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防雷系统必要性分析及解决方案
发布日期:2013-10-09  来源: 中国防雷网  编辑:cally

    我国于在2004年由雷电袭击所造成的直接经济损失高达35亿元人民币,而由此产生的间接损失和严重后果更是难以估量。其中网络电子设备的损失程度、涉及范围都相当大,这些设备多分布于现代化的大型楼宇。直击雷和感应雷可能会通过电源电缆线和电信通讯线路的架空或直埋方式进入建筑物内,冲击各种用电设备。据资深网管工程师介绍,30%的网络电子设备故障都与雷击有关。而网吧,正是当中电子设备的典型使用者,为确保各种电子设备正常的运作,应采取良好的防雷措施。本文通过对网吧环境、电源系统、网络系统特以及雷电灾害各因素进行分析,并提出了系统的解决方案。
    一、网吧系统防雷必要性分析随着我国经济的快速发展,网吧的发展也随国民的需求遍布城市的每个角落。同时电子、通讯类等网络设备和电源系统也面对着日催严峻的安全考验,在雷雨天气高发期内,频繁的雷雨天气(以广州市为例,每年平均的雷暴天气可达80.3次,这样的多雷区在我国并不少见)所带来的雷电袭击也成为众多网吧经营业者不得不重视的问题。网络设备的防雷方法主要是做好设备接地装置及安装有效的防雷保护系统。网络设备做好接地装置是分流、泄放直接雷击和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一。另外还涉及到的工作接地、保护接地、以及它们与防雷接地系统之间如何连接,这些问题在网络布线时都需要特别加以重视。网吧,特别是大型的网吧,通常具有以下几个特点:

    1)地理位置:通常设在城区内的大厦、郊区居民密集地带的市场、工厂密集区等,很大的一部分都处于较开阔的地带;

    2)经营环境:由于消防及网吧本身运营等要求,建设网吧的楼层空间较大,楼板跨度也较大,所以一般会选择框架结构的建筑物。

    3)设备情况:网吧内的设备皆为高密度的电子产品,计算机数量大、网络设备种类多,都有必要实施浪涌保护。

    4)实施条件:无论在城区还是郊区,网吧所处的建筑物往往都不具备符合要求的防雷、电涌条件(特别是内部防雷和地网等等);

    5)电源系统:据有关统计资料表明,感应雷中有80%是经由电源线侵入网络设备的,要保护好电子设备,需要在它们的电源输入端之前设置电源防雷器,这样可以将从沿市电电路袭来的雷电过电压提前泄放到大地。一般网吧的进线都是380V交流市电供电线路架空明线接入至建筑物再埋进墙里的,因此非常容易遭受感应雷电磁脉冲及由于市电电压的波动而产生的浪涌冲击,导致网吧主要出现的问题有:

    a)设备即使不被击坏也会因此而减短寿命,增加营运成本。

    b)空气开关会因过电压而跳闸,并随着其老化而越来越频繁。

    6)通信网络系统:一般情况下,WAN连接为光纤,并借助光电收发器实现与WAN的连接,因为光纤是非金属的。因此,对光纤作防雷措施的必要性不大,但室内的服务器、交换机和网卡等设备也同样难免感应雷的影响,感应雷通常会来自网线,因敷设网线时离强电电源线太近或有较长的线路平衡于建筑物的钢筋(“法拉第笼”),有的甚至裸露或半裸露于外墙等,这些情况都容易受到感应电源形成浪涌。有的网吧会加装ADSL等通信线路,这种线路通常是由户外架空明线引入的,并且通常未安装专用浪涌保护器作防护,即使几公里以外的落雷都可能会对弱电设备造成损坏。有时瞬间过电压也不一定会直接损坏网络设备,造成网络故障,但经长年累月的浪涌冲击,网络设备也因多次发热等原因而加速老化,同时,网络的稳定性能也会受到严重影响。从以上几个特点不难发现,从雷电防护角度来看,网吧可谓运行于“高风险”环境下,即对于雷害风险来讲,“暴露程度”很高,因此需要采取强有力的防护措施。

    二、解决方案

    1、电源配电系统浪涌保护设计方案

    A、电源系统浪涌保护器的布置原则。依据GB50057-94(2000版)和IEC61312的标准布置。在LPZ0和LPZ1、LPZ1和LPZ2、LPZ2和LPZ3各区之间的交界处都需要安装电源浪涌保护器,通过多级钳位,目的是使残压逐步降低,以有效地抑制外来雷电波入侵和雷电电磁脉冲的危害。但是,我们在安装浪涌保护器时总会使用导线进行连接,而导线的电感(即自感系数)在雷电波的频率下不能忽略。导线越长,当有雷电流通过时产生的电感就越大,如果只有一级浪涌保护器,雷电流的大部分将从这一级浪涌保护器泄放入地,此时,通过导线的电流非常大,要保证导线电感额外地小,减少阻抗,要求导线非常短。

    另外,通常情况下,网吧的三相跟单相电源是连同一个配电柜的。若按照浪涌保护器的三级分配标准对其进行分开保护,那么,要同时安装第一、二级保护器就相当困难,所以,最后选择第一、二级合一或三级合一的一体化浪涌保护器。

    B、电源浪涌保护器的选择。GB50057-94(2000版)和IEC61312指出:二类保护要求,应按总雷电流150KA(10×350μS波)来考虑浪涌保护器选择,按照其建议的雷电流分配方式其中50%即75KA是通过接地系统(水管、铠装电缆外皮或导线的我属保护管等)直接入地;另外50%通过安装在相线和中线上的电涌保护器入地。所以,对电涌保护器通流容量的要求最好为75KA以上。另一方面,若采取三级保护方式,要使过电压的残压于到达终端设备前能限制至1500V以下(按3C的标准要求),需要好几套第二级防雷器的同时每台电脑前加装质量较好的第三级防雷器。这样,这部分的成本就相当大了。由此,可以选择一体化的高性能电源浪涌保护器,如YHC清华防雷器的大力神系列。

    2、网络系统浪涌保护设计方案

    在雷击发生时,产生巨大瞬变电磁场,在1KM范围内的金属环路,如网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击,将会影响网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统。对于网络方面的防雷工作是较易被忽视的。本方案中网络、信号设备防护方面,依据GB50174-93《电子计算机机房设计规范》、YD/T5098《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》、GB2887-89《计算机场地安全要求》中信号系统雷电及过电压防护要求设计。应在网络通讯线MODEN前端安装电话线路通信专用浪涌保护器,以串联的方式把瞬间过电压拒于室外,保护电话通信线路(如ADSL线路可采用YHC清华防雷器的RJ11-ADSL)。

    这样,室内的重要网络设备,只要根据实际情况选择性地加装浪涌保护器以防御室内网线有可能带来的浪涌,如中心交换机可采用RJ45-24E的机架式24口网络防雷器,子交换机的进线端可以采用RJ45-N2C等。这些浪涌保护器的通流容量应有足够的强度,一般为5KA到10KA的会较有保障;同时,插入损耗应越低越好,确保网络带宽不受影响。

    3、地网设计方案以网吧所在的建筑物为框架结构形式设计,首先要将所有建筑物基础钢筋用40×4mm镀锌扁钢做两点连接,组成联合地网;其次要将所有外露电力设备的保护接地,建筑物顶部设备的保护接地,架设的避雷针的引下接地等与主地网进行连接;最后对信息控制系统的信号线路直流工作接地做单独接地处理,并在机房内部设置均压带和等电位汇流排。

考虑到地网使用的长期性和耐腐蚀性,建议使用AG系列非金属接地模块制作地网。地网布置依据地形进行设计。水平接地体使用40×4mm镀锌扁钢,埋深0.6米;垂直接地体使用L50×50×5×2000mm镀锌角钢;垂直接地体间使用AG-I平板型非金属接地模块。地网引出地网测试极到地面上,以便以后检测地网情况。综上所述,在一般情况下,其电源线路要达到防浪涌的效果,至少应采取两级雷电防护,而根据IEC61312-3对浪涌保护器的要求,还要在每台计算机前安装浪涌保护器作第三级保护,将浪涌电压限制到一千多伏,这样很可能就需要引进数百套防雷设备。

    但目前的情况是,大多数网吧都难于接受。此外,网吧营业空间通常都已作十分完美的装修,不便于更改线路。鉴于网吧的上述特点和要求,在电源方面,一般认为对于强雷区(每年平均的雷暴天气达80.3次),可以选用清华防雷器YHCAC380-80或更强保护能力的电源浪涌保护器。其标称放电电流为每线80KA(10/350μS),真正达到高强度保护;具有防爆、防溅、无噪音特点,适合网吧的特殊工作环境。作为一体化的保护,解除分三级保护的烦恼,将数万伏的感应雷击过电压直接限制到残压小于1000V,既解决计算机数量多难于安装多级浪涌保护器的难题,又避免了三级防护方式对级与级之间协调要求高,安装条件苛刻、严格,而且感抗高和对接地要求高等问题。

    同时又满足网吧内设备对感应电流的残压要求,确保每台电脑及网络设备在稳定的电源供给下运行。通信信号线路由于多是由外部进线,因此同样会受到雷击的威胁,因此也需要采用专用通信信号系列电涌保护器进行雷电防护,如ADSL线路则可以通过YHCRJ11-ADSL进行保护。为防护网吧内除电源线外其他途径导入的感应雷,其中服务器、中心交换机、及其他计算机管理设备等精密设备,可以考虑作重点保护。
 

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