摘要：本方案的目的是提出一套完整而易於操作的防雷設計和執行方案予貴單位在機房電力改造的同時進行參考實施，要改造的機房作爲xx國際集團的通信、數據和網絡中樞，必然要有一個可靠的後備供電系統和完善的電子設備防雷系統，從而達到使xx集團總部的重要設備和網絡系統安全執行的效果……
關鍵詞：電子設備 防雷 解決方案
前 言
防雷技術的發展是與高科技的迅猛發展緊密相關的。自富蘭克林發明避雷針後的200年時間裏，防雷工程主要是建築和電力系統關注的重點，技術也日趨成熟。目前，雷災增多的原因並不在於自然界的雷電現象發生變異，而是由於微電子技術的普遍應用，新設備的技術和結構與過去電子管設備有了很大區別，雷電的某些在過去想不到也看不到的物理效應在新器件、新產品上發生作用。過去的防雷主要針對強電系統，雷電磁波（lemp）的存在危害不了它；而現在的防雷技術重點轉向弱電系統。隨着微電子技術的廣泛應用，雷電對設備的破壞途徑更加多樣，破壞程度更加廣泛和深入；它可以導致數據信號發生錯亂，也可能導致芯片的直接損壞，使設備立即發生故障中斷通信；還有一種可能，雷擊產生高壓浪涌僅使某些部件緩慢劣化而縮短使用壽命，這種損傷會使設備經常產生難以捉摸的軟故障直到最後電路失效或性能下降。
面對新的防雷形勢，若仍採用舊的防雷觀念或技術必將導致更大的災禍和損失。因此，防雷工程技術需要一個大轉變、大提高，必須要從系統的角度進行綜合防禦。根據國際公認的觀點，全面的防雷就是要提供高效的接閃體，安全引導雷電流入地，完善低電阻地網，清除地面迴路，電源浪涌衝擊防護，信號及數據線瞬變防護。
在採用新的防雷技術手段上，要遵重科學，遵守防雷規範，也要重視繼承長期以來建立的防雷體系和防雷經驗，並在實踐中合理應用與發展。雷電的發生具有很大的隨機性，不同的地方所處環境的雷電頻繁程度和強烈程度不同，設備本身價值也有很大差異，所以在防雷設施的配置上不能一概而論，一定要從實際出發，堅持經濟性、合理性、靈活性，因地制宜，避免不必要的浪費。
本方案的目的是提出一套完整而易於操作的防雷設計和執行方案予貴單位在機房電力改造的同時進行參考實施，要改造的機房作爲xx國際集團的通信、數據和網絡中樞，必然要有一個可靠的後備供電系統和完善的電子設備防雷系統，從而達到使xx集團總部的重要設備和網絡系統安全執行的效果。對關鍵設備的保護，就是要達到99.999%以上的安全執行時間。我們深知，在企業資訊化的今天，保證了資訊中心機房的安全執行，就是保證了xx國際集團的安全運作。
總 則
電子設備雷電過電壓及電磁干擾防護，是保護通信線路、設備及人身安全的重要技術手段，是確保通信線路、設備執行必不可缺少的技術環節，是企業電子化建設及執行管理工作的重要組成部分。
本方案的設計依據：
iec1312《雷電電磁脈衝的防護》
gb50057-94《建築物防雷設計規範》
vde0675《過電壓保護器》
ga173-1998《計算機資訊系統防雷保安器》
gb-50174-93《計算機房防雷設計規範》
gb2887-89《計算機場地技術條件》
本方案中的所採用的過電壓保護產品是由世界知名防雷器生產商德國obo bettermann公司精工設計製造的電源及通信信號的過電壓保護器(spd)，其產品符合vde、iec及gb相關標準，並透過國內郵電、鐵道、電力等有關權威檢測機構檢測認證。 銀行系統計算機房直擊雷防護措施嚴格依據gb50057-94第二類建築物設計標準，其避雷針、引下線、地網系統應合乎規定要求。
一、過電壓的入侵途徑及危害
1、雷電
直擊雷：
是指雷電直接擊在建築物構架、動埴物上，因電效應、熱效應和機械效應等造成建築物等損壞以及人員的傷亡。一般防直擊雷是透過避雷裝置即接閃器（針、帶、網、線、）引下線構成完整的電氣通路後將雷電流泄入大地。然而接閃器、引下線和接地裝置的導通只能保護建築物本身免受直擊雷的損毀，但雷電會透過多種形式及途徑破壞電子設備。
帶電雲層與大地上某處發生迅猛的放電現象，在放電的瞬間，會產生一股峯值在1000到100,000安培的脈衝電流，它的上升時間約爲一微秒。如果雷電直接擊中建築物、房屋及與地基接地連接的所有電器設施，接地網的地電位水平會在數微妙之內被擡高數萬或數十萬伏。高度破壞性的雷電將從各種裝置的接地部分，流向供電或數據網絡系統。與此同時在未實行等電位連接的導線迴路中，可能誘發高電位差而產生火花放電的危險。雖然直擊雷的能量巨大，但由於遭受雷電直接襲擊的範圍通常很小，傳統安裝於建築物頂上的富蘭克林避雷針將放電電流引導到大地，實踐證明，對建築物設施的保護，避雷針是經濟和有效的。
但是，當雷電擊中室外傳輸電源導線或者其他信號線、電話線上時，一個瞬時雷電衝擊波會沿着導線向與其相連的設備前行，損害相連的電器設備，並可能擊穿絕緣，危及人身安全，或者產生電弧、電火花引起火災。
感應雷：
是雷電在雷雲之間或雷雲對地的放電時，並在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線和電磁感應並侵入設備，使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發生的機率比直擊雷高得多。直擊雷只發生在雷雲對地閃擊時纔會對地面造成災害，而感應雷則不論雷雲對地閃擊或者雷雲對雷雲之間閃擊，都可能發生並造成災害。此外直擊雷一次只能襲擊一個小範圍的目標，而一次雷閃擊都可以在較大的範圍內多個小局部同時產生感應雷過電壓現象並且這種感應高壓可以透過電力線、電話線等傳傳輸到很遠，至使雷害範圍擴大。
雷電波侵入：
由於雷電電流有極大峯值和陡度，在它周圍的出現瞬變電磁場，處在這瞬變電磁場中的導體會感應出較大的電動勢，而此瞬變電磁場，都會在空間一定的範圍內產生電磁作用，也可以是脈衝電磁波輻射，而這種空間雷電電磁脈衝波（lemp）是在三維空間範圍裏對一切電子設備發生作用。因瞬變時間及短或感應的電壓很高，以致產生電火花，其磁脈衝往往超過2.4高斯。現代銀行、郵電、證券機房或營業櫃檯普通應用微機進行貨幣存取、資訊傳遞與交換，其對磁脈衝承受限度一般爲小於0.007高斯，故在新機房建設或舊機房改造時應對防雷與磁屏蔽措施必須充分注意。
球形雷：
是一種特殊的雷電現象，簡稱球雷。一般是以橙或紅色，或似紅色火焰地發光球體，（也有帶黃色、綠色、藍色或紫色的），直徑一般約爲10-20釐米，最大的直徑可達一米，存在的時間大約爲百分之幾秒至幾分鐘，一般是3至5秒，其下降時有的無聲，有的發出嘶嘶聲，一旦遇到物體或電氣設備時會產生燃燒或爆炸，其主要是沿建築物的孔洞或開着的門窗進入室內，有的由煙囪或通氣管道滾進樓房，多數沿帶電體消失。
2、操作瞬間過電壓
衆所周知，當電流在導體上流動時，會產生磁場，儲存能量，電流截越大，導線越長，儲能越大，所以當大型負載（特別是電感性負載）電氣設備開關時，便會產生瞬時過電壓。
3、地電位反擊
是指雷擊大地或接地體，引起地電位上升而波及附近的電子設備，對設備產生反擊，損害其對地絕緣。
二、雷電保護的整體概念
企業網絡過電壓保護必須運用電磁相容原理將企業網絡局部的防護歸結到企業網絡的整體的雷電過電壓保護。電子設備所處的建築物作爲一個欲保護的空間區域，從電磁相容的角度出發，可由外到內分爲幾個雷電保護區，以規定各部分空間不同的雷電磁脈衝(lemp)的嚴重程度。(如圖1)
根據雷電保護區的劃分要求，銀行建築物外部是直接雷的區域，在這個區域內的設備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區，爲0區;建築物內部及計算機房所處的位置爲非暴露區,可將其分爲1區、2區，越往內部，危險程度越低，雷電過電壓對內部電子設備的損害主要是沿線路引入。保護區的介面透過外部的防雷系統、建築物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構成的屏蔽層而形成。電氣通道以及金屬管則透過這些介面，穿過各級雷電保護區的金屬構件必須在每一穿過點做等電位連接。
進入大樓的電源線和通訊線應在lpz0與lpz1、lpz1與lpz2區交界處，以及終端設備的前端根據iec1312——雷電電磁脈衝防護標準，安裝上obo之不同類別的電源類spd，以及通訊網絡類spd(瞬態過電壓保護器)。spd是用以防護電子設備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導電涌過電壓的有效手段。
行安裝。
等電位連接
實行等電位連接的主體應爲：設備所在建築物的主要金屬構件和進入建築物的金屬管道；供電線路含外露可導電部分；防雷裝置；由電子設備構成的資訊系統。
實行等電位連接的連接體爲金屬連接導體(如圖3)和無法直接連接時而做瞬態等電位連接的防雷保護器(spd)。
大樓的計算機房應敷設金屬蔽網，屏蔽網應與機房內環形接地母線均勻多點相連。 透過星型(s型結構或網形m型)結構(見圖4)把設備直流地以最短的距離連到鄰近的等電位連接帶上。小型機房選s型，在大型機房選m型結構。
機房內的電力電纜(線)、通信電纜(線)宜儘量採用屏蔽電纜。 架空電力線由終端杆引下後應更換爲屏蔽電纜，進入大樓前應水平直埋50m以上，埋地深度應大於0.6m，屏蔽層兩端接地，非屏蔽電纜應穿鍍鋅鐵管並水平直埋50m以上，鐵管兩端接地。
接地
根據gb50174-93標準要求，電子計算機機房接地裝置應滿足下列接地要求：
交流工作接地，接地電阻不大於4歐姆；
安全保護接地，接地電阻不大於4歐姆；
直流工作接地，接地電阻應按計算機系統具體要求確定；
防雷接地，接地應接現行國標50057<<建築物防雷設計規範>>執行。
交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等四種接地共用一組接地裝置時，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷接地單獨設定接地裝置時，其餘三種接地共用一組接地裝置，其接地電阻不大於其中最小值，並應採用obo之防地電位反擊的等電位連接保護器。
機房內通信電纜以及地線的布放和連接
透過模擬不同的佈線、屏蔽和接地方式時，空間電磁場對通信線路的電磁感應影響情況試驗，對計算機通信網絡系統在建築物樓內的佈線和接地方式有如下結論：
通信電纜以及地線的布放應儘量集中在建築物的中部。
通信電纜線槽以及地線線槽的布放應儘量避免緊靠建築物立柱或橫樑並沿建築物立柱或橫樑佈線較長的距離，通信電纜線槽以及地線線槽的設計應儘可能位於距離建築物立柱或橫樑較遠的位置。
衛星接收機高頻電纜在進入機房前其金屬屏蔽外皮，至少有二處與避雷設備引下線連接。
三、防雷器（spd）的選用
一臺質量優良的電源避雷器，與其元器件的正確選擇，先進的設計方案、合理的生產工藝及良好的質量管理體系是分不開的。以下就如何從這幾個方面去選擇電源避雷器，結合實踐作一探討。
10、 防雷器中使用的元器件
電源避雷器中的雷電能量吸收，主要是氧化鋅壓敏電阻和氣體放電管。
氧化鋅壓敏電阻是限壓型保護器件，沒有脈衝電壓時呈現高阻狀態，一旦響應脈衝電壓，立即將電壓限制到一定值，其阻抗突變爲低阻狀態。與氣體放電管比較，它最大的優點是當它吸收脈衝電壓時因殘壓高於工作電壓，不會造成電源的瞬間短路，也不會產生續流。氧化鋅壓敏電阻的響應時間比氣體放電管快。氣體放電管的擊穿電壓對脈衝電壓的上升速率十分敏感，電壓上升速率越快，點火電壓越高，響應時間越快。能夠正確選擇壓敏電阻和氣體放電管這二類元器件，並利用它們各自的優點進行組合的電源避雷器，其整機性能相對較好。電源避雷器中要求氧化鋅壓敏電阻，具有優良的能量耐受特性，而能量耐受特性主要用額定雷電衝擊電流、最大雷電衝擊電流和能量耐量三大指標來描述，這些特性與氧化鋅壓敏電阻的表面積有關，和元件的散熱條件有關。同一種規格的壓敏電阻，由於不同廠家的製造工藝、原料配方不同，其能量耐受能力會相差很大。
氣體放電管具有很強的承受大能量衝擊的能力，但在具體使用時，由於氣體放電管在放電時殘壓極低，近似於短路狀態，因此不能單獨在電源避雷器中使用，氣體放電管的耐流能力與管徑有關，管徑越大，耐流能力越好。氣體放電管的質量問題主要表現爲慢性漏氣，長時間使用的可靠性問題（即遭受多次雷電衝擊後，直流擊穿電壓值發生偏移），光敏效應和離散性較大。雖然近年來國產的氣體放電管有了較大的改進，質量在逐步提高，但整體質量問題仍然存在，特別是可靠性問題和慢性漏氣問題。因此電源避雷器中選擇進口名牌氣體放電管的產品應作爲首選，且氣體放電管的管徑在ф8㎜以上爲好。
電源避雷器中的電容器和熱熔保險絲的選擇也很重要。電源避雷器長期工作在電網中，由於電容器的質量問題造成電源避雷器整機損壞的事例很多，因此，電容器的耐壓選擇很重要，特別是耐受脈衝高電壓的衝擊能力。相比之下，國外產品好於國內產品，日立公司，okaya公司的電容器質量爲上好。電源避雷器中的熱熔保險絲的作用是當雷電流超過電源避雷器最大承受能力時，由於過流作用，可使保險絲斷開，同時由於過截使氧化鋅壓敏電阻溫度上升亦可使保險絲斷開，起到過流和溫度雙重保護作用。由於電源避雷器常態工作條件下，電流非常小，只是在雷電衝擊或脈衝電壓衝擊時，在瞬態條件下起保護作用，因此與常規熱熔保險絲的使用條件有所區別，所以，電源避雷器中的熱熔保險絲應有獨特性能，即在瞬態條件下的熔斷特性。
11、 先進的設計方案
避雷器的設計方案有了良好的元器件，先進的設計方案是確保電源避雷器質量的必要條件。根據對國內外產品的分析比較，在設計電源避雷器時應充分考慮以下幾個方面問題。電源避雷器耐雷電電流衝擊等級的合理定位，即電源避雷器額定浪涌電流值和最大浪涌電流值的確定。現在市場上有些電源避雷器的廠商，爲了廣告宣傳和產品競爭等商業行爲，隨意提高耐雷電電流衝擊的等級，這是一種對用戶極不負責的態度。雷擊災害對現代電子設備具有極大的破壞性。某一地區雷電電流的大小，由於地理環境、氣象條件和電子設備電源接線方式等諸多不確定因素，很難用一個數字量來確定，因此，廠家對電源避雷器的設計應有較大的餘量。一般浪涌電流的設計應是該電源避雷器最大浪涌電流值的一倍，而最大浪涌電流值又應是該電源避雷器額定浪涌電流值的一倍，這樣的設計餘量纔是對用戶負責的態度。在廠家設計的`具體線路中，應採用多路浪涌電流吸收的冗餘式電路結構，即當某一路浪涌電流吸收回路由於某元器件損壞，自動退出電源避雷器的整機電路，不影響整個電源避雷器的正常工作。由於採用上述的設計餘量，即使出現一路、甚至二路吸收回路退出整體電路，也不影響整個電源避雷器的防雷能力。這種冗餘設計方案將大大地提高電源避雷器的可靠性，是多雷區電源線路防雷的首選防護設備。
12、 生產工藝和質量管理體系方面
合理科學的生產工藝是確保電源避雷器質量的保證條件。在電源避雷器的生產工藝上，生產廠家應注意以下幾個方面的問題。溼熱一直是壓敏電阻失效的一個重要原因，其表現出來的現象是壓敏電阻在受長期潮溼環境的影響下，其泄露電流明顯上升，壓敏電壓值明顯下降。對於整個電源避雷器來講，由於潮溼環境的影響，一旦電網中出現瞬態過電壓或雷電電流的衝擊，很可能造成局部短路而損壞的現象。由於雷雨季節往往是一個溼熱的氣象環境條件，因此電源避雷器的防溼熱工藝顯得非常重要。通常廠家採用環氧樹脂灌封的生產工藝。有些廠家能在環氧樹脂灌封的過程中進行真空抽氣，則效果更好。因此，在選擇電源避雷器時，除觀看廠家的元器件的選擇，設計方案和生產工藝外，質量管理方面也很重要。這包括元器件採購、保管、檢驗、組裝、老化、殘壓和泄露電流的測試制度、安全制度等方面。
綜上，選擇質量優良的電源避雷器，不能只停留在廠家的廣告宣傳上，還應到廠家針對上述幾個方面去看一看，特別是關鍵元器件的選擇、設計方案、生產工藝是瞭解的重點。除此之外，當地的氣象條件、年雷暴日數和雷暴造成財產損失的情況也應和選擇電源避雷器的防護級別進行綜合考慮。
四、防雷器的應用方案
1、防雷器的配置原則
應在不同使用範圍內選用不同性能的防雷器（spd）。在選用電源spd時要考慮供電系統的形式、額定電壓等因素。lpz0與lpz1區交界處的spd必須是經過10/350us波形衝擊試驗達標的產品。對於通信spd在選型時應考慮spd與電子設備的相容性。
spd保護必須是多級的，例如對電子設備電源部分雷電保護而言，至少應採取泄流型spd與限壓型spd前後兩級進行保護。
爲各級spd之間做到有效配合，當兩級spd之間電源線或通訊線距離未達規定要求時，應在兩級spd之間採用適當退耦措施。
對於無人值守場合，可選用obo之帶有遙信觸點的電源spd；對於有人值守場合，可選用obo之帶有聲光報警之電源spd，所有obo電源防雷器都具有老化顯示。
通信spd應滿足信號傳輸帶率、工作電平、網絡類型的需要，同時接口應與被保護設備相容。通信spd由於串接在線路中，在選用時應選用插入損耗較小的spd。
在選用spd時，供應商應提供相關spd技術參數資料。
正確的安裝才能達到預期的效果。spd的安裝應嚴格依據廠方提供的安裝要求進行。
2、防雷器的具體應用
根據xx集團總部資訊中心機房的實際情況建議使用如下防雷保護裝置：
在大樓的總配電室處加裝一組（四個）德國obo 的mc-50b間隙型防雷器，屬於瀉流型的防350us波形的防雷模組，它是建築物內部的第一級防雷器。
爲保護ups設備，同時加強機房電源系統保護，在機房主配電櫃內安裝一套德國obo v25-b/3+npe-as電源防雷保護器；ups配電櫃安裝一套obo v20-c/3+npe-as電源防雷保護器作爲電源系統二級輔助保護；在機房的關鍵設備前端再安裝obo cns-3d-g8 或dns-3-d防雷保護器作爲電源系統三級防雷保護。電源經三級保護後浪涌電壓大大降低，完全符合ups及常規電源的浪涌承受能力。電源避雷器爲模組式插入，更換方便。當雷擊時避雷器單向對地導通，使電源系統浪涌電壓泄入大地，從而保護設備和人體，當模組斷路時，as聲光報警器提供報警信號，提示更換。
在ddn前端安裝一套德國obo rj45-v24t/4-f信號保護器，保護ddn專線設備及路由器。
交換機、服務器及小型機各安裝一套德國obo rj45-e100/4-f、rj45-tele/4-f信號保護器。
地網保護器：機房地與大樓地之間使用obo 480地網保護避雷器連通，連接成等電位體，並且當雷擊時大樓避雷系統電流不直接進入機房地以防止雷電反擊。
以下是應用在本方案中的防雷模組配置一覽表：
論文出處(作者):