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探析計算機網(wǎng)絡(luò)中心的雷電防護技術(shù)
摘要:本文分析了計算機網(wǎng)絡(luò)中心的特點、雷電侵入的途徑及產(chǎn)生的影響,著重闡述了計算機網(wǎng)絡(luò)中心系統(tǒng)的綜合防雷措施。
關(guān)鍵詞:計算機網(wǎng)絡(luò)中心;雷電影響;防雷措施
引言
計算機網(wǎng)絡(luò)中心是電子信息設(shè)備的集中場所,電子信息設(shè)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(yīng)電磁場以及在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓,影響著計算機房內(nèi)電子設(shè)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(yīng)對電子信息設(shè)備的影響,對網(wǎng)絡(luò)中心機房的通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等弱電電子設(shè)備采取有效的雷電防護措施,保障機房系統(tǒng)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(shù)作深入的研究。
1、雷電的影響
雷電對計算機網(wǎng)絡(luò)中心的影響主要為雷電感應(yīng)電磁干擾、雷電波侵入和環(huán)路感應(yīng)。雷電電磁場是伴隨瞬時強大雷電對地放電的雷電流產(chǎn)生的,具有和雷電流相似的波形特性;當(dāng)雷電接近架空管線時,高壓沖擊波會沿架空管線侵入室內(nèi),造成高電流引入;計算機網(wǎng)絡(luò)中心所處的建筑物內(nèi)通常敷設(shè)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(nèi)的不同空間構(gòu)成環(huán)路。當(dāng)建筑物遭受雷擊時,雷電流沿建筑物防雷裝置中各分支導(dǎo)體入地,流過分支導(dǎo)體的雷電流會在建筑物內(nèi)部空間產(chǎn)生暫態(tài)脈沖電磁場,脈沖電磁場交鏈不同空間的導(dǎo)體回路,會在這些回路中感應(yīng)出過電壓和過電流,導(dǎo)致設(shè)備接口損壞。
2、計算機網(wǎng)絡(luò)中心的特點
2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)中心的電子設(shè)備包括主機、服務(wù)器、UPS供電系統(tǒng)、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(shè)備設(shè)施。計算機的主要配件基本上是由半導(dǎo)體集成電路構(gòu)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(dǎo)體場效應(yīng)管(MOS)構(gòu)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(shè)備工作時間和降低系統(tǒng)的能耗,計算機工作電壓設(shè)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(dǎo)致其永久性破壞。
2.3室內(nèi)敷設(shè)進出機房的網(wǎng)絡(luò)、供電線和各種設(shè)備的供電線,線路較多,布線復(fù)雜。
3、雷電侵入途徑
雷電侵入計算機網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(biāo)準體系對雷電浪涌保護工作設(shè)立了相應(yīng)規(guī)范,主要采用的方法包括分流、屏蔽、搭接、接地、和設(shè)置保護元件等措施。
4.1 電源系統(tǒng)防雷
由于有80%雷擊高電位是從電源線侵入的,進入網(wǎng)絡(luò)中心的電源線和通訊線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處,以及終端設(shè)備前端,安裝防浪涌SPD。電源系統(tǒng)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(shè)備電源端口的殘壓低于設(shè)備端口耐雷電沖擊電壓,確保設(shè)備安全。SPD 一般并聯(lián)安裝在各級配電柜(箱)開關(guān)之后的設(shè)備側(cè)。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(shè)備插座處安裝電源第三級浪涌SPD。SPD 連接導(dǎo)線應(yīng)平直,導(dǎo)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(shù)據(jù)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(wǎng)
廣域網(wǎng)遠距離傳輸數(shù)據(jù)通信需要防護線與線之間、線與大地之間的雷電入侵,當(dāng)廣域網(wǎng)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(shè)備之前,光纜的所有金屬接頭、金屬擋潮層、金屬加強芯等,應(yīng)在入戶處直接接地。
4.2.2 局域網(wǎng)
局域網(wǎng)雷電防護的重點是做好局域網(wǎng)網(wǎng)線的屏蔽,同時加強終端設(shè)備局域網(wǎng)端口的雷電防護。中心機房內(nèi)的服務(wù)器網(wǎng)口安裝網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)信號防雷電浪涌SPD是針對特定的要求來設(shè)計的,技術(shù)指標(biāo)繁多,使用浪涌SPD必須同時具備良好的防護性能和優(yōu)異的傳輸指標(biāo)。從傳輸?shù)慕嵌葋砜?浪涌SPD連接在通信網(wǎng)絡(luò)上相當(dāng)于增加了網(wǎng)絡(luò)的分散參數(shù),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(wǎng)絡(luò)中使用的主要防護設(shè)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(wǎng)線路的xDSL浪涌保護器,用于百兆局域網(wǎng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)浪涌保護器,用于控制系統(tǒng)、低速網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)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(yīng)根據(jù)被保護設(shè)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(zhì)等參數(shù)選用插入損耗小,限制電壓不超過設(shè)備端口耐壓水平的PSD。
信號線路浪涌保護器(SPD)與被保護設(shè)備的連接端口有串接與并聯(lián)之分。由RJ11、RJ45、和其它接口組成的線路應(yīng)串接安裝SPD,僅有接線柱組成的接口應(yīng)并聯(lián)安裝SPD。
當(dāng)采用屏蔽線系統(tǒng)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(yīng)保持各子系統(tǒng)中屏蔽層的電氣連續(xù)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(yīng)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(nèi)六面安裝金屬屏蔽網(wǎng),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(wǎng)與接地體進行電氣連接,同時對進入被屏蔽機房內(nèi)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(wǎng)的外導(dǎo)體,并將其接入地網(wǎng)進行屏蔽。機房內(nèi)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(nèi)形成一個等電位的屏蔽整體,消除室內(nèi)設(shè)備、金屬導(dǎo)體之間的電位差,防止雷電電磁脈沖對設(shè)備的損害。在網(wǎng)絡(luò)中心沿墻根敷設(shè)均壓帶。室內(nèi)均壓帶采用≥75mm2紫銅帶或30mm×3mm銅帶作為主材。將主材沿墻環(huán)繞一周,并依照防護等級要求,形成閉合網(wǎng)格狀態(tài),網(wǎng)格大小應(yīng)在3×3米內(nèi),并與接地匯流排可靠連接。室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其他電氣設(shè)備的外殼、機柜和各種金屬構(gòu)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(huán)。
4.5 設(shè)備安全距離
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