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杭州盛世翔雷科技有限公司
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公司新闻
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| 论计算机网络防雷接地技术 |
| 发布日期：2020/4/17 浏览次数：5175 [返回上一页] |
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刘海龙 南京信息工程大学成人教育学院，南京210044
【摘要】本文强调了计算机网络防雷接地的重要性，简述了各种接地的概念指出了相互间接地的局限性，详细介绍了各种防雷技术要求，并通过二个工程案例，进一步证明了共网不共母线的接地技术和新材料新技术在防雷接地中的作用，提出了计算机网络防雷接地技术的发展方向—共网不共母线的接地方法和以降低接地电阻为目的，接地新材料新技术的运用。
【关键词】计算机 网络 防雷接地 共网不共母线
1、接地技术的重要性
接地技术是一门深奥和复杂的实用技术，也是一门涵盖众多知识的边缘科学。一个防雷工程，要是做了接闪器，而没有合格的接地，那这不是“避雷”，反而会成为“引雷”的元凶。随着电子信息化的到来，计算机网络防雷也越来越引起高度重视。这些计算机网络电器设备基本都是由电器、微电子技术、计算机控制，它们都是集成化、小型化、高精密度、高分辨率的产品，耐雷水平差、抗干扰能力弱，如果说没有正确、合理的接地保护方法和措施，不用说它们的耐雷、耐雷电脉冲的能力相当脆弱，就是这些微电设备在运作过程中产生的相互干扰、电压不稳定或大电流都会使它们无法政策工作或毁坏。比如计算机机房内常见的程控交换机，要是没有一个好的接地，就是装了电涌保护器，被雷击或因静电引起的故障现象还是时有发生；还有气象部门现行的自动气象站，要是没有做好接地，采集器时常会发生采集数据包丢失情况等。所以说，随着电子产品的更新日新月异，各种设备对接地的要求就越迫切，更突显如接地技术的重要性。
2、接地分类
接地总的可以概括为以下十种类型：
（1）、交流工作接地：就是计算机机房（用电设备）中使用交流电的设备作二次接地或经特殊设备与大地作金属连接，工作接地实质上是中性点接地。
（2）、直流工作地：就是计算机系统中数字电路的等电位地，也称为逻辑地它是计算机系统中所有逻辑电路的“零电位”的参考点分两种：a直流地悬空,指的是直流地不接地与大地严格绝缘；直流接大地，是指把计算机中数字电路的等电位点与大地相接。
(3)、安全保护接地：为了抑制静电的产生集聚和消除静电荷感应电或静电放电等而做成的接地。
（4）、防电磁干扰接地：是指系统内部或外中的电噪声源的电压或电流通过传导或者电磁场辐射传到某一设备并影响该设备性能，只能靠接地或者经过屏蔽接地解决。
（5）屏蔽接地，就是为防止外来杂波的干扰而做的接地，包括： 屏蔽计算机本身的信号和防止静电产生； 屏蔽外来杂波信号。
(6)、电源电涌保护器接地：是为了防止雷击电流侵入电源线路所设的接地。
(7)、等电位接地：就是将各种设备接地端，通过金属线连接在一起，消除电位差，以达到等电位的目的。
(8)、网络、信号电涌保护器接地：是为了防止雷击电流侵入网络、信号线路所设的接地。
计算机机房的接地与所在的建筑物的接地无法隔离或离开一定的距离。因此，建筑物接地与机房接地采用共用接地方式——并网，其接地电阻按接地系统中最小值决定。如果不并网可采用等电位连接器将两个地网连接在一起，达到共同泄放雷电流的目的。
以上八种接地基本涵盖了现代接地技术的各个方面，但一个接地工程中八种接地方式全遇到的情况少。
3、现代接地方法
接地的目的，就是将引入防雷系统的雷电能量完全泄流入地，而不使雷电损害被保护装置。一个好的现代接地，我认为，有三个因素：（1）接地连接方式和接地参数并重；（2）以减少或消除同系统中不同性质的接地（如防雷地、工作地、外壳接地、静电地、信号地等）之间的电位差为目的，选用适当的布线方式；（3）根据地网所在地的接地电阻、土层分布等地质情况，尽量进行准确设计。
对于计算机网络涉及的接地很多，选择合适的布线方式，以做到各接地等电位泄流，是至关重要的。如果计算机网络各接地之间存在电位差，特别是直流地与交流工作地、防雷保护地之间，就有可能发生雷电反击，就会使电子芯片被击穿，即使在平时，电网中杂散电流或暂态电流也会干扰设备的正常工作。
3.1在计算机网络系统机房各类接地采用独立接地的局限性
图1设备独立接地示意图 该独立接地系统要求，各地网之间间距20m以上，这样才能防止各地网间雷电反击，但在现代城市里，各地网要达到20m以上几乎是不可能的，同时又要求各地网与各种地下的金属管道、电缆、金属构件有足够的雷电流地电位反击距离的场地几乎没有。因此，独立接地系统已不适应电子住处时代计算机网络的防雷要求。
3.2共网共母线的接地技的弊端
在计算机网络机房各类接地采用共网共母线接地技术，不可能电子设备的交流地、逻辑地、信号地及保护地到机房接地母排上的距离同时为零。因此，采用共网共母线的接地技术仍然可能导致设备各类接地之间发生上千伏的雷电过电压反击。
图2设备共网共母线接地 3.3共网不共母线的接地技术
计算机网络机房各类接地采用共网不共母线的接地技术，是在共用接地为环形接地或网形接地装置和设备各类接地线之间、各类接地支线之间、各类接地主母线之间的材型及材质均相同的条件下，当计算机网络机房电源线或信号线遭受雷击时，只须满足各接地主母线在地网上的接点间的相互距离S≥R△t/L(R为设备共用地网电阻；△t为雷电波头时间；L为接地线的电感的条件，就能保证计算机网络机房设备处于同一等电位上，而不至于发生各类接地之间的地电位反击。
图3设备共网不共母线接地 3.4共网不共母线技术实践安装
综上所述，设备独立接地和共网共母线接地难于满足现代计算机网络防雷接地的要求，共网不共母线接地对于工程实践来说，较容易实现。可以说共网不共母线是完善计算机网络防雷接地技术的发展方向。在实施共网不共母线接地技术安装中应注意：
3.4.1接地网的闭合性。接地网必须是环形接地网或网形接地装置，如利用建筑基础地梁。
3.4.2接地线的绝缘性。电子设备的各类接地线必须相互绝缘，其绝缘电阻大于1MΩ。在做工程时，可以把防雷接地和直流接地分别接入到地网的不同点上，其余接地共地网一个点。
3.4.3接地线的相似性，各类接地线材型、材质必须相同。
3.4.4各类接地母线在地网上相互之间的距离必须满足S≥R△t/L。
3.5工程实例
江西省某县信用社计算机中心机房网络防雷改造工程，该机房设在办公大楼三楼（共六楼），主要是通过光缆传输信号与省信用社联网，通过DDN专线与本县域各网点联网。配电柜在一楼，采用TN-S系统。该机房曾经在一次雷击事件中，程控数字交换机接口被打坏，由于有备份专线，才不致造成数据中断。经过我们现场勘查分析，该建筑原有的防直击雷装置，完全可以保护整个建筑物，机房在防雷电感应的措施也没有问题，符合规范的要求，问题很可能就在机房的接地方式上，机房原有的接地是采用各种类型的接地均用一根铜电缆接到一个独立地网上的接地方式，这样就有可能因雷电造成反击。关于接地的规范，国家标准《电子计算机机房设计规范》第四节有如下规定：电子计算机机房接地装置的设置应满足人身的安全及电子计算机正常运行和系统设备的安全要求。电子计算机机房应采用下列四种接地方式：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、安全保护接地、直流工作接地、防防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值，并应按现行国标准《建筑防雷设计规范》要求采取防止反击措施。
针对机房的现有的接地状况，我们提出初步整改意见对机房防雷接地进行改造：该机房涉及的接地主要有，交流工作地，直流工作地和保护接地，DDN专线信号接地，静电接地，屏蔽接地等。静电接地和屏蔽接地（屏蔽接地就是将天花板的龙骨架、金属门窗连接起来，形成一个法拉第笼式的网格）沿墙四角附近的柱内钢筋引入地网，交流工作地，直流工作地和保护接地，DDN专线信号接地则采用共网不共母线的布线技术进行改造，目前机房设备的直流工作地和保护地是做在一起的，再通过母线汇流排直接连到地网，交流地、信号地分别接到地网，并保证三种接地在地网上相互距离满足S≥R△t/L；再是对原有分开的独立地网改造，将二地网联合，组成一个公共的环形地网，通过以上接地的改造，该计算机机房在每次雷雨之后均能正常运行。
4、降低接地电阻方法
任何方式的接地都会有电阻存在，越接近大地零电位的接地越好，即满足设计要求，又必须兼顾经济投入，如何降低接地电阻是接地技术努力的方向。
4.1接地材料对接地电阻的影响。决定接地电阻R大小的因素很多，我们以接地环作接地主体的情形来分析传统地网的接地公式：
式中ρ——土壤电阻率，Ω.m
S——地网面积，m2
L——接地极长度，m
A——形状系统。
以上公式表明，传统的接地方式在土壤电阻率已经确定的情况下，要想达到设计要求的电阻必须有足够的接地面积，要降低接地电阻只有扩大接地面积，每扩大4倍的接地面积，接地电阻会降低一倍。要降低接地电阻的另一个方法是另大接地材料的尺寸，但耗材太大，效果并不理想。因此需要选择新的接地材料和接地方式。
4.2接地材料的选择
广泛使用的接地工程材料有各种金属材料、接地体、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢，也常用铜材替代，主要用于接地环的建设。这是大多数接地工程都选用的。接地体有金属接地体（角钢、铜棒和铜板）这类接地体寿命较短，接地电阻上升快，地网改造频繁，维护费用比较高。从传统金属接地有（体）中派生出的特殊结构的接地体（带电解质材料），使用效果比较好，一般称为离子或空接地系统。另外就是非金属接地体，使用比较方便，几乎没有寿命的约束，各方面比较认可，以下表格是各接地材料性能比较。
几种接地材料（方式）的比较
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传统接地 |
降阻剂 |
非金属接地 |
中空接地棒 |
类型 |
接地网与接地极 |
接地极 |
地网建设 |
一般 |
简单 |
|
较简单 |
适用环境 |
通用 |
普通地网通用 |
恶劣地质条件，腐蚀环境 |
地网面积小的城市或复杂山岩环境 |
价格比较 |
视土壤而定 |
低 |
较高 |
较高 |
抗腐蚀 |
低 |
有防腐作用 |
不被腐蚀 |
较好抗腐能力 |
耐候性 |
不好 |
普通 |
优异 |
较好 |
使用寿命 |
短 |
较长 |
最长 |
最长 |
4.3降低接地电阻的技术措施
4.3.1换土。这种方法是采用电阻率较低的土壤（如粘土、黑土及砂质粘土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内。但这种取土置换方法对人力和工时耗费较大。
4.3.2人工处理土壤。在接地体周围土壤中加入化学物，如食盐、木炭、炉灰、氮肥渣、电石渣、石灰等，提高接地体周围土壤的导电性。这种方法虽然工程造价较低且效果明显，但土壤经人工处理后，会降低接地的热稳定性、加速接地体的腐蚀、减少接地体的使用年限。因此，通常是在万不得已的条件下才建议采用。
4.3.3深埋接地极。当地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。这种方法对含砂土壤最有效果。据有关资料记载，在3m深处的土壤电阻系数为100%，4m深处为75%，5m深处为60%，6.5m深处为50%，9m深处为20%，这种方法可不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系统，但施工困难，土方量大，价格高，在岩石地带困难更大。
4.3.4多支外引式接地装置。如接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊，可采用此法。但在设计、安装时，必须考虑到连接接地极干线自身电阻所带来的影响。因此，外引式接地长度不宜超过100m。外引水平接地体时，其长度不超过接地体的有效长度。
4.3.5利用接地电阻降剂。在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。
4.3.6充分利用可利用的自然接地体，既经济又安全。
4.4工程实例
江西省某县人民医院磁共振计算机机房防雷接地，由于该设备对接地电阻要求不大于2Ω，其周围土壤电阻率为300Ω.m，建筑占地面积约1000平米，经过初步理论测算，按 R= 公式，将已知数据R=2，ρ=300带入，求得S=5625平米，即要是按传统的地网做法，需要要做的这个地网是现有建筑面积的22.5倍。这对于在城区的建筑物来说，大面积破坏路面的方法是不太现实的，所以接地的实施必须采用新的接地材料或接地措施。因为该县医院周边空地较陕小，如果采用换土，降阻效果不会很明显；加之考虑到如用深埋的方法，可能会对地下其他管线造成影响，无法取得周边单位的许可。综合考虑上述情况，最后提出如下措施：首先在建筑物四周敷设水平接地体和垂直接地体，完成后，经现场测量有6.2Ω，不符合设计要求，然后选择敷设接地电阻降阻剂来帮助降低电阻，具体标准按照3-5kg/m用量进行敷设，采用接地降阻剂后经测量，接地电阻为1.8Ω，最后将其与建筑物的基础内钢筋连在一起，采用联合接地，最后经测量，接地电阻降到1.6Ω，完全符合设计要求。
5、结束语
自200多年前美国大科学家富兰克林发明避雷针到现在，防雷理论的发展经历了机械时代、电气时代和电子信息时代三大时期。随着电子信息技术的飞速发展，人们对以计算机网络为载体的信息系统防雷越来越引起重视，而且表现出了由于电子产品耐雷电冲击能力较弱的特点和设备本身运行的需要，越来越追求于等电位和非常小的接地电阻，以达到防止雷电反击和接近于零的基准电位。按传统的办法已很难适度其发展的需要，所以我们必须不断完善计算机机房防雷接地技术——共网不共母线的技术还需要在实践中不断完善，采用新材料、新技术降低接地电阻中，非金属接地体和离子接地体由于其价格贵，实际使用的还是较少。实践中证明：一个好的计算机网络防雷措施，离不开一个好防雷接地技术。所以说，没有先进的防雷接地技术，就没有先进的计算机机房网络防雷措施。
参考文献
【1】李良福 杨俐敏.计算机网络防雷技术.北京：气象出版社 1999 65
【2】濮方正.简论现代接地技术[J].防雷世界.2005
【3】林维勇.建筑物防雷设计规范（GB50057-1994）（2000年版）.北京：中国计划出版社，2000
【4】中国电子工业部.电子计算机机房设计规范（GB50174-93）.北京：中国计划出版社，1993
【5】中国建设部.工业与民用电力装置的接地设计规范（GBJ65-83）.北京：中国计划出版社，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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