叶忠广西南宁市科盟电气设备有限公司530022
雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象，它给人类的生活带来很大影响，雷电造成的灾害自远古以来一直威胁着人类和地球上的一切生物，随着科学技术的发展，在现代生活中，雷电除仍对生命造成危害，使建筑物和森林发生灾火灾，更严重的是对电力、广播电视、航空航天、邮电通讯、国防建设、石油化工、电子工业、交通运输等几乎各行各业产生危害，尤其是电子计算机的普及和微电子设备对雷电磁脉冲的敏感，更使雷电灾害的危害程度加剧，经济损失剧增。
近年来，随着电子设备的普及，计算机网络系统广泛的建立与应用，自动化程度的不断提高，特别是高层建筑物的的拔地而起，加上各部门对计算机网络缺乏防雷意识，使得雷电波损坏设备、危及人员安全的事故也逐渐增多。以目前微电子技术的尖端——CPU为例，生产工艺由0.25微米。发展到0.22～0.18微米甚至更低，其核心工作电压也降到1.5～1.7V微型化给工作带来极大的工作效率的同时也使得设备的抗干扰能力和耐过压能力下降，遭瞬间过电压破坏比例明显上升的趋势。最终使得电气设备与计算机网络的安全运行造成严重威胁。其主要原因是没有采取有效防雷措施和正确的防雷办法。
一、防雷理论
（1）系统防雷方案包括外部防雷和内部防雷两个方面：
1）外部防雷：包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄放入大地。
2）内部防雷：是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的避雷器，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保后接设备的安全。
接闪器（避雷针、避雷带、避雷网）、引下线（建筑物钢筋）和接地系统等构成的外部防雷系统，主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的。
（2）雷电对电气设备的影响，主要由以下方面造成：直击雷；传导雷；感应雷；开关过电压。
1）直击雷：雷电直接击中建筑物，雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设施泄放到大地，其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流，其中5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流，其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道、缆线分流。这里的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化，直击雷波形为10/350us。
2）传导雷（雷电波侵入）：在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建筑物内部设备形成地电位反击。
3）感应雷（雷电波感应）：在周围1000公尺左右范围内（有资料为500公尺或1500公尺，距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化）。发生雷击时，LEMP在上述有效范围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。
随着现代高科技的发展，精密仪器，通讯设备，数据网络的应用越来越广泛，因而感应雷造成的雷击事故也越来越多，除直接造成了巨大的经济损失外，因重要设备损坏使系统网络陷入瘫痪后造成间接的损失更是惊人。
（3）防雷设计的要求与目的
通过建立办楼计算机机房配电线路的防雷保护系统，为这些计算机机房重要系统设备的稳定运行，起到良好的雷电防御作用。降低因雷击危害给计算机重要系统设备带来的危害，为系统的安全运行保驾护航。
二、计算机机房防雷系统
4.1感应雷击系统防雷原理图：
4.2感应雷击系统：
4.2.1配电系统：架空敷设的电力线很有可能感应到雷电（由于静电感应或电磁感应引起的）。感应雷是雷击在电力线路或雷闪放电发生在电力线路附近时，通过直接或空间电磁耦合的方式，在电力线路上形成暂态过电压，并以流动波的形式沿电力线路向各用电设备侵袭，这样的感应雷电压在高压架空线路上通常可达300KV到400KV，低压架空线路上可达100KV，雷电流可由电力线传到附近几百米到两公里的用电设备，危及设备的正常运作。因此，电力线是雷电进入电子设备的主要途径。在办公大楼总配电房低压配电总开关出线端并联安装1套高能量电源避雷器SPD1；其作用是做为大楼总配电进线的第一重电源防雷保护，有效的箍制、分流从电力电缆感应过来的强雷电流，以防强雷电流进入大楼配电系统，如（图1）。在四楼楼层配电开关箱的总控制开关处并联安装一台三相电源防雷器SPD2；在此装精密的全保护防雷器,进一步的箍制、分流从配电线路或楼内感应过来的雷电及大功率用电设备开关动作形成的瞬态高压，四楼内的用电设备可处于第二重电源防雷保护范围之内，如（图1）。在四楼中心机房UPS电源进线处并联安装一台单相电源防雷器SPD3；在此装精密的全保护防雷器,进一步的箍制、分流从配电线路或楼内感应过来的雷电及大功率用电设备开关动作形成的瞬态高压,机房内的UPS及经UPS供电的网络设备可处于第三重重点防雷保护范围之内，如（图1）；
4.2.2通信系统：通信信号线（如中继线、高频馈线、拔号线、DDN专线、X.25专线、电话线等）是与外界实现通信联系的主要途径，这些与外联系的通信线路与主机房的终端设备相接，如果是架空敷设的，则被感应到雷电（由于静电感应或电磁感应引起）的机率非常大，这样的感应过电压有时可高达几十千伏而造成设备损坏，所以架空的通信线仍然存在很大的感应雷击隐患。通讯线采取每线防护，在进入机房的1条网络数据传输线网络设备的进线端串联安装一台网络数据信号防雷器；在进入机房的1条电话线串联安装一台双绞线信号防雷器；
4.2.3开关操作过电压：中央空调、发电机、电梯等大功率的用电设备的启动和关闭均会在瞬间产生过电压，这样的过电压可达几千伏，如果经常作用在配电系统的线路上，会造成其它用电设备的绝缘度下降，影响设备的使用寿命，严重时亦会造成设备的损坏。对重要系统设备的配电系统加以多重电源防雷保护措施，可降低系统开关操作过电压的危害（如，主机房内的重要系统设备应加以多重电源防雷保护措施）。
4.2.4空间电磁场：当雷击在计算机所在建筑物或其附近时，雷击点附近空间就有很强的空间电磁场，处在场中的导体（电力线、通信线等）都会感应到雷电。一般情况下，建筑物的墙体对电磁波有一定的反射吸收作用，这样室内的空间电磁场有一定的衰减。设备本身机壳接地又是一层屏蔽，因此通常的雷击引起的空间电磁场对设备内部线路产生有害雷电流的可能性很小。但在设备楼内的通信线路上则有可能产生较大的雷电流，空间电磁场的危害也主要表现在此。对空间电磁场的防护主要是对机房内设备及其线路作屏蔽接地处理。
4.3接地系统
机房增设均压带，均压带与办公楼的主体地网可靠焊接，办公大楼的联合接地电阻值按《电子计算机机房设计规范》GB50174-93中的规范要求≤4欧姆；设备机壳机架、防静电地板金属支持架、铝合金玻璃门窗，线路屏蔽槽及防雷设备均与均压带进行就近接地，即等电位连接，以形成一等电位体，防止电压差导致的干扰和设备损坏。
高能量电源避雷器SPD1的主要性能要求
A、每线最大泄流量：≥75KA（10/350μs）
B、最高残压：≤4KV
电源SPD2的主要性能要求
A、每线最大泄流量：80KA（8/20μs）
B、残压：≤600V（3KA8/20μs）
C、全保护：具有纵向和横向保护
D、可反复使用：雷击后自动恢复
E、安装维护简便
电源SPD3的主要性能要求
A、每线最大泄流量：40KA（8/20μs）
B、残压：≤600V（3KA8/20μs）
C、全保护：具有纵向和横向保护
D、可反复使用：雷击后自动恢复
E、安装维护简便
网络数据信号SPD的主要性能要求：
A、每线最大泄流量：≥10KA（8/20μs）
B、残压(线对线、线对地)：17V
C、工作频率、在线阻抗、匹配阻抗等符合相应信号线的要求
D、全保护：具有纵向和横向保护
E、可反复使用：雷击后可自恢复
F、安装维护简便
双绞线信号SPD的主要性能要求：
A、每线最大泄流量：≥10KA（8/20μs）
B、残压(线对线、线对地)：17V
C、工作频率、在线阻抗、匹配阻抗等符合相应信号线的要求
D、全保护：具有纵向和横向保护
E、可反复使用：雷击后自动恢复
F、安装维护简便