原创 计算机网络系统防雷设计方案

一、概述

   随着现代电子技术的不断发展，各种高、精、尖的电子设备不断推广和普及应用，计算机网络系统也广泛应用于政府机关、学校、交通、公安、银行、证券、邮电等企事业单位中，由于这些网络系统的电子设备内部结构的高度集成化，耐过电压、耐过电流的水平极低，避雷针对这些电子设备的保护也无能为力，因而极易遭受雷电流的冲击而损坏，轻者使终端计算机和通信接口设备损坏、通信中断、各种信息无法传递；重者使网络主机损坏，致使网络瘫痪，工作无法进行。因此，为了使计算机网络系统正常运作，防止雷击而带惨重损失，有必要对计算网络系统进行综合雷电浪涌防护措施，除了要安装良好的避雷针、避雷带，还必须在电源系统、信号系统进行可靠、有效的防护工作，并具备可靠的接地装置。

二、雷电入侵计算机网络系统途径分析

   雷电闪击时，雷电能量通过各种耦合机制（电流耦合、电感耦合、电容耦合）、电磁脉冲辐射及地电位反击等方式沿供电线路、通信线路、网络线路和金属管线进入计算机网络系统。

1、雷电直接击中计算机网络物理线路

    A. 落雷点为电源高电压侧，雷电沿供电线路侵入到计算机网络系统供电部分，产生过电流与过电压造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电、致使整个系统瘫痪。

   B. 雷电直击网络无线通信的天线、沿天馈进入计算机网络系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏。

   C. 雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、X25专线、电话线），产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路损坏；过电压过电流沿通信有线线路侵入到网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损坏。

2、感应过电压

A. 回路感应过电压

  由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路（如电源线、数据通信线、天馈线），这些线路、网络结构布局错综复杂，在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路，当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与这回路相连接的电子设备。

B. 回路感应过电压

    网络通信线路上感应过电压分静电感应与电磁感应：

静电感应主要是指架空线路位于雷击点附近，由雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷迅速释放，形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线两侧传播，侵入线路两端连接的网络设备将其损坏。

   当雷电直接击在避雷针避雷带上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，在雷电流的通道附近产生一个很强的瞬变磁场。这强大的磁场将直接在电源线或网络通信线路上感应出过电压，侵入到网络系统中，损坏网络设备。高强度（30KA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1km范围内网络系统产生影响，甚至造成系统设备损坏。据统计，这种感应雷击事故占计算机雷击事故的70%。

   C. 耦合与转移过电压

雷击引起暂态高电压或过电压常常可以通过网络线路耦舍或转移到网络设备上，造成设备的损坏。

3、雷击地电位抬高入侵

   建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至威胁人身安全。

4、计算机网络设备抗干扰能力分析

   因为计算机及网络设备是由大量的大规模集成电路组成，其抗干扰能力弱，成虽采取了许多抗干扰措施，对低能量干扰比较有效，但对雷电电磁脉冲生成的过电压过电流技术比较薄弱，对浪涌或雷电磁脉冲特别敏感，仅十几伏的电压就可通过电源系统、数据传输线等途径将毁坏计算机主板、RS-232口、多功能卡、网络设备。

三、计算机网络系统防雷方案

   （一）、设计依据

1、IEC61024《建筑物防雷》

2、IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》

3、GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

4、GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

5、GB50174-93《计算机机房设计规范》

6、GB2887-89《计算机场地技术条件》

7、GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》

8、XQ3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》

 （二）防雷设计方案

1、   网络系统和瞬态过电压保护设计

   A. 网络系统过电压保护必须运用电磁兼容原理将网络通信系统局部的防护归结到系统全局的雷电过电压保护。

   B. 网络通信电子设备所处的建筑物作为一个欲保护的空间区域，从电磁兼容的角度出发，到内分为几个雷电保护区，以规定各部分空间不同的雷电磁肪冲（LEMP）的严重程度。

   C. 根据雷电保护区的划分要求，机房建筑物外部直接雷的区域，在这个区域内的设备易遭受损害，危险性最高，是暴露区，为0区域；根据建筑物内部及计算机所处位置，可其分为1区、2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备主要是沿线路引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属构成的屏蔽而形成。电气通道以及金属管则通过这些界面，穿过各级雷电保护区的构件必须在每一穿过点做等电位连接。

   D. 进入机房大楼的电源线和通讯线应在LPZ₀与LPZ₁、LPZ₁与LPZ₂区交界处，以及终端设备，前端根据IEC312雷电电磁脉冲防护标准，安装上的电源类SPD、通讯网络类SPD（如：WEP-SCD-ZX、WEP-SNR45）。

①供电系统：

   a) 在LPZ₀与LPZ₁区交界处安装三相并联交流电源避雷，型号为WEP-SP380B5C，作为总电源一级保护；

   b) 在LPZ₁与LPZ₂区交界处安装三相电源避雷器，型号为WEP-SP380B7B，作分电源二级保护；

   c) 计算机网络中心机房总开关安装单相模块式电源避雷器，型号：WEP-SP220M3作为第三级保护；

   d) 计算机网络中心机房UPS电源安装单相电源UPS专用防雷器，型号为WEP-SP220U-2，作为机房贵重设备精细级保护；

   e) 设备供电采用防雷插座，型号WEP-SPC，作为计算机网络设备精细级保护。

②通讯网络系统

   a) 网络中继线安装中继线避雷器（数据专线避雷器），型号WEP-SCD-ZX，接口按实际情况配制。

   b) 计算机中心机房网络交换机信号线路安装网络信号避雷器，安装24口一体化网络信号避雷器，型号：WEP-SNR45/24，对每个端口进行保护。

   E. SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。

   F. 选用和使用SPD注意事项：

   ① 应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。在选用电源SPD时要考虑供电系统制式、额定电压等因素。对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的相容性。

   ② SPD保护必须是多级的，例如对机房电子设备电源部分雷电保护而言，至少泄流型SPD（如：WEP-SP380K-3）与限压型SPD（如：WEP-SP380X-3）前后两级进行保护。

   ③ 为各级SPD之间做到有效配合，当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规范时，应在两级SPD之间采用适当退耦措施（如：WEP-SP380BC-3）。

   ④ 建在城市、郊区、山区不同环境下的机房，设计选用过压型SPD时，考虑网点供电电源不稳定因素，选用合适工作电压的SPD（如：WEP-SP220W-3）。

   ⑤ 信号SPD应满足信号传输带率、工作电平、网络类型的需要，同时接口应与设备兼容。

   ⑥ 正确的安装才能达到预期的效果。SPD的安装应严格依据厂方提供的要求安装。

2、   等电位连接

   A. 实行等电位连接的主体应为：设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属供电线路含外露可导电部分；防雷装置；由电子设备构成的信息系统。

   B. 实行等电位连接的连接体为金属连接导体，和无法直接连接时而做瞬态等电位连接的电涌保护器（如：WEP-SPS-1 ）。

   C. 计算机房六面应敷设备金属屏蔽网，屏蔽网与机房内环形接地母线均匀且多处相连。

   D. 通过星型（S型结构或网形M型）结构把设备直流地以最短的距离连到邻近的连接带上。小型机房S型，在大型机房选M型结构。

   E. 机房内的电力电缆（线）、通信电缆（线）宜昼采用屏蔽电缆。

   F. 架空电力线由于终端杆引下后应更换为屏蔽电缆，进入大楼前应水平直埋50m以上，应大于0.6m，屏蔽层两端接地，非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平直埋50m以上，铁管接地。

3、   接地

   A. 根据DB50174-93标准要求，电子计算机机房接地装置应满足下列接地要求：

   ① 交流工作接地，接地电阻不大于4欧姆；

   ② 安全保护接地，接地电阻不大于4欧姆；

   ③ 直流工作接地，接地电阻应按计算机系统具体要求确定；

   ④ 防雷接地，接地应按现行国标GB50057-94《建筑物防雷设计规范》执行。

   B. 交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地共用一组接地时，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地共用一组接地装置，其接地电阻不大于其中最小值，并应采用防地电位反击的等电位保护器。