弱电信息机房的防雷措施

　　摘要：文章根据2000年10月1日起施行的国家规范《建筑物防雷设计规范》(GB50057—1994)和2004年6月1日起实施的《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343—2004)，简单分析了雷击电磁脉冲LEMP对建筑物弱电信息机房内设备的危害及干扰途径，简述了弱电机房的选定、屏蔽、接地、等电位连接、电涌保护器的设置安装等方面应采取的综合防护措施。

　　关键词：电磁脉冲LEMP;弱电机房;接地;屏蔽;等电位连接

　　0引言

　　随着科学技术的进步和现代电子技术广泛应用。各种电子、微电子装备越来越向高速度、高频率、网络化、智能化和小型化方向发展。这些电子信息系统和设备非常灵敏，但是，耐过电压能力也非常低，几乎都承受不了正负5V的电压波动。譬如，电子计算机在遭受雷击电磁脉冲的磁场强度超过2.4高斯时，系统就可能会被产生完全瘫痪或者毁坏。雷电高电压以及雷电电磁脉冲侵入所产生的电磁效应、热效应都会对系统和设备造成干扰或永久性损坏。据统计，我国电子设备每年因雷击造成的经济损失相当惊人。因此解决电子信息系统对雷电灾害的防护问题，十分重要。

　　下面简要分析一下弱电机房内电子信息系统防御感应雷的措施。

　　1雷电影响建筑物内电子信息系统的途径

　　建筑物内的电子信息系统遭受雷电的影响是多方面的。既有直接雷击，例如，云——地放电的直击雷;在建筑物附近落雷形成的电磁场感应，从电源线路、信号线路等侵入的雷电电磁脉冲(LEMP);还有云——云间的放电、云内放电都会向空间辐射电磁波，都会对系统产生影响;以及接闪器接闪后由接地装置引起的地电位反击。在进行防雷设计时，不但要考虑防直接雷击，还要防雷电电磁脉冲、雷电电磁感应和地电位反击等，因此，必须进行综合防雷保护，才能达到预期的防雷效果。

　　对于直击雷的防护，一般建筑物采用避雷针、避雷带、避雷网、避雷线作为接闪器，把雷电流接下来，用引下线引至接地装置，再引入大地，防止直击雷对大楼内计算机系统的危害。根据接闪器的引雷原理，采取了防直击雷(也即设置外部防雷)措施的建筑物避雷系统遭受雷击的可能性会增大，LEMP发生的几率相应增大，雷击电磁脉冲的防护已成为弱电信息机房防雷的重点。雷击电磁脉冲LEMP是一种干扰源，其侵入建筑物弱电机房的主要方式有：①雷击发生在建筑物附近时，空间电磁辐射对建筑物内部弱电设备的电磁干扰;②建筑物防雷装置接闪时，强大而波形陡的雷电流通过引下线时，在周围空间产生交变的电磁场;③进入建筑物内弱电机房的电力线和信号传输线以及控制线路等引来的雷击电磁波对内部电气设备的干扰;④雷击时地电位反击电压通过接地体入侵。

　　为使建筑物遭受直接雷击或附近遭雷击时，电子信息弱电机房线路和设备免遭过电流及过电压的破坏，需从以下方面综合考虑对雷击电磁脉冲LEMP的防护。

　　2信息机房位置的选定

　　从电磁兼容的角度出发，根据在2000年10月1日起施行的国家规范《建筑物防雷设计规范》(GB50057—1994)，将需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物，从外部到内部划分为不同的雷电防护区(LPZ)。也就是以不同的雷电防护区(LPZ)来描述建筑物各部分空间遭受的不同的雷电电磁脉冲(LEMP)影响的严重程度。根据雷电防护区的划分要求，建筑物外部是直击雷非防护区(为LPZOA区)和直击雷防护区(为LPZOB区)，在LPZOA区和LPZOB区，电磁场没有衰减，危险性最高，是暴露区;建筑物内部及弱电信息机房所处的位置为非暴露区,可将其分为LPZ1区、LPZ2区及LPZn区，越往内部，危险程度越低，根据上面对电磁环境的分析和分区原则，弱电机房应该选择放在LPZn+I后续防雷区的建筑物空间内，这样，LEMP对电子信息系统的干扰的几率就会相应地减少。

　　3机房屏蔽措施

　　弱电机房屏蔽是减少信息机房内电磁干扰的感应效应的基本措施之一，主要方法是利用建筑物的各种金属屏蔽体来阻挡或者衰减电磁干扰以及过电压能量，包括建筑物自然屏蔽、建筑物内外线路屏蔽、弱电机房人工屏蔽。

　　建筑物的自然屏蔽由建筑物金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土楼板和柱子的钢筋等自然构件互相联结，构成一个“法拉第笼”式的外部屏蔽层。其屏蔽效果可通过磁场强度的衰减情况来表达。

　　电子信息机房的人工屏蔽是将弱电机房天花板龙骨、防静电地板以及墙内敷设的金属屏蔽网等金属构件互相连接，并可靠接地，使其构成屏蔽空间;从而使LEMP被有效地减弱。另外，所有出入弱电机房的线路穿金属套管或线槽，也可采用有金属屏蔽的电缆。并在防雷区交界处将金属管槽、电缆屏蔽层两端做等电位联结。

　　建筑物内外的线路屏蔽指信息系统线缆首先采用屏蔽电缆，屏蔽电缆一般多采用编织带，其屏蔽效果随其编制密度增加而增加，但是波长接近编织开口时，则屏蔽效果随频率增加而增加。当采用非屏蔽电缆时，可采用坚硬的金属线管或者相同厚度的金属薄板屏蔽，但在冷条件下，高磁化率的金属薄板会失去磁化特性，需要曾加防护措施。屏蔽层连接时应有良好的搭接，宜使用接头或接合器。

　　4等电位联结措施

　　为使在弱电信息机房内防雷区交接界面处做好等电位联结，应按《规范》的要求将建筑物弱电机房内各种金属部件用接地线联结，以改善信息弱电机房内的电磁环境。等电位联结是用连接导线，把弱电信息机房内的各种设备以及导电体、金属线槽等与建筑物的综合接地系统相连接，把不同暂态过电压区域之间所形成的暂态电位差消除掉，使之构成电气上的等电位联结整体。另外，在界面处，将所有穿过防雷区界面的导电物、屏蔽层、信号SPD或者通信线的屏蔽层做局部等电位联结。出入弱电信息机房的电力线，通信线等在不同位置时，应该就近连到综合等电位联结带上。弱电信息机房的各种箱体、支撑架等金属组件与建筑物总合接地系统的等电位联结方法有两种，分别是：M型网络，为多点接地，其特点是接地阻抗低，但易引来侵入电流。S型网络，为一点接地，其抵抗电磁的干扰能力比较强。选用S型(星型)网络、M型(网型)网络。具体应根据弱电机房信息系统设备信号频率和电磁干扰频率及系统的规模大小来选用S型网络还是M型网络等电位联结方式。

　　5安装电涌保护器SPD

　　为了把耦合于电力线、信号传输线以及信号控制线的雷电高电压及雷电流分流限制在弱电信息设备绝缘能承受的数值，进出机房的电源和信号线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2(LPZn与LPZn+I)区的交界处及弱电机房终端设备的前端安装不同类别电源类SPD和信号类SPD。其中LPZ0与LPZ1区交界处的电源类SPD须是经过l0/350μs波形冲击试验达标的产品，也即电压开关型防雷保护器，Iimp选择不应小于15KA。LPZ1与LPZ2(LPZn与LPZn+1)区交界处的电源类SPD须用8/20μs波形冲击试验达标的产品，也即限压型浪涌保护器，第二级In应不小于5KA，末级In应不小于3KA;In越大，Up越高，反应速度会更慢，故In值并不是越大越好;电源类浪涌保护器对地并联安装，连接浪涌保护器的导线长度须小于0.5m，保护器前必须串联熔断器(保险丝)或断路器，目的是为了防止浪涌保护器失效时可能产生对地短路。

　　信号SPD的Uc值应视被保护设备的工作电压而定;负载电流视被保护设备的额定工作电流而定;接口形式视被保护设备的接口形式而定。因为大多数信号类SPD都是串接在信号线路中，所以，应选用插入损耗较小的SPD，还应该配合信号线路的传输参数、线路设备的限制电压等需要。并按照规范标准施工。

　　6结束语

　　综上所述，弱电设备越来越普及，弱电设备耐压水平越来越低;重要场所因为雷击而造成设备损坏或间接损失越来越多。根据上述措施分析，建筑物内信息机房雷击防护措施，必须考虑接地、屏蔽、SPD设置、等电位连接、及机房位置的选定等方面对电子信息系统的影响，以保证系统可靠、安全地工作。信息系统防雷保护是保证系统正常运行的基本措施，应得到高度重视。在电子信息系统防雷时，必须坚持综合性及安全可靠性的原则，注意各个细节，才能确保系统安全可靠运行

　　【参考文献】

　　[1]国家规范《GB50057—1994》(2000版).建筑物防雷设计规范

　　[2]国家规范《GB50343—2004》.建筑物电子信息系统防雷技术规范