計算機網絡中心的雷電防護技術
摘要:本文分析了計算機網絡中心的特點、雷電侵入的途徑及產生的影響,著重闡述了計算機網絡中心系統的綜合防雷措施。
關鍵詞:計算機網絡中心;雷電影響;防雷措施
引言
計算機網絡中心是電子信息設備的集中場所,電子信息設備的耐壓和抗電磁干擾性能比較低,雷電所伴隨的強大的感應電磁場以及在金屬導體中產生的感應過電壓,影響著計算機房內電子設備的正常工作,0.07高斯的的磁場強度可造成計算機元件失效,2.4高斯即可使元件擊穿[2]。
為了減小雷電感應對電子信息設備的影響,對網絡中心機房的通信系統、網絡系統、電源系統及控制系統等弱電電子設備采取有效的雷電防護措施,保障機房系統正常安全運行,通過了解雷電的影響及侵入途徑,然后對具體的防雷保護技術作深入的研究。
1、雷電的影響
雷電對計算機網絡中心的影響主要為雷電感應電磁干擾、雷電波侵入和環路感應。雷電電磁場是伴隨瞬時強大雷電對地放電的雷電流產生的,具有和雷電流相似的波形特性;當雷電接近架空管線時,高壓沖擊波會沿架空管線侵入室內,造成高電流引入;計算機網絡中心所處的建筑物內通常敷設著各種電源線、信號線和金屬管道等,這些線路和管道在建筑物內的不同空間構成環路。當建筑物遭受雷擊時,雷電流沿建筑物防雷裝置中各分支導體入地,流過分支導體的雷電流會在建筑物內部空間產生暫態脈沖電磁場,脈沖電磁場交鏈不同空間的導體回路,會在這些回路中感應出過電壓和過電流,導致設備接口損壞。
2、計算機網絡中心的特點
2.1 計算機網絡中心的電子設備包括主機、服務器、UPS供電系統、路由器或交換機、程控交換機、天饋接受機、打印機、刻錄機、電話等電子設備設施。計算機的主要配件基本上是由半導體集成電路構成,中央處理器、存儲器和邏輯控制電路等芯片都是由絕緣半導體場效應管(MOS)構成,并且抗磁干擾能力和抗過電壓能力都比較低。
2.2 為了延長設備工作時間和降低系統的能耗,計算機工作電壓設計得越來越低,一般在1.1V—1.5V之間,任何超出該范圍的電流沖擊,都可能導致其永久性破壞。
2.3室內敷設進出機房的網絡、供電線和各種設備的供電線,線路較多,布線復雜。
3、雷電侵入途徑
雷電侵入計算機網絡中心途徑主要有:(1) 出入建筑物中各種電源線路及信號線路、設備間的連接線;(2)具有公共接地的建筑物中的一切金屬管道;(3) 直接雷擊落雷點建筑物的地電位上升。
4、防雷措施
IEC、IEEE、GB等標準體系對雷電浪涌保護工作設立了相應規范,主要采用的方法包括分流、屏蔽、搭接、接地、和設置保護元件等措施。
4.1 電源系統防雷
由于有80%雷擊高電位是從電源線侵入的,進入網絡中心的電源線和通訊線應在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區交界處,以及終端設備前端,安裝防浪涌SPD。電源系統防雷分為多級保護。主要是通過合理的多級泄流能量配合,保證SPD 有較長的使用壽命和設備電源端口的殘壓低于設備端口耐雷電沖擊電壓,確保設備安全。SPD 一般并聯安裝在各級配電柜(箱)開關之后的設備側。在電源總進線處安裝電源第一級沖擊電流Iimp(10/350μs)≥12.5kA、電壓保護水平Up≤2.5 kV的浪涌SPD,在電源分配電箱處安裝電源第二級沖擊電流Iimp(10/350μs)≥10.0kA、電壓保護水平Up≤1.5 kV浪涌SPD,在重要用電設備插座處安裝電源第三級浪涌SPD。SPD 連接導線應平直,導線長度不宜大于0.5m,接地線連接等電位接地母排,接入電氣豎井的接地干線。
4.2 數據線路信號防雷
正確選用傳輸電纜,低頻電路盡量使用雙扭絞線,高頻電路使用雙軸屏蔽電纜,有可能用光纜替代電纜。
4.2.1 廣域網
廣域網遠距離傳輸數據通信需要防護線與線之間、線與大地之間的雷電入侵,當廣域網使用光纖接入時,光纖線路無需考慮此線路的雷電防護,但光纜金屬護套和金屬芯線可能引入雷電,必須在接入設備之前,光纜的所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強芯等,應在入戶處直接接地。
4.2.2 局域網
局域網雷電防護的重點是做好局域網網線的屏蔽,同時加強終端設備局域網端口的雷電防護。中心機房內的服務器網口安裝網絡防雷器;中心交換機與二級交換機之間屬于光纖線路連接的,加強芯做良好接地;路由器連接到防火墻的線路,防火墻入口處安裝一組網絡避雷器。在傳輸途徑較遠交換機的輸出端和各部門用戶終端,計算機處安裝信號SPD防護。
網絡信號防雷電浪涌SPD是針對特定的要求來設計的,技術指標繁多,使用浪涌SPD必須同時具備良好的防護性能和優異的傳輸指標。從傳輸的角度來看,浪涌SPD連接在通信網絡上相當于增加了網絡的分散參數,增加了線路損耗,對傳輸性能會造成一定的影響。目前在通信網絡中使用的主要防護設備有:用于2MHz以下音頻通信線路的MDF保安單元,用于15MHz以下接入網線路的xDSL浪涌保護器,用于百兆局域網的寬帶網絡浪涌保護器,用于控制系統、低速網絡的數據線浪涌保護器,用于天饋回路的天饋防雷器等。所安裝的SDP應根據被保護設備的工作電壓、接口型式、特性阻抗、信號傳輸速率、頻帶寬度及傳輸介質等參數選用插入損耗小,限制電壓不超過設備端口耐壓水平的PSD。
信號線路浪涌保護器(SPD)與被保護設備的連接端口有串接與并聯之分。由RJ11、RJ45、和其它接口組成的線路應串接安裝SPD,僅有接線柱組成的接口應并聯安裝SPD。
當采用屏蔽線系統時,線纜中傳輸信號頻率為1MHz以下時,采用單端接地,采用單端接地應保持各子系統中屏蔽層的電氣連續性。線纜中傳輸信號頻率為IMHz以上時,采用兩端接地,在電纜屏蔽層二端接地時,兩個接地裝置之間的接地電位差不應大于1伏。
4.3 中心機房屏蔽處理
屏蔽層可分攤70%的電流。在要防護的機房內六面安裝金屬屏蔽網,其中地板采用全鋼防靜電地板,吊頂天花采用金屬屏蔽天花,形成法拉第籠,將該屏蔽網與接地體進行電氣連接,同時對進入被屏蔽機房內的電源線、信號傳輸線等均采用外套金屬管狀或金屬編織網的外導體,并將其接入地網進行屏蔽。機房內的門窗宜采用金屬門窗。
4.4 等電位處理
等電位連接作用在于將室內形成一個等電位的屏蔽整體,消除室內設備、金屬導體之間的電位差,防止雷電電磁脈沖對設備的損害。在網絡中心沿墻根敷設均壓帶。室內均壓帶采用≥75mm2紫銅帶或30mm×3mm銅帶作為主材。將主材沿墻環繞一周,并依照防護等級要求,形成閉合網格狀態,網格大小應在3×3米內,并與接地匯流排可靠連接。室內的網絡設備和其他電氣設備的外殼、機柜和各種金屬構件、防靜電地板金屬支腳、金屬天花板、門窗等就近通過多股6mm2銅芯線連接至均壓環。
4.5 設備安全距離
因建筑物的引下線和屏蔽網都在外墻處,雷電流經其引入接地裝置,在外墻處會形成強磁場,所以總配線架(MDF)不應安裝在柱上或柱附近,為金屬外殼時應接地屏蔽。計算機網絡系統的電源和信號主線路應盡量遠離外墻,最好設置在室內的中心位置。
4.6 綜合布線
建筑物之間傳輸線盡可能選用光纜;電源線不與網絡線同槽架設;數據插座與電源插座保持一定距離,距離大于30cm;廣域網線纜不與局域網線纜同槽架設;屏蔽槽要求兩點接地并達到一定厚度。電子設備的電源線與信號線所形成的回路面積要盡量小,避免產生大的回路感應電勢。在機房布線時應考慮防雷安全凈距見《電子信息系統防雷設計規范》GB50343-2004第5.3.3條款的要求。
4.7 共用接地系統
《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2004 第5.2.5條款:“防雷接地應與交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地共用一組接地裝置,接地裝置的接地電阻值必須按接入設備中要求的最小值確定。” 雷擊時將會在導線、金屬管網、地線網絡、屏蔽范圍內的一切設施上形成均壓等電位。如有特殊要求設置獨立地,則應在兩地網間用地極保護器連接,兩地網之間平時是獨立的,防止干擾,當雷電流來到時兩地網間通過地極保護器瞬間連通,形成等電位連接。許多計算機設備的電源線采用單相三線電纜,分別為火線、零線及連接在金屬外殼上的地線,故與設備相連的電源插座應采用有安全保護地的三孔插座。
5、結語
計算機網絡系統對雷電過壓的防護要求比較高,雷電對計算機網絡系統的危害是多途徑的,雷電的產生機理的研究待完斷,目前的防雷技術難以達到100%的防雷效果,需要進一步研究。
參考文獻
[1] 林維勇,王時煦.建筑物防雷[M].北京:中國建筑出版社,1985.
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