽：其次，把信息线路的主干线的垂直部分设置在高层建筑物的中心部位，且避免靠近用作防雷引下线的柱筋，以尽量缩小被感应的范围。在管线较长或桥架等设施较长的路线上，还需要两端接地。

总之，随着信息网络技术的发展，信息网络系统及其设备对防雷的要求也越来越高，只有严格按照标准规范要求，对信息网络系统采取综合防雷设计，合理布置系统中各种线路，才能有效地起到防雷作用，保证整个信息网络系统的安全运行。