劉海龍 南京信息工程大學系，南京 210044 摘要：計算機中心機房設備多，電源線、通訊線、數據線互相交叉，極易遭受感應雷擊本文通過對多起計算機中心機房感應雷擊事故分析和對計算機實體安全檢查實踐，總結出計算機機房的防雷和安全接地的理論知識和實踐經驗，并在此基礎上，提出一套B類以上計算機中心機房的防雷設計方案，具有一定的科學性及實用價值。
關鍵詞：計算機機房 防雷電 接地 設計
一、概述
計算機內部設備大部分由精密的大規模集成電路構成，耐壓、過流保護能力差，易遭受感應雷擊，輕者造成通訊設備和終端損壞，網絡癱瘓;重者造成人身傷亡。
今日已是電子時代，日益繁忙龐雜的事務通過高速電腦、自動化設備及通訊設備得以井然有序，而這些敏感電子設備的工作電壓卻在不斷降低，其數量和規模不斷擴大，因而它們受到過壓特別是雷電襲擊而受到損害的可能性就大大增加，其后果可能使整個系統運行中斷，并造成難以估量的經濟損失，雷電和浪涌電壓成為電子時代的一大公害。
雷電的破壞力極大，以雷擊中心1.5km-----2km范圍內都可能產生危險過電壓，損害線路上的設備。隨著大量的數據設備和精密儀器應用的范圍日益廣泛，雷電損害造成的事故有逐年上升的趨勢。目前防雷方法是采用外部防雷，即采用避雷針（或避雷帶、避雷網）、引下線和接地系統構成外部防雷系統，主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災事故。但是防雷僅有外部防雷是不夠的，所以必須進行內部防雷，防止雷電和其他內部過電壓侵入設備中造成損壞，這是外部防雷系統無法保證的。
為了實現內部避雷，需要在進出建筑物的各保護區上的電纜、金屬管道上安裝連接避雷及過電壓保護器，并實行等電位連接，防止由雷電產生的高電壓和浪涌電壓造成的設備損害。對于計算機系統特別是計算機房的保護除了做好常規的防雷設施和處理好接地問題外，還應在計算機房內和UPS房內加裝相應的過電壓保護裝置，以消除電網浪涌、雷電感應電壓、設備切換等意外事件對設備的沖擊和毀壞。要求進入UPS和計算機房內的電源線、信號線應通過防雷、防過壓處理，設備外殼、金屬門、窗、管道、靜電地板等應進行等電位處理其安全接地。
贛州市是雷害多發區，年平均雷暴日89天左右，最多年份達116天。雷暴每次閃電，均在微秒級時間內釋放55KV．ｈ以上的能量，一旦遭受雷擊，將造成財產損失，人員傷亡或引發火災。執行《中華人民共和國氣象法》對建筑物、電氣設備、電子設備、計算機設備和人身安全采取防雷措施的重要性和必要性。吉安市為雷害多發區，對建筑物尤其通訊設施、計算機網絡和人身安全采取防雷措施更具有必要性。
二、雷電感應破壞計算機設備途徑主要有以下幾個方面
1、感應雷的高電壓、大電流通過通訊和數據線路傳入設備;
2、雷電通過供電系統侵入設備，間電壓和間電流發生驟變;
3、雷電對建筑物附近放電，導致建筑物內部網絡線路由于電磁感應產生瞬間過電壓;
4、由于靜電感應，瞬間產生大量電荷。當大量電荷來不及釋放，高電位傳入網絡和設備;
5、接地措施處理不當，引起高電位反擊。
三 、防 雷 設 計
建筑物的防雷分內部防雷和外部防雷，IEC國際防雷標準稱：“… …所謂外部防雷就是防直擊雷，內部防雷包括防雷電感應、防反擊以及防雷電波侵入和防生命危險”。
該方案設計的主要技術依據是：
1.《建筑物防雷設計規范》（GB50057—94）
2.《電子計算機機房設計規范》（GB50174—93）
3.《民用建筑電氣設計規范》（JGJ/T16—1992）
4.《建筑物防雷設施安裝》（99D562）
5.《智能建筑弱電工程設計施工圖集》97X700
6.《建筑物電子信息系統防雷設計規范》GB50343-2004
(一 ) 建筑物防雷
為防止直擊雷對建筑物和計算機機房損壞，每座建筑物，特別是擁有計算機機房建筑物都在大樓的頂層安裝了避雷針。避雷針實際上是引雷針。它通過粗大的銅纜把直擊雷產生的高電壓和高電流引向避雷針的接地裝置。避雷針的接地裝置一般由導電性良好的扁銅板和下引線的節點組成。如沒有扁銅板，也可用與大地導電性良好的其它金屬板，如扁鐵板。金屬板要深埋地下，金屬板與土壤間摻入鹽，增大金屬板與大地的導電性能。避雷針的引下線與避雷針和接地裝置的節點相連時，最好焊接。同時，要定期和在雷雨季節到來前期，對大樓避雷針的地線和接地裝置進行檢查，防止接地裝置和引線銹蝕，引起避雷不成反招雷的嚴重后果。
(二)安裝浪涌保護器
1、電源防雷
為防止雷擊，計算機機房的交流電源進線不應架空進入，而應采用地下直接穿管埋設電纜。但供電局的供電線路多采用架空明線，由此而因雷擊產生的過電壓、過電流會串入計算機機房的供電線路中。這種情況下，要在市電引入口處、UPS前端和設備前端分別安裝防雷保護器，做到三級防雷保護（如下圖），主機房專用動力配電箱內安裝浪涌吸收裝置，消除線路上產生的瞬間高壓脈沖。
電源線上的過電壓分為縱向過電壓與橫向過電壓。在交流供電電源上，三條相線和一條中線(三項四線制)對地線的電壓稱為縱向電壓，即平衡電路點與接地間出現超過設備容許的電壓。因電源線大多架空布設，而且送電線路距離較長，電源線上感應雷電的機率較大，所以在電源線進入機房前，各線對地都要安裝過電壓保護器，將過電壓抑制在機房設備能承受的安全范圍內，安裝防雷保護器（如下圖）。
橫向過電壓是指供電線路的三條相線和一條中線這四條線兩兩之間產生的電壓，超過了設備允許的電壓，也稱差模電壓。橫向過電壓產生的原因主要是由雷擊和電力網操作引起的。在各相線對地阻抗不一致時，在中線和相線間可能產生較高的橫向過電壓。另外，在計算機中心機房多為單相電源，當有開、關動作時也會引起相線對中線產生橫向過電壓。由于計算機機房安裝的設備基本上是高精度的電子設備，采用的又是單向供電，橫向過電壓可以直接進入整流電路。當橫向過電壓只要超過整流電路中電子元件的最大工作電壓或后續電路中電子元件的最大承受電壓，元件將被擊穿，設備將被損壞。
計算機和通信設備內置大量CMOS半導體集成模塊，所能承受的最大電壓一般都很低。如證券數據中心機房的衛星接收系統中的高頻電纜上的浪涌電壓達到100V時，1毫秒內就會損壞設備。所以說，相線與中線間的橫向過電壓比縱向過電壓危害性更大。在做防雷電時，尤其要在相線與中線之間安裝過電壓保護器，將過電壓抑制在設備和電子元件所能承受的安全范圍內。具體安裝如下圖。
2、數據線防雷
計算機中心機房一般都通過通訊線路、數據線路或無線與外界相連，如：PSTN、DDN、 ISDN、ADSL、寬帶和衛星無線接收系統等。通訊線路、數據線路和無線與機房內的MODEM、路由器、HUB、交換機、網卡等相連接。這些線路在外部，特別是到電信部門，基本上是架空布設的，其線路長，線路橫截面積小、阻抗大。為了省事或不受干擾，大多沒做接地。當在周圍發生雷擊時，在線路的兩線之間極易產生很高的感應電壓，將與之相連的設備擊壞。有時還能使線路的兩線擊穿，造成通信線路短路。比如，證券中心機房的衛星接收系統中的高頻電纜上的電流若大于O.1A，就會影響數據信號的收發。因此，在通訊和數據線路上安裝耐壓、過流保護器十分重要。
�。ㄈC房的安全接地
計算機機房一般位于辦公樓避雷針保護范圍內。由于避雷針安裝在建筑物的最高處，將直接雷的高電位、大電流通過引線和接地裝置引流人地。地球是巨大的良導體，使泄入大地的高電位、大電流很快分散，從而起到了保護其它物體，包括計算機機房，不受雷擊直接損壞。因為避雷針可保護計算機機房不受直接雷損壞，所以對計算機設備造成損壞最多的是雷擊時產生的電磁感應和瞬間過電壓、過電流。另外就是靜電感應。為此，我們在機房內，要對計算機設備采取等電位措施。
計算機機房接地一般采用圍繞機房墻壁四周埋下閉合環行水平接地體，機房沿墻敷設環形接地母線，即等電位體。等電位連接是指為達到等電位目的而進行的導體連接。等電位體連接在正常工作時不通過電流，只傳遞電位。僅僅在雷擊或過電壓出現時才通過電流。等電位連接是設備過電壓保護，同時也是防止觸電的有效措施。
計算機機房內的所有設備，包括機器的機殼、靜電地板、電源地線、各種工作、安全保護和屏蔽接地，甚至包括不帶電的金屬體，如鋁合金窗戶、水管，也要就近與等電位體相連。計算機機房中的設備至接地母線的連接導線應采用多股編織銅線，且應盡量縮短連接距離。（見下圖）
機房的接地母線采用阻抗盡可能小的良導體，通過引下線與大地里的接地裝置相連，節點應進行焊接。目的是為了將機房內的等電位體與大地建立一條良好的沒有多少阻抗的電氣通路，取得與大地相同的電位，不致危及設備和人身。一般計算機中心機房地線的阻抗應小于1歐姆。
這樣一來，計算機機房的安全接地實現了“采取等電位措施，單點接地和共用一組接地裝置”的接地要求。機房的地線和接地裝置應與建筑物的，即避雷針的接地裝置距離大40米。應該注意不能圖省事，將機房的地線去共用專用于避直擊雷的避雷針的接地裝置。否則，一旦遭受雷擊時，避雷針的接地裝置會對計算機的接地系統造成反擊。而且還要將計算機機房的接地裝置安裝在避雷針接地裝置的附近，安全距離一定要超過40米。否則，建筑物遭受雷擊時，避雷針將直擊雷通過導電性良好的引線和接地裝置引人地下時，造成該接地裝置附近的大地區域電位升高。如計算機機房的專用接地裝置離此很近，則建筑物的接地裝置與計算機機房的接地裝置間就會形成相當大的電位差。這種高電位就會通過計算機機房的引線侵入計算機設備中，造成設備損害。
建筑物內的金屬設備、管道、構架等主要金屬物，應進行等電位處理，并就近接至接地裝置上。
給排水管等豎直金屬管道、電纜橋架的頂端和底端應與防雷裝置連接。
其他金屬物和金屬構件應接地,金屬樓梯扶手應接地.
機房內應設置環型匯流地排。金屬設備的外殼和UPS均應接到匯流排上。匯流地排接地不少于兩處.
當進入該建筑物的信號線要求為光纜，不安裝SPD。該機房輸出的金屬網線當其距離超過30m時，應穿金屬管道或金屬橋架敷設。按規范要求金屬網線應安裝避雷器，但考慮到數量重多，和經濟實用，在此不安裝信號SPD。
低壓配電系統接地形式采用TN-C-S系統，電源進線處零線須重復接地，凡正常情況下不帶電的電氣設備金屬外殼及配電線路的金屬保護管均應接地。
在總配電箱旁離地0.5m墻上設MEB端子箱，由基礎接地裝置焊接引入-40×4mm鍍鋅扁鋼2根與MEB連結，并將PE干線，電氣裝置接地極的接地干線，建筑物內的水管等金屬管道，建筑物金屬構件等導體進行總等電位聯結。
進入建筑物的埋地金屬管道及類似金屬物應在入戶處與接地體連接，建筑物內各豎向敷設的金屬管道及金屬的頂端和底端以-40×4mm鍍鋅扁鋼與防雷裝置連接。
電梯金屬線槽最頂端與頂樓等電位連接端子板做良好的電氣連通，最底部與總等電位接地端子板相連接。
屏蔽是減少電磁干擾的基本措施.
機房所有窗戶應加裝網格不大于10cm的屏蔽網并接地，以防雷電磁對計算機及通訊設備的影響。預計50個平方米的屏蔽網。
接地系統：
利用建筑物基礎作為自然接地體，采用共用接地系統。防雷接地、交流接地、直流接地、工作接地、安全接地等應共地不共母線.
接地電阻≤1Ω。
接地干線應≥95mm2銅質多股線。
供水管的等電位接地由柱內引出。
計算機房的接地不少于兩處，其中一處由拄內引出銅鐵過渡接地端子，另一處由地網直接引出，通過95mm2銅質多股線引至計算機房。
出入計算機機房的各種線纜穿金屬管道引入。金屬網線必須敷設在金屬橋架內。
計算機離外墻大于83cm。
要求導靜電地板的體積電阻率應為1.0×107—1.0×1010（Ω.cm）。其導電性能應長期穩定，且不易發塵。
防雷接地線、預留接地端子應敷設在裝修層下。
低壓供電必須采用TN-C-S系統。其PE線由同一接地系統引出。
信號線必須光纜引入。
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1、計算機機房的進線，包括交流電輸入、通訊和信號饋線，不宜架空敷設。
2、計算機機房內的交流線要有規范連接位置的三芯線，即相線、中線和地線，地線應連通機房的接地裝置。（這里的地線是真正意義上的電源接地。而非對于兩芯插頭上、用戶慣稱“火線、地線”中的“地線”，這里所謂的“地線”實際叫中線。）三項四線制交流供電中的三相很難做到絕對平衡，中線上的電流實際上往往不小，是不斷波動的，存在著一定中線電壓。所以說，將交流電源的中線當作地線，與機殼等相連，實際是非常錯誤的，會由此造成機殼帶電，對機器和人身是非常危險的。如果這樣，交流電源不如不接地。
3、 防靜電地板的表面基本是絕緣的，防止有電流流過人體，確保人身安全。這其實就是高壓帶電作 業之類不會發生危險的基本原理。但防靜電地板的表層實際上是導靜電的，應靜電接地，確保能將機房內的靜電及時泄入大地。同時，嚴禁暴露防靜電地板的金屬部分。
4、交流供電線盡可能與信號線不平行、不靠在一起。否則50Hz交流容易串入信號線，造成交流聲干擾。
5、為確保等電位體與大地保持相同電位，即0電位，機房接地引線到接地裝置應盡量縮短距離，使用 短、粗、導電性良好的金屬導線。在節點處應使用焊接方法，消除接觸電阻帶來的不良后果。并經常檢查接地的良好可靠，檢測接地電阻，確保人身、設備和運行安全。
6、有些特殊機房，需要隔絕其內外電磁場，以免電磁泄露，須安裝屏蔽罩。為使屏蔽罩取得0電位的等電位體，取得良好的屏蔽效果，除了根據材料、結構方面精心選用和設計外，把屏蔽罩良好接地(可以共用計算機機房的接地裝置)，是最有效的措施。
7、加強值班。在雷電來臨之前，斷開市電，采用電 池直流供電，確保人身、計算機及其相關設備安全。
四 、 結 論
計算機中心機房防雷和安全接地是一門科技含量高、技術應用較復雜的課題。我們還需在實踐中不斷完善。雷電流的時間雖然短暫，但它巨大的破壞性是目前人類還無法控制的，只能通過努力將雷擊的能量給予阻擋并將它泄放入大地，以避免它所帶來的災害。目前，我們應執行國家最新安全標準，采用高質量的安全專用產品和設計施工水平，按照計算機機房安全保護劃分等級，做到防雷擊、防電磁干擾、等電位連接接地等要求。對于電源的過電壓保護，應采取三級防護措施。對防雷保護器和接地電阻，要定期檢測，防患于未然。
五、運行維護與管理
5.1、本工程中所使用的防雷器件，從工程驗收合格之日起三年內免費保修與維護，并提供終身免費技術咨詢。
5.2、保修期內，若防雷系統（產品）出現故障，公司技術人員在接到通知后的24小時內趕到現場處理。
5.3、 防雷設施的保護對象都是有針對性的，因此，不得擅自拆卸、增減數量、改動位置、改變連接等，若要更換或增設保護對象，須通知我公司，完善防雷裝置后方可實施，否則，造成的損失自行負責。
管理：本工程防雷裝置由我公司雷電防護技術的專職人員負責管理，在投入使用后，將建立管理制度，對防雷方案設計、安裝、隱蔽工程圖紙資料、年檢測試記錄等均由我公司歸檔保存；當發生雷電事故后，我公司負責調查分析雷害原因。
參考文獻
[1] 梅衛群 江燕如.《建筑物防雷工程與設計》（第二版）.2004.3.ISBN7-5029-3738-2.
[2]《防雷規范標準匯編》2005版. 中國氣象出版社
[3]《計算機房防雷設計規范》(GB50174—93)
[4]《計算機與網絡》（《警察技術》2004年第3期）
[5]《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2004）
Ganzhou City Government Center, a computer network rooms lightning protection engineering program Zeng guang xu Nanjing Information Engineering University of Electronic，Nanjing 210044 ABSTRACT：Computer Center machine room equipment, power lines, communication lines, data lines cross each other, vulnerable to lightning sensor Through more than a computer center room lightning sensor analysis of the accident and physical security checks on computer practice, summed up the computer room and Lightning Safety grounding of theoretical knowledge and practical experience, and on this basis, put forward a set of B-type central computer room above mine design, has a scientific and practical value.
Key word: Thunder and Lightning grounding computer room design.
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