【计算机网络防雷系统的设计安装】计算机网络系统由什么组成

　　摘要：小华煤矿办公楼、调度中心计算机网络原有防雷系统能力差，常因雷电造成设备、设施的损坏，严重影响矿井的正常安全生产。本文通过分析雷电发生的途径、方式，针对性设计安装防雷系统。2009年3月防雷系统安装后，计算机网络再无受雷电损坏，说明防雷系统发挥了作用，是成功的。
　　关键词：计算机网络防雷系统设计安装
　　
　　0　引言
　　
　　永安煤业公司小华煤矿地处闽中大田山区，周围环山，矿区依山建设，是雷电多发区。据气象部门统计，年平均雷暴日为67.4天，属强雷区；矿区地质条件为黄钙土，土壤电阻率较高；
　　
　　1　方案的提出
　　
　　小华矿办公楼、调度中心是计算机、安全监控系统的集中区，且建在靠山处，落雷几率大、雷电强度大，由于建筑原简单安装的防雷措施年限长、设施腐蚀老化，雷电电磁场环境差，防雷能力弱，这使得建筑物及其电源系统、网络系统的弱电设备很容易遭到雷电侵袭损坏。每到雷雨季节，常有计算机、监控中心及网络设备受到雷击损坏，不仅经济损失大，还严重影响矿井的正常安全生产。为此迫切需要设计安装经济可靠的防雷系统，来保护计算机、监控中心及网络设备的安全，确保矿井的安全生产。
　　
　　2　防雷系统的设计原则
　　
　　2.1　雷电危害的途径、方式
　　雷电的危害主要通过两个途径，一个是“路”，另一个是“场”。所谓“路”就是各种可能引入雷电的金属导线、金属管道等：所谓“场”就是雷电产生的交变电磁场，它会在各种金属回路中感应出过电压(过电流)，从而危害各种微电子设备。
　　雷电引起的上万伏过电压(过电流)及极强的交变电磁场是损坏建筑物内弱电设备的主要原因，根据研究资料及实际经验总结，雷电入侵建筑物内设备途径有配电线路、通信线路、地反击、雷电电磁场四种，具体分析如下：
　　2.1.1　配电线路引入雷电
　　配电线路(对10kV线路，高压MOV的残压很高，弱电设备受此高压都会损坏，变压器有一定的隔离和衰减作用，但还有相当大的剩余雷电会传到后续设备。)产生过电压后，该过电压直接传到弱电子设备，损坏设备，一般是将设备的电源部分损坏。按照线路上的过电压的成因及危害，可分为7种情况：
　　供电线路在野外架空布设时遭直接雷电，因线路较长，发生的几率较大，线路上的雷电流相当大，危害当然很大。
　　供电线路在野外架空布设，附近发生雷电(主要是空闪)时，雷电电磁场使得线路上感应到雷电流。有较大的发生几率，但雷电流不太大。
　　供电线路在野外走地缆沟或埋地布设，发生雷电后雷电流人地时，线路上感应到雷电流。相对前面两种情况来讲，发生几率及雷电流都不大。
　　建筑物内配电线路受引下线电磁场感应而产生雷电流，雷电流的大小、发生几率与建筑物的结构及布线有关。
　　建筑物内配电线路受附近雷电电磁场感应而产生雷电流，雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。当建筑屏蔽性较差、线路靠外墙、落雷点靠建筑物较近、落雷点电流大时，线路感应雷电流较大，且相互感应，这时布得很近的线路，如果其中一条有过电压，则其它线路上都会感应到过电压，但雷电流不大。
　　建筑物内大型设备操作产生过电压，该过电压不是雷电引起但其危害不低于雷电，主要是加速电子设备老化。
　　2.1.2　通信控制线路引入雷电
　　通信控制线路(通信控制线路一般有数据专线、网络线、数据控制线和视频线等)感应雷电后，雷电也直接传到设备，损坏设备，一般是将设备的通信口损坏，与供电路线上产生雷电流的情况相似，一般来讲，通信线路上的雷电流比供电线路上的雷电流要小。通信线路上产生雷电的6种情况：
　　通信线路在野外架空布设，因通信线有绝缘层、架空布线的情况不多等，遭直接雷电发生几率较低，但一旦发生，线路上的雷电流大。
　　通信线路在野外架空布设，附近发生雷电(主要是空闪)时，线路上感应到雷电流。如架空线路较长，则有较大的发生几率。
　　通信线路在野外走地缆沟或埋地布设，发生雷电后雷电流入地时，线路上感应到雷电流，雷电流不大。
　　建筑物内通信线路受其引下线电磁场感应而产生雷电流，如线路没有屏蔽又离引下线较近，则发生几率大，而且雷电流也足以将通信口损坏。
　　建筑物内通信线路受附近雷电电磁场感应而产生雷电流，雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。当建筑屏蔽性较差、线路靠外墙、落雷点靠楼较近、落雷点电流大时，线路感应雷电流较大。
　　建筑物内线路相互感应。这时较多的线路布设很近，会感应到过电压，但雷电流不大。
　　2.1.3　地反击雷电
　　接地系统(也称接地装置)，不符合要求，主要危害是产生地反击。地反击是指同一设备、系统同时连接到几个互相没有直接电气连接的地网。当雷电时，各地网之间存在较高的电位差，该电位差通过地线直接加在同一设备各系统上，而损坏设备。
　　雷电时地电抬高。该高电位通过地线到设备，此时，设备如果有低电位的外接线则会形成电位差损坏设备：设备如果没有外接线或外接线都呈高阻状态则没有电位差，属于水涨船高性质，设备不会损坏。
　　2.1.4　雷电电磁场雷电 雷电电磁场是指：建筑物附近或建筑物本身遭雷电时，楼内有较强的电磁场，处在该电磁场中的设备有可能损坏。IEEE实验证明，0.3GS使设备误动作，2.4GS使设备永久性损坏。
　　
　　2.2　矿井防雷系统存在隐患
　　电源线路是雷电入侵的主要途径，是防雷保护的重点。该矿办公楼和调度中心的低压配电系统均未安装防浪涌保护器，存在雷电隐患。
　　办公楼、调度中心计算机、交换机及监控系统无防雷电波入侵设施、接地系统不完善及线路敷设不规范、无屏蔽、感应雷电流的几率较大。
　　办公楼和调度中心的弱电设备均无等电位连接措施。
　　建筑物钢筋水泥构成室内电子设备的初级屏蔽，衰减部分雷电电磁场；但室内电源布线及网络布线，存在无屏蔽措施或屏蔽措施不完善的情况。
　　
　　2.3　防雷系统设计原则
　　外部防雷、整体考虑，从接闪器、引下线、接地装置、等电位连接等全面来设计，在建筑物外部形成一个初级屏蔽的“法拉第笼”。
　　内部防雷，采取“低残压、全保护”的安全防雷方式。
　　直击雷防护设计原则：一方面从接闪器、引下线、接地装置、等电位连接等全面考虑，对于框架结构的建筑物，利用建筑物主钢筋作为引下线，基础钢筋作为接地体，实践证明这样做效果良好、美观实用。另一方面要考虑到经济实用，避雷带具有保护效果良好、经济、耐用。
　　电源线路防护设计原则：电源线路的防护从总配电、分配电、UPS配电(整流电源)、直流配电等全面考虑防护。
　　通信线路防护设计原则：从进出建筑物的所有导体型 通信线、建筑内数据线等全面考虑防护。采用共用接地方式，接地电阻不大于4Ω，弱电设备集中的机房用扁铜敷设接地母排。雷电时地电位采用线路上加装的SPD的方法解决对低电位线路(主要是对外的电源线、通信线等)形成的电位差。
　　雷电电磁场防护设计原则：采取建筑物作为第一层屏蔽，设备外壳作为第二层屏蔽，线路采用加装SPD的方法进行屏蔽。
　　
　　3　防雷系统的安装施工
　　
　　3.1　直击雷防护的安装
　　在办公楼、调度中心屋面增设避雷带。避雷带及引下线采用(φ12热镀锌圆钢，每隔1.2m设置垂直支撑，并与大楼柱内主筋或辅助地网连接，利用雷电流的分流，以减少整体防雷引下线的电感。在建筑物上装设避雷带组成混合型接闪器。避雷带在易受雷电的部位敷设(屋檐、屋角、屋脊等)，并在整个屋面组成10m×10m的网格，所有突出屋面不带电金属物均就近与防雷装置连接，进行等电位接地处理。
　　将所有进出建筑物的金属管道均就近与防雷装置等电位连接，在各计算机终端和监控主机处安设等电位排，用6平方毫米的多股铜芯接地铜线将金属屏蔽管、各种电子设备的金属外壳、配电箱、机架等不带电金属物与等电位排连接，达到等电位。
　　
　　3.2　配电系统防浪涌保护装置安装
　　在办公楼、调度中心总配电箱处安装相应的避雷器，并在计算机和监控主机处安装插座型避雷器，形成防浪涌保护。
　　1、接地体采用建筑物本体接地及敷设辅助地网方式，形成接地网，其电阻值不大于4欧姆。
　　2、所有接地体均采用热镀锌材料，厚度不小于4mm，以理论值每年腐蚀0.3mm计算，使用年限10年以上：
　　3、各接地体间采用焊接处理，焊接面10cm以上至少三面焊接，当扁钢与角钢相连时必须用圆钢过渡加强连接，圆钢直径不小于8mm，所有焊接点均以沥青涂抹做防腐处理：
　　4、接地体距地表皮0.6～0.8米。人工接地体距离建筑物出人口或人行横道3米以上，并套绝缘管做局部绝缘处理。
　　
　　3.3　信号及网络雷电防护安装
　　计算机网络及通信线路浪涌保护器的选型和安装是防雷项目中最复杂、最容易出问题的环节。我矿在详细了解相关设备的基础上，选择插入损耗小、响应速度快、频带宽、通流量大的浪涌保护器。
　　
　　4　防雷系统的社会效益与经济分析
　　
　　小华矿防雷系统于2009年3月安装投入使用，经过春夏秋雷雨季节，尚未发生计算机、监控中心、网络设备受雷击损坏，确保矿井生产的安全正常，同时大大减少维护费用，达到预期目的。
　　小华矿防雷系统的设计安装成功，充分说明了学习应用先进技术、装备等科研成果，将大大促进企业乃至社会的进步。(编辑／陈志华)