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了解個人電腦防雷措施
日期:2014年06月20日信息來源:中鵬國際

全球每天約發生800萬次閃電,每個閃電的電壓高達l億到10億伏特,電流強度達2萬至4萬安培。雷擊放出的強電會造成電力設施的損壞,引起電信、衛星、移動通訊服務的中斷,導致煤炭、石油化工、紡織易燃物品火災事故,更為嚴重的是帶來人員傷亡。本文主要談談室內電器特別是微機防止雷擊的預防方案。
  一般雷電進入室內有兩種情況:從電源線竄入和從信號線入侵。

電源入侵
  在現代建筑物上,我們能看到避雷裝置,當建筑物直接受到雷擊后,強大的電流沿著接地引線導入地面,防止了雷電對建筑物的破壞。我們在室內同樣需要采取一些必要的防雷措施。從技術上講:我們需要在計算機、家用電器、通信設備等上安裝電源防雷裝置。但實際上,由于高層建筑都已經有較為完善的防雷擊措施,所以建筑物內的用戶一般就無需從電源角度再來考慮防雷擊的問題。

信號線入侵
  此處入侵主要是感應雷造成的雷電浪涌。感應雷一般來自對地雷擊和云間放電,其中對地雷擊產生的感應浪涌電壓較大,一般500米范圍的電子信息設備均可能遭其破壞。根據雷電電磁脈沖理論和實踐經驗證明:電子計算機及其它信息設備損壞的主要原因是雷電感應浪涌電壓造成,它可以通過各種信號引線把感應浪涌電壓波引入設備內部,破壞其芯片和接口。所以應在信號線間加裝信號防雷裝置。

雷電入侵電腦信息系統的各種途徑 
  1)雷蒂對電力線的襲擊
  1.1 雷電遠點襲擊電力線: 
  我國電力線輸電方式是由發電廠通過升壓變壓器升壓后,輸電至低壓變壓器,經低壓變壓器的輸出給用戶。由于我國的電壓基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲線,在電力線上形成每秒h0次的交變磁場。如遇雷害發生時,在雷電未擊穿大氣時,將呈現出高壓電場形式。根據電學基本原理,磁場與電場之間是相互共存可逆變化的,那么,雷擊高壓電場通過靜電吸收原理,向大地方向運動。假設電力線桿有5米高,那么在相對濕度25%時,要擊穿5米空氣,需要15×106V雷擊高壓(3000V/mm)。如果在相對濕度95%時(下雨時),擊穿5米空氣需要5×106V雷擊高壓(1000V/mm)。電力線上的交變磁場對雷云的吸引小于大地的靜電吸引。如果,雷云擊穿5米空氣入地,需要很高的電壓,雷電首先擊在
電力線上,并從電力線的負載保護地線入地釋放,這樣就擊穿了設備。在高壓線上的表現為擊穿變壓器的絕緣,在變壓器低壓端與負載的連線上遭雷擊,損失的是用電器。由于變壓器低壓輸出端是三條相線,做一條地線,當作零地合一線,變成三相四線制零地合一方式給用電器供電,雷電擊在火線與大地放電,就等于火線與零線放電通過電力線直接擊穿用電器的電子元件。一般電子設備線與外殼的耐壓為每分鐘VAC1500V,火線與零線耐壓為工業級Vdc550-650V,這么低的耐壓一旦遭受遠點雷擊,將擊壞用電器。為此,在選擇防雷器時,首先考慮遠點雷擊。

  1.2 雷電近點電力線的侵入: 
  所謂雷電近點襲擊電力線,實際上是雷電襲擊用電器所在的建筑物避雷針,從而引起的雷電電磁脈沖的保護問題。雷電打在建筑物避雷裝置上,按照GB50057-94《建筑物防雷設計規范》規定,定義大樓接閃電能力為波形10 350 S三角波,雷擊電流為150KA。避雷針引下線由于線路電感的作用,IEC1312定義最多只能將50%的電流引入大地。100余米高的大樓它的引下線電感為155 H左右(1.55 H/米),IEC1312定義電感大于37.5 H,則發生測閃雷擊,也就是說,10 350 S直擊雷引下線只能引下50%的電流,余下的電流將通過電力線屏蔽槽、水管、暖氣管、金屬門窗等與地面有連接的金屬物質聯合引雷,但也只引下少部分雷電流,余下總電流的25%在大樓流竄至UPS輸入輸出負載的電源線、局域網線等,擊穿小型機局域網端,最終由邏輯地線處下泄入地。對設備而言,部分雷電流將由UPS輸入電源線對交流地線進行L-PE、N-PE泄放,UPS輸出L-PE′(邏輯地〕、N-PE′泄放,小型機L-PE′ N-PE′泄放,局域網線對邏輯地線等進行泄放。最終結果,將擊穿UPS輸出對地線和輸入對地線端、小型機電源對邏輯地線、網口對邏輯地線。為此,必須對UPS輸入輸出火線零線對交流地和直流邏輯地進行保護,必須對小型機、服務器及其它重要終端進行等電位保護,對網口進行保護,只有堵死一切雷電導入的端口,才能有效的保護設備免受雷電的侵害。
  1.3 錯相位雷害 
  美國空軍電磁兼容手冊中,描述雷電發生時用肉眼可識別閃電為一組雷擊,每次不少于26個雷,它有大小和發生先后的區別,如果一個高能量雷打在一條火線上,而另一個低能量雷打在另一條火線上,線線之間就會產生一個電壓差,侵入設備。這種侵害設備的現象,稱錯相位雷擊,又稱雷電的二次破壞,對三相UPS而言,它的輸入和輸出端,應安裝線與線之間的保護,才能更全面更立體的保護電子設備。 
小結:堵死雷電由電力線入侵電子設備,應該從遠點雷擊、近點雷擊和錯相位雷擊三種雷擊現象入手,實施全方位的保護,才能在發生雷擊時,有效的保護設備。

  2)雷電作用下,建筑物內感應雷害 
  雷電擊在建筑物避雷針上,由避雷針通過引下線,將雷電流泄放大地,引下線自上而下產生一個變化旋轉快速運動磁場,建筑物內的電源線、網絡線等相對切割磁力線,產生感應高壓并沿線路傳輸擊毀設備。假設一機房的大樓避雷針引下線或大樓主鋼筋距主機房10米,假設機房為77平方米。di = 75KA dt = 10 S ,則感應高壓 U = 210-77 Ln=52500 V 。
    由此可知由雷電產生的感應電壓無孔不入,它可以危及機房內所有的用電器,在上海一座郵電智能大廈一次雷擊,4臺服務器遭受雷擊,80多條廣域網絡線端口及4臺網絡交換機的RJ45端口全部損壞;廣東省1996年計算機系統遭受雷擊損失五億元人民幣。感應雷的能量雖小,但電壓較高。所以,對感應雷害的防護,應該是全面的防護,但防護的級別可以低一些。 

  3)雷電作用下的網絡雷害 
  3.1 廣域網絡 
  一般講,廣域網絡通常不遭受直擊雷的破壞,1mm2的銅線遭受10KA的雷電襲擊,它自身就斷了。所以,廣域網的雷害主要是感應雷害,擊穿方式為線對線和線對機殼(地),在GA173-1998《計算機信息系統防雷保安器》標準中,廣域網保護的最大雷電流為5KA,連接廣域網一般有以下幾類,一類是DDN租用專線,一類是ISD專線,一類是幀中繼以及微波通訊方式 。對于專線的接收端口,它的耐壓應為5倍工作電壓,即Vdc25V,傳輸速率小于等于2M,插入保安器,使之在雷電作用下,短路保護5KA電流,而端口殘壓小于25V;而對于話線備份來說,它的工作電壓為48V加93 V振鈴電壓共計175V,插入保安器,保安器的啟動電壓來說,它的工作電壓為48V加93 V振鈴電壓共計175V,插入保安器,保安器的啟動電壓。
  3.2 局域網 
  在局域網的傳輸電纜中,常常采用UTP電纜,UTP電纜的4對線中兩對線(1-2,3-6線對)一對線接收一線發送,采用RJ45接口方式。既然局域網電纜采用RJ45型是一收一發,那么,就應按兩對線進行雷電保護。
  我們做過一次試驗,在一條連接服務器的網線旁邊,約距網線0.5米處,采用雷擊發生器對網線0.5米處一條金屬線發射雷電流。由小到大,發射電流為10KA,周邊磁場污染了網線,瞬間服務器端口、芯片被擊穿,這時,示波器記憶感應高壓為100V。
  在機房的綜合布線中,施工人員為了布線工程的美觀漂亮,把很多網線放在墻壁內,沒有考慮對UTP電纜的屏蔽處理,一旦大樓某些鋼筋泄放雷擊電流都將引起感應高壓,從而擊毀設備。 
  另外,對于網絡系統,由于雷電引起的電磁脈沖,在機房內產生3Gs的變化電磁場,必然引起網卡端口芯片的燒毀。
    3.3 綜合布線
  從防雷角度上考慮,布線一定要明確表示: 
  3.3.1 電源線不要與網絡線同槽架設,數據插座與電源插座保持一定距離; 
  3.3.2 廣域網線纜不要與局域網線纜同槽架設; 
  3.3.3 網線與墻壁布置時,有條件應遠距離安裝; 
  3.3.4 屏蔽槽有厚度要求,并要求兩點接地;

   4)雷電作用下的二次效應 ------- 雷電高壓反擊雷 
  雷電襲擊建筑物避雷針,由引下線將雷電流引入大地,由于大地電阻的存在,雷電電荷不能快速全部的與大地負電荷中和,必然引起局部地電位升高,交流配電地和直流邏輯地將這種高電位引入機房,UPS輸出、輸入端被擊穿,小型機及其他網絡設備連接斷口被擊穿。這種反擊電壓少則數千伏,多則數萬伏,直接燒壞用電器的絕緣部分。

   5)由雷擊引起的人身安全問題 
  雷電泄放大地,由于地電阻較大,不能馬上泄放,從而引起地電位升高,由于機房直流邏輯地線和交流配電保護地線不在一點入地,將兩個電位值引入機房,這時,一個操作人員的一只手摸在UPS輸出負載外殼上(如小型機),而另一只手(或身體)摸在交流配電地線上(如空調),兩個電位值將通過操作人員的身體短路,造成操作人員傷亡。美國1996年為此而死亡198人,廣東省1997年在報導雷擊死亡的170人中,有相當一部分是為此而傷亡的。所以防雷保護設備的確很重要,但是保護人身安全更重要。

  在通過具體分析了雷害入侵計算機信息系統的各種途徑后,我們得出的結論是:防雷保護設計工作不是簡單的避雷設施的安裝和堆砌,而是一項要求高、難度大的系統工程,涉及多方面的因素。為此我們的設計指導思想的主旨是,本著"經濟、實用、高標準嚴要求、高起點、高可靠性"的原則,在遵照執行國家有關標準,國家有關行業標準的基礎上,還參考和引入IEC國際電工委員會的有關防雷技術標準要求,以期達到更好的防護效果。

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