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公司新聞
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| 論計算機網絡防雷接地技術 |
| 發布日期：2020-4-17 瀏覽次數：2852 [返回上一頁] |
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劉海龍 南京信息工程大學成人教育學院，南京210044
【摘要】本文強調了計算機網絡防雷接地的重要性，簡述了各種接地的概念指出了相互間接地的局限性，詳細介紹了各種防雷技術要求，并通過二個工程案例，進一步證明了共網不共母線的接地技術和新材料新技術在防雷接地中的作用，提出了計算機網絡防雷接地技術的發展方向—共網不共母線的接地方法和以降低接地電阻為目的，接地新材料新技術的運用。
【關鍵詞】計算機 網絡 防雷接地 共網不共母線
1、接地技術的重要性
接地技術是一門深奧和復雜的實用技術，也是一門涵蓋眾多知識的邊緣科學。一個防雷工程，要是做了接閃器，而沒有合格的接地，那這不是“避雷”，反而會成為“引雷”的元兇。隨著電子信息化的到來，計算機網絡防雷也越來越引起高度重視。這些計算機網絡電器設備基本都是由電器、微電子技術、計算機控制，它們都是集成化、小型化、高精密度、高分辨率的產品，耐雷水平差、抗干擾能力弱，如果說沒有正確、合理的接地保護方法和措施，不用說它們的耐雷、耐雷電脈沖的能力相當脆弱，就是這些微電設備在運作過程中產生的相互干擾、電壓不穩定或大電流都會使它們無法政策工作或毀壞。比如計算機機房內常見的程控交換機，要是沒有一個好的接地，就是裝了電涌保護器，被雷擊或因靜電引起的故障現象還是時有發生；還有氣象部門現行的自動氣象站，要是沒有做好接地，采集器時常會發生采集數據包丟失情況等。所以說，隨著電子產品的更新日新月異，各種設備對接地的要求就越迫切，更突顯如接地技術的重要性。
2、接地分類
接地總的可以概括為以下十種類型：
�。�1）、交流工作接地：就是計算機機房（用電設備）中使用交流電的設備作二次接地或經特殊設備與大地作金屬連接，工作接地實質上是中性點接地。
�。�2）、直流工作地：就是計算機系統中數字電路的等電位地，也稱為邏輯地它是計算機系統中所有邏輯電路的“零電位”的參考點分兩種：a直流地懸空,指的是直流地不接地與大地嚴格絕緣；直流接大地，是指把計算機中數字電路的等電位點與大地相接。
(3)、安全保護接地：為了抑制靜電的產生集聚和消除靜電荷感應電或靜電放電等而做成的接地。
�。�4）、防電磁干擾接地：是指系統內部或外中的電噪聲源的電壓或電流通過傳導或者電磁場輻射傳到某一設備并影響該設備性能，只能靠接地或者經過屏蔽接地解決。
�。�5）屏蔽接地，就是為防止外來雜波的干擾而做的接地，包括： 屏蔽計算機本身的信號和防止靜電產生； 屏蔽外來雜波信號。
(6)、電源電涌保護器接地：是為了防止雷擊電流侵入電源線路所設的接地。
(7)、等電位接地：就是將各種設備接地端，通過金屬線連接在一起，消除電位差，以達到等電位的目的。
(8)、網絡、信號電涌保護器接地：是為了防止雷擊電流侵入網絡、信號線路所設的接地。
計算機機房的接地與所在的建筑物的接地無法隔離或離開一定的距離。因此，建筑物接地與機房接地采用共用接地方式——并網，其接地電阻按接地系統中最小值決定。如果不并網可采用等電位連接器將兩個地網連接在一起，達到共同泄放雷電流的目的。
以上八種接地基本涵蓋了現代接地技術的各個方面，但一個接地工程中八種接地方式全遇到的情況少。
3、現代接地方法
接地的目的，就是將引入防雷系統的雷電能量完全泄流入地，而不使雷電損害被保護裝置。一個好的現代接地，我認為，有三個因素：（1）接地連接方式和接地參數并重；（2）以減少或消除同系統中不同性質的接地（如防雷地、工作地、外殼接地、靜電地、信號地等）之間的電位差為目的，選用適當的布線方式；（3）根據地網所在地的接地電阻、土層分布等地質情況，盡量進行準確設計。
對于計算機網絡涉及的接地很多，選擇合適的布線方式，以做到各接地等電位泄流，是至關重要的。如果計算機網絡各接地之間存在電位差，特別是直流地與交流工作地、防雷保護地之間，就有可能發生雷電反擊，就會使電子芯片被擊穿，即使在平時，電網中雜散電流或暫態電流也會干擾設備的正常工作。
3.1在計算機網絡系統機房各類接地采用獨立接地的局限性
圖1設備獨立接地示意圖 該獨立接地系統要求，各地網之間間距20m以上，這樣才能防止各地網間雷電反擊，但在現代城市里，各地網要達到20m以上幾乎是不可能的，同時又要求各地網與各種地下的金屬管道、電纜、金屬構件有足夠的雷電流地電位反擊距離的場地幾乎沒有。因此，獨立接地系統已不適應電子住處時代計算機網絡的防雷要求。
3.2共網共母線的接地技的弊端
在計算機網絡機房各類接地采用共網共母線接地技術，不可能電子設備的交流地、邏輯地、信號地及保護地到機房接地母排上的距離同時為零。因此，采用共網共母線的接地技術仍然可能導致設備各類接地之間發生上千伏的雷電過電壓反擊。
圖2設備共網共母線接地 3.3共網不共母線的接地技術
計算機網絡機房各類接地采用共網不共母線的接地技術，是在共用接地為環形接地或網形接地裝置和設備各類接地線之間、各類接地支線之間、各類接地主母線之間的材型及材質均相同的條件下，當計算機網絡機房電源線或信號線遭受雷擊時，只須滿足各接地主母線在地網上的接點間的相互距離S≥R△t/L(R為設備共用地網電阻；△t為雷電波頭時間；L為接地線的電感的條件，就能保證計算機網絡機房設備處于同一等電位上，而不至于發生各類接地之間的地電位反擊。
圖3設備共網不共母線接地 3.4共網不共母線技術實踐安裝
綜上所述，設備獨立接地和共網共母線接地難于滿足現代計算機網絡防雷接地的要求，共網不共母線接地對于工程實踐來說，較容易實現�？梢哉f共網不共母線是完善計算機網絡防雷接地技術的發展方向。在實施共網不共母線接地技術安裝中應注意：
3.4.1接地網的閉合性。接地網必須是環形接地網或網形接地裝置，如利用建筑基礎地梁。
3.4.2接地線的絕緣性。電子設備的各類接地線必須相互絕緣，其絕緣電阻大于1MΩ。在做工程時，可以把防雷接地和直流接地分別接入到地網的不同點上，其余接地共地網一個點。
3.4.3接地線的相似性，各類接地線材型、材質必須相同。
3.4.4各類接地母線在地網上相互之間的距離必須滿足S≥R△t/L。
3.5工程實例
江西省某縣信用社計算機中心機房網絡防雷改造工程，該機房設在辦公大樓三樓（共六樓），主要是通過光纜傳輸信號與省信用社聯網，通過DDN專線與本縣域各網點聯網。配電柜在一樓，采用TN-S系統。該機房曾經在一次雷擊事件中，程控數字交換機接口被打壞，由于有備份專線，才不致造成數據中斷。經過我們現場勘查分析，該建筑原有的防直擊雷裝置，完全可以保護整個建筑物，機房在防雷電感應的措施也沒有問題，符合規范的要求，問題很可能就在機房的接地方式上，機房原有的接地是采用各種類型的接地均用一根銅電纜接到一個獨立地網上的接地方式，這樣就有可能因雷電造成反擊。關于接地的規范，國家標準《電子計算機機房設計規范》第四節有如下規定：電子計算機機房接地裝置的設置應滿足人身的安全及電子計算機正常運行和系統設備的安全要求。電子計算機機房應采用下列四種接地方式：交流工作接地、安全工作接地、直流工作接地、防雷接地；交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防防雷接地等四種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷接地單獨設置接地裝置時，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應大于其中最小值，并應按現行國標準《建筑防雷設計規范》要求采取防止反擊措施。
針對機房的現有的接地狀況，我們提出初步整改意見對機房防雷接地進行改造：該機房涉及的接地主要有，交流工作地，直流工作地和保護接地，DDN專線信號接地，靜電接地，屏蔽接地等。靜電接地和屏蔽接地（屏蔽接地就是將天花板的龍骨架、金屬門窗連接起來，形成一個法拉第籠式的網格）沿墻四角附近的柱內鋼筋引入地網，交流工作地，直流工作地和保護接地，DDN專線信號接地則采用共網不共母線的布線技術進行改造，目前機房設備的直流工作地和保護地是做在一起的，再通過母線匯流排直接連到地網，交流地、信號地分別接到地網，并保證三種接地在地網上相互距離滿足S≥R△t/L；再是對原有分開的獨立地網改造，將二地網聯合，組成一個公共的環形地網，通過以上接地的改造，該計算機機房在每次雷雨之后均能正常運行。
4、降低接地電阻方法
任何方式的接地都會有電阻存在，越接近大地零電位的接地越好，即滿足設計要求，又必須兼顧經濟投入，如何降低接地電阻是接地技術努力的方向。
4.1接地材料對接地電阻的影響。決定接地電阻R大小的因素很多，我們以接地環作接地主體的情形來分析傳統地網的接地公式：
式中ρ——土壤電阻率，Ω.m
S——地網面積，m2
L——接地極長度，m
A——形狀系統。
以上公式表明，傳統的接地方式在土壤電阻率已經確定的情況下，要想達到設計要求的電阻必須有足夠的接地面積，要降低接地電阻只有擴大接地面積，每擴大4倍的接地面積，接地電阻會降低一倍。要降低接地電阻的另一個方法是另大接地材料的尺寸，但耗材太大，效果并不理想。因此需要選擇新的接地材料和接地方式。
4.2接地材料的選擇
廣泛使用的接地工程材料有各種金屬材料、接地體、降阻劑和離子接地系統等。金屬材料如扁鋼，也常用銅材替代，主要用于接地環的建設。這是大多數接地工程都選用的。接地體有金屬接地體（角鋼、銅棒和銅板）這類接地體壽命較短，接地電阻上升快，地網改造頻繁，維護費用比較高。從傳統金屬接地有（體）中派生出的特殊結構的接地體（帶電解質材料），使用效果比較好，一般稱為離子或空接地系統。另外就是非金屬接地體，使用比較方便，幾乎沒有壽命的約束，各方面比較認可，以下表格是各接地材料性能比較。
幾種接地材料（方式）的比較
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傳統接地 |
降阻劑 |
非金屬接地 |
中空接地棒 |
類型 |
接地網與接地極 |
接地極 |
地網建設 |
一般 |
簡單 |
|
較簡單 |
適用環境 |
通用 |
普通地網通用 |
惡劣地質條件，腐蝕環境 |
地網面積小的城市或復雜山巖環境 |
價格比較 |
視土壤而定 |
低 |
較高 |
較高 |
抗腐蝕 |
低 |
有防腐作用 |
不被腐蝕 |
較好抗腐能力 |
耐候性 |
不好 |
普通 |
優異 |
較好 |
使用壽命 |
短 |
較長 |
最長 |
最長 |
4.3降低接地電阻的技術措施
4.3.1換土。這種方法是采用電阻率較低的土壤（如粘土、黑土及砂質粘土等）替換原有電阻率較高的土壤，置換范圍在接地體周圍0.5m以內。但這種取土置換方法對人力和工時耗費較大。
4.3.2人工處理土壤。在接地體周圍土壤中加入化學物，如食鹽、木炭、爐灰、氮肥渣、電石渣、石灰等，提高接地體周圍土壤的導電性。這種方法雖然工程造價較低且效果明顯，但土壤經人工處理后，會降低接地的熱穩定性、加速接地體的腐蝕、減少接地體的使用年限。因此，通常是在萬不得已的條件下才建議采用。
4.3.3深埋接地極。當地下深處的土壤或水的電阻率較低時，可采取深埋接地極來降低接地電阻值。這種方法對含砂土壤最有效果。據有關資料記載，在3m深處的土壤電阻系數為100%，4m深處為75%，5m深處為60%，6.5m深處為50%，9m深處為20%，這種方法可不考慮土壤凍結和干枯所增加的電阻系統，但施工困難，土方量大，價格高，在巖石地帶困難更大。
4.3.4多支外引式接地裝置。如接地裝置附近有導電良好及不凍的河流湖泊，可采用此法。但在設計、安裝時，必須考慮到連接接地極干線自身電阻所帶來的影響。因此，外引式接地長度不宜超過100m。外引水平接地體時，其長度不超過接地體的有效長度。
4.3.5利用接地電阻降劑。在接地極周圍敷設了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。
4.3.6充分利用可利用的自然接地體，既經濟又安全。
4.4工程實例
江西省某縣人民醫院磁共振計算機機房防雷接地，由于該設備對接地電阻要求不大于2Ω，其周圍土壤電阻率為300Ω.m，建筑占地面積約1000平米，經過初步理論測算，按 R= 公式，將已知數據R=2，ρ=300帶入，求得S=5625平米，即要是按傳統的地網做法，需要要做的這個地網是現有建筑面積的22.5倍。這對于在城區的建筑物來說，大面積破壞路面的方法是不太現實的，所以接地的實施必須采用新的接地材料或接地措施。因為該縣醫院周邊空地較陜小，如果采用換土，降阻效果不會很明顯；加之考慮到如用深埋的方法，可能會對地下其他管線造成影響，無法取得周邊單位的許可。綜合考慮上述情況，最后提出如下措施：首先在建筑物四周敷設水平接地體和垂直接地體，完成后，經現場測量有6.2Ω，不符合設計要求，然后選擇敷設接地電阻降阻劑來幫助降低電阻，具體標準按照3-5kg/m用量進行敷設，采用接地降阻劑后經測量，接地電阻為1.8Ω，最后將其與建筑物的基礎內鋼筋連在一起，采用聯合接地，最后經測量，接地電阻降到1.6Ω，完全符合設計要求。
5、結束語
自200多年前美國大科學家富蘭克林發明避雷針到現在，防雷理論的發展經歷了機械時代、電氣時代和電子信息時代三大時期。隨著電子信息技術的飛速發展，人們對以計算機網絡為載體的信息系統防雷越來越引起重視，而且表現出了由于電子產品耐雷電沖擊能力較弱的特點和設備本身運行的需要，越來越追求于等電位和非常小的接地電阻，以達到防止雷電反擊和接近于零的基準電位。按傳統的辦法已很難適度其發展的需要，所以我們必須不斷完善計算機機房防雷接地技術——共網不共母線的技術還需要在實踐中不斷完善，采用新材料、新技術降低接地電阻中，非金屬接地體和離子接地體由于其價格貴，實際使用的還是較少。實踐中證明：一個好的計算機網絡防雷措施，離不開一個好防雷接地技術。所以說，沒有先進的防雷接地技術，就沒有先進的計算機機房網絡防雷措施。
參考文獻
【1】李良福 楊俐敏.計算機網絡防雷技術.北京：氣象出版社 1999 65
【2】濮方正.簡論現代接地技術[J].防雷世界.2005
【3】林維勇.建筑物防雷設計規范（GB50057-1994）（2000年版）.北京：中國計劃出版社，2000
【4】中國電子工業部.電子計算機機房設計規范（GB50174-93）.北京：中國計劃出版社，1993
【5】中國建設部.工業與民用電力裝置的接地設計規范（GBJ65-83）.北京：中國計劃出版社，1983
On the ground connection technology of computer network lightning protection Yang hua Nanjing university of information science & technology Nanjing 210044 ABSTRACT: This article stressed the grounding of the lightning protection of computer networks, on a variety of ground that the concept of mutual indirectly, the limitations of detailed technical requirements for a variety of lightning through his brother if the two projects if the case further A total net proved not to ground the total bus technology and new materials, new technologies in the role of lightning ground, a ground mine computer network technology development - a total net non-grounding of the bus and methods to reduce the grounding resistance for the purpose of , The grounding of the new material the use of new technologies.
Key word: Lightning grounding Computer Network A total network of non-bus
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