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1、计算机机房的雷电防护摘要： 为了使机房内有良好的电磁环境，除了作好等电位连接外，还要作好机房的屏蔽工作。当机房屏蔽系数较大时，外界的电磁场经过机房的屏蔽效应后会有较大的衰减。因此，雷击电磁脉冲对计算机的干扰也就大大降低。关键词：等电位连接、 屏蔽。一、引言： 雷电是发生在大气层中的声、光、电等物理现象，属于自然灾害之一。有史以来，雷电便以极大的破坏力造成建筑物倒塌、起火和人员伤亡，给人类的生活、工作带来了很大的危害。雷电灾害的特点是：受灾面积广，从二维空间发展到三维空间。近年来，由于高层建筑的不断兴起和信息处理技术的日益普及，各种电子设备广泛地配备在各类建筑物中，导致雷击的目标增多、雷灾的经济
2、损失及危害程度也大大的增加。现代防雷技术是一个系统的工程，它包括外部防雷和内部防雷，即直击雷的防护和雷电电磁脉冲的防护。强调全方位防护，综合治理，层层设防的原则。雷电侵入机房、设备及计算机通信等网络系统主要有四个途径：电源系统引入，信号传输通道引入，地线的反击及机房的屏蔽不良而造成的雷击电磁脉冲。为了提高机房、设备及网络系统的运行可靠度，保障工作人员的人身安全，除了应架设好避雷针、避雷带、避雷网，采取完善的直击雷防护措施外，还必须在建筑物内的电源系统（所有供电设备、用电设备、备用发电设备）、天馈系统、信号传输系统、程控交换系统、计算机网络系统等设备进行可靠有效的防护，在拦截、分流、均衡、屏蔽、
3、接地、布线等六大方面实施完整的多层次的防护系统。计算机机房是一个很容易遭雷击的地方。一旦遭到雷击机房里的电子设备工作失灵，重则使电子设备永久损坏，严重时还可能造成机房工作人员的伤亡。因此做好计算机机房的雷电防护是具有重要意义和长远利益的。那么， 如何做好计算机机房的雷电防护呢？主要从两方面着手：直击雷的防护和雷电电磁脉冲的防护。保证机房内有良好的电磁环境。二、直击雷的防护1、防护的途径直击雷的防护途径主要依靠避雷针、避雷网、避雷带等作为接闪器，把雷电流接闪下来，然后通过良好的接地装置迅速而有效地将其泄放到大地。如图1为直击雷防护的示意图。常用的接闪装置，如避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等，它们
4、都是用金属做成，安装在建筑物的最高点，如屋脊或屋角等最易受雷击的地方。避雷网是用金属线做成的网，架在建筑物顶部空间，然后用截面积足够大的金属物让它与大地连接。 2、防护原理： 当高空出现雷云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷云相反的电荷， 然而接闪设备都处于地面上建筑物最高处，与雷云的距离接近，而且与大地有良好的电气连接，所以它与大地有相同的电位、一致接闪设备附近空间电场强度相对比较大，比较容易吸引雷电先驱，使主放电集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物体受雷击的几率就大大减少。而接闪器被雷击的几率却大大提高，所以就接闪器本身而言，它不但不能避免雷击，相反是招来更多的雷击，它以自
5、身多受雷击而使周围免受雷击。由于接闪器都与大地有良好的电气连接，使大地积存的电荷能量迅速与雷云的电荷中和。这样由雷击而造成的过电压的时间大大地缩短，雷击危害就大大减少。 三、雷击电磁脉冲的防护 雷击电磁脉冲是雷电流从“先导”到“主放电”的过程中向外辐射的高频和甚高频的能量。其放电峰值大，电场强、电流陡度大，频谱从1000HZ到100MHZ。受雷击电磁场的感应，架空电线、天面天线、电缆等都会产生强大的感应过电压和脉冲电流，感应过电压和脉冲电流若被引入机房 则会对设备造成大的威胁。雷击电磁脉冲的防护主要是采用等电位的连接和屏蔽措施。1、等电位连接1.1 等电位的概念、雷击时，由于雷击电磁脉冲的作用
6、会导致系统中各部件存在着电位差。需要防雷的空间内（计算机机房）采取等电位连接的方法可有效降低上述存在的电位差，等电位连接包含两方面的内容。一是把计算机机房本身及引入建筑物屋面所有的大金属物以及其他金属管道、电缆金属屏蔽层、电力系统的零线、建筑物（机房）的接地体等，全部用电气连接的方法连接起来(铜排连接或者其他可靠的导电连接) ，使整个建筑物成为一个良好的等电位体。二是在电源线、信号线等与外界有进出的金属线上安装合适的过电压保护装置(SPD)，并且避雷器的接地线要与计算机机房的接地体直接进行等电位连接。等电位连接在各部件间起着均衡电位的作用，防止防雷空间内各部件高电位差反击事故的发生。等电位连接
7、的目的在于减小雷电防护空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。当机房建筑物做好防雷等电位连接后，整座机房成为一个统一的等电位体，形成一个“法拉第笼”。当雷击发生时， 机房内电子设备各部件的电位差远小于不连接的状态。机房内部各金属体之间大体上是等电位的，所以在现代防雷技术措施中，等电位连接是最为关键的措施之1.2 接地体的等电位连接在计算机机房中， 一般是采用共用接地, 在接地体的等电位连接时应着重做好以下两个方面：（1）计算机机房的基础宜作为大楼地网的主体。在基础承台内，应将桩基、梁的钢筋都焊接连通。在机房外部地面以下0.7米处做一水平均压环（环形地网），并在外侧与每个被利用作为引
8、下线的建筑物立柱主钢筋相连。（2）环形地网应与附近地下的各种金属管道、金属构件在地下可靠连接。1.3 直击雷防护中的等电位连接机房本身宜利用钢筋作为防雷装置, 与该机房楼内外的各种外露的大型金属物体做好等电位连接。具体做法为: (1) 利用柱筋做为防雷装置的引下线, 外围圈梁建筑物的主筋作为水平均压环, 柱筋和圈梁相互连接, 形成一个稀疏的“法拉第笼”。(2) 机房上面所有可能遭受雷击的较大金属物体(如围栏、门窗、广告牌等)应就近作等电位连接。1.4 感应雷防护中的等电位连接雷电电磁脉冲对机房内的电子设备侵袭方式主要有两种: 一是雷电电磁脉冲沿着电源线、信号线侵入设备; 二是由于线路的布局、安
9、装位置不规范, 电子设备受雷电在空间产生的电磁场影响而损坏。建筑物防雷设计规范GB50057- 94 (2000 版) 把防雷区(LPZ) 划分为: LPZ0A 区、LPZ0B 区、LPZ1 区、LPZn+ 1 (注n= 1、2.) , 由机房的柱筋、圈梁、屋面网格和接地网等可靠地焊接起来而可以形成的“法拉第笼”。 使建筑物内部的雷电电磁感应强度略为下降, 可视为LPZ1区, 而后续的防雷区还要采取屏蔽措施。导线布设为减轻雷电感应, 要尽量布置在(电缆井) 大楼中心位置, 垂直布线时应尽量远离机房立柱, 特别是机房外墙的立柱, 并可用金属套管, 金属套管两端应做好等电位连接。1.4.1 构造“
10、法拉第笼”(1) 尽量多利用几根柱中主筋作为引下线。引下线越多, 流经各条引下线的雷电流也越小, 相应地减少了各条引下线周围产生的电磁感应强度, 同时也使得引下线上可能产生反击的瞬间电压值降低。(2) 尽量把各层的圈梁作为水平均压环。水平均压环既可以防侧击雷, 又起着均衡各层电位差的做用。(3) 把屋面网格、引下线、水平均压环、接地网可靠地焊接起来。1.4.2 防雷区间外部与界面的等电位连接(1) 防止雷电波沿导线侵入最有效的办法是把各种电源线、信号线穿金属管道埋地引入, 同时信号线尽可能不要与交流线穿在同一金属管内。(2) 在导线采用穿金属管 (或屏蔽层电缆) 埋地引入时, 金属管(或屏蔽层
11、电缆) 至少应在两端, 以及防雷区交界处做等电位连接。如图3所示，为一建筑物的等电位连接示意图。(3) 在电源线和信号线上必须按装相应的浪涌保护器（SPD）。1.4.3防雷区间内部的等电位连接。(1) 各防雷区间内部应设有闭合环形的等电位连接带。该连接带至少应有两处与机房主钢筋相连, 再把各种接地线连接到该连接带上, 使该防雷区间内实现良好的等电位。(2) 所有金属导电物, 如主机金属外壳，配线柜(架)、静电地板、机房门窗，工作面，垫套等都应以最短的线路连接到等电位连接带上, 或其它已做了等电位连接的金属物上。2、屏蔽。2.1机房的屏蔽为了使机房内有良好的电磁环境，除了作好等电位连接外，还要作
12、好机房的屏蔽工作。当机房屏蔽系数较大时，外界的电磁场经过机房的屏蔽效应后会有较大的衰减。因此，雷击电磁脉冲对计算机的干扰也就大大降低。传统的屏蔽室一般采用钢板密封焊接，同时采用屏蔽门、滤波器、波导管等设备，由于其造价昂贵和施工条件等限制在工程上推广不大。单纯从防雷角度考虑，计算机房的电磁屏蔽只要满足一般要求就可以了。因此，采用软屏蔽措施建造的机房满足计算机房的防雷要求不失为一种经济有效的方法。 所谓软屏蔽措施就是指计算机机房采用高密度钢网和铜网构成，主要原理是应用钢网和铜网组合构成的双基板电容的滤波效应，以达到屏蔽雷电电磁脉冲的作用。软屏蔽接地方式有两种：其一是钢网接地，同时内部铜网不接地形成
13、悬空地；其二是内部铜网单独接地。具体实施过程中应尽量使铜网和钢网隔离以增大其形成的电容的容量，达到最好的滤波效应，同时在钢网和铜网的敷设过程中应增加短路环使铜网、钢网的有效接地面积增大，以达到整个屏蔽机房的等电位作用。在毛坯房期间，钢网敷设完毕后应在地面上重新进行水泥地面施工时需保持地面平整，待地面有足够的强度再进行静电地板的铺设，为使每块静电地板都处于等电位状态，应在静电地板的支架下敷设0.330mm的紫铜带形成网格与屏蔽层的外层连接采用第一种方式。然后，屏蔽室的门一般采用双层双开全钢无窗防盗门并与机房的地线连接，即实现均压等电位又达到屏蔽接地的目的。计算机房内按照此种设计方法屏蔽机房效果一
14、般可以实现手机、寻呼机、对讲机、收音机等常见的无线通讯工具在屏蔽机房内无法接受发射信号。 2.2线缆的屏蔽 机房附近发生雷击时，周围必然有突变的电磁场，由于电磁感应的作用，进入室内的线缆有可能感应高电压，对计算机通讯设备的安全运行造成威胁。 作好线缆的屏蔽工作可以从以下几个方面着手：(1) 金属编织屏蔽层（包括编结的或多孔的材料）可在不能采用实体材料作屏蔽的情况下用来屏蔽电缆。但当用于辐射场时，编结或编织材料的屏蔽效果随频率的增高而降低，而且屏蔽效果将随编织密度增加而提高。编结屏蔽层覆盖的百分率是设计中的关键性参数。(2) 线缆穿导管可以使电缆免受电磁环境的影响。刚性导管的屏蔽效果与同样厚度同
15、种材料的实心板相同。链接式铠装或柔性导管在较低频率下可以提供有效的屏蔽作用，但当频率较高时，每两个铠装链节之间的缝隙可能呈现裂缝天线的性质，它将大大地降低屏蔽效果。如果必须采用链节式铠装导管，则它内部的所有布线都应该单独地加以屏蔽。屏蔽导管的性能恶化通常不是由于导管材料屏蔽性能不够，而是由于电缆屏蔽层的不连续性所造成的。这些不连续性通常是由屏蔽层的拼接或不适当的端接所引起的。(3) 此外，应该注意那些电磁线圈或者有高启动电流的其他装置，也就是那些装有开关，通常会引起大幅度瞬变过程的装置。为了防护这类材料在冷加工时会降低屏蔽特性，不能拉成管子，因此用煺过火的金属在电缆外面绕成连续覆盖层以获得足够
16、的屏蔽效果。建议在其外面加上橡胶的防护性涂层。2.3 设备的屏蔽良好的设备屏蔽可以成为雷击电磁脉冲的第三道关卡。进一步加大电磁场的衰减。对于金融系统的计算机通讯设备，如服务器、路由器等。更应该注意设备的屏蔽效果。其屏蔽原则是：（1）机房附近设备，应该从设备壳体与露在外部的所有导体上的各环节所辐射的电磁能量，可以采用金属进行全屏蔽。（2）当屏蔽要求不高时，可采用单层金属网屏蔽；当屏蔽要求较高时，则应当采用双层金属或单层金属板屏蔽。（3）必须对设备实施六面体的全屏蔽，各屏蔽单元之间要求接触良好，保证其电气性能符合规定。(4)无论是用金属网屏蔽，还是用金属板屏蔽，都应当注意防止结构上产生谐振特性。这
17、就要求：对于振荡部分要进行双层屏蔽；对于振荡、电源与输出耦合等部位，则要分别进行屏蔽。对设备进行屏蔽的简单例子就是放置服务器的柜子，如图4。 图4中是在一部设备内的各电路板，以最短的导线与机壳连接，或者信号电路相关的几部分设备以最短的导线与同一个金属体连接接地，然后多台设备分别引金属线接到地网的同一点上。事实上，该设备的机壳就起到了良好的屏蔽作用。雷击产生的电磁场经机过壳的屏蔽作用后会有较大的衰减。 四、小结随着科学技术的发展，计算机的使用越来越普遍。而这些设备存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点。一旦防护不当，损失是相当严重的。本文主要从雷电的特点出发，提出了机房以直击雷防护、等电位的连接和各种设备的屏蔽来进一步加强雷电的防护。五、参考文献。1建筑物防雷设计规范GB50057-94。2现代防雷技术基础3代环境中的电磁污染 赵玉峰。七、目的与意义：由于雷电的破坏是相当惊人的而机房是弱电子集中的一个地方，它很容易遭到雷击。为了使机房处在相对安全的环境，本文分别从机房的直击雷防护、雷电电磁脉冲的防护出发，提出了如何防护机房。如果遭到雷击机房里的电子设备工作失灵，重则使电子设备永久损坏，严重时还可能造成机房工作人员的伤亡。因此做好计算机机房的雷电防护是具有重要意义和长远利益的。