刘海龙 南京信息工程大学系，南京 210044 摘要：计算机中心机房设备多，电源线、通讯线、数据线互相交叉，极易遭受感应雷击本文通过对多起计算机中心机房感应雷击事故分析和对计算机实体安全检查实践，总结出计算机机房的防雷和安全接地的理论知识和实践经验，并在此基础上，提出一套B类以上计算机中心机房的防雷设计方案，具有一定的科学性及实用价值。
关键词：计算机机房 防雷电 接地 设计
一、概述
计算机内部设备大部分由精密的大规模集成电路构成，耐压、过流保护能力差，易遭受感应雷击，轻者造成通讯设备和终端损坏，网络瘫痪;重者造成人身伤亡。
今日已是电子时代，日益繁忙庞杂的事务通过高速电脑、自动化设备及通讯设备得以井然有序，而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过压特别是雷电袭击而受到损害的可能性就大大增加，其后果可能使整个系统运行中断，并造成难以估量的经济损失，雷电和浪涌电压成为电子时代的一大公害。
雷电的破坏力极大，以雷击中心1.5km-----2km范围内都可能产生危险过电压，损害线路上的设备。随着大量的数据设备和精密仪器应用的范围日益广泛，雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。目前防雷方法是采用外部防雷，即采用避雷针（或避雷带、避雷网）、引下线和接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故。但是防雷仅有外部防雷是不够的，所以必须进行内部防雷，防止雷电和其他内部过电压侵入设备中造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的。
为了实现内部避雷，需要在进出建筑物的各保护区上的电缆、金属管道上安装连接避雷及过电压保护器，并实行等电位连接，防止由雷电产生的高电压和浪涌电压造成的设备损害。对于计算机系统特别是计算机房的保护除了做好常规的防雷设施和处理好接地问题外，还应在计算机房内和UPS房内加装相应的过电压保护装置，以消除电网浪涌、雷电感应电压、设备切换等意外事件对设备的冲击和毁坏。要求进入UPS和计算机房内的电源线、信号线应通过防雷、防过压处理，设备外壳、金属门、窗、管道、静电地板等应进行等电位处理其安全接地。
赣州市是雷害多发区，年平均雷暴日89天左右，最多年份达116天。雷暴每次闪电，均在微秒级时间内释放55KV．ｈ以上的能量，一旦遭受雷击，将造成财产损失，人员伤亡或引发火灾。执行《中华人民共和国气象法》对建筑物、电气设备、电子设备、计算机设备和人身安全采取防雷措施的重要性和必要性。吉安市为雷害多发区，对建筑物尤其通讯设施、计算机网络和人身安全采取防雷措施更具有必要性。
二、雷电感应破坏计算机设备途径主要有以下几个方面
1、感应雷的高电压、大电流通过通讯和数据线路传入设备;
2、雷电通过供电系统侵入设备，间电压和间电流发生骤变;
3、雷电对建筑物附近放电，导致建筑物内部网络线路由于电磁感应产生瞬间过电压;
4、由于静电感应，瞬间产生大量电荷。当大量电荷来不及释放，高电位传入网络和设备;
5、接地措施处理不当，引起高电位反击。
三 、防 雷 设 计
建筑物的防雷分内部防雷和外部防雷，IEC国际防雷标准称：“… …所谓外部防雷就是防直击雷，内部防雷包括防雷电感应、防反击以及防雷电波侵入和防生命危险”。
该方案设计的主要技术依据是：
1.《建筑物防雷设计规范》（GB50057—94）
2.《电子计算机机房设计规范》（GB50174—93）
3.《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16—1992）
4.《建筑物防雷设施安装》（99D562）
5.《智能建筑弱电工程设计施工图集》97X700
6.《建筑物电子信息系统防雷设计规范》GB50343-2004
(一 ) 建筑物防雷
为防止直击雷对建筑物和计算机机房损坏，每座建筑物，特别是拥有计算机机房建筑物都在大楼的顶层安装了避雷针。避雷针实际上是引雷针。它通过粗大的铜缆把直击雷产生的高电压和高电流引向避雷针的接地装置。避雷针的接地装置一般由导电性良好的扁铜板和下引线的节点组成。如没有扁铜板，也可用与大地导电性良好的其它金属板，如扁铁板。金属板要深埋地下，金属板与土壤间掺入盐，增大金属板与大地的导电性能。避雷针的引下线与避雷针和接地装置的节点相连时，最好焊接。同时，要定期和在雷雨季节到来前期，对大楼避雷针的地线和接地装置进行检查，防止接地装置和引线锈蚀，引起避雷不成反招雷的严重后果。
(二)安装浪涌保护器
1、电源防雷
为防止雷击，计算机机房的交流电源进线不应架空进入，而应采用地下直接穿管埋设电缆。但供电局的供电线路多采用架空明线，由此而因雷击产生的过电压、过电流会串入计算机机房的供电线路中。这种情况下，要在市电引入口处、UPS前端和设备前端分别安装防雷保护器，做到三级防雷保护（如下图），主机房专用动力配电箱内安装浪涌吸收装置，消除线路上产生的瞬间高压脉冲。
电源线上的过电压分为纵向过电压与横向过电压。在交流供电电源上，三条相线和一条中线(三项四线制)对地线的电压称为纵向电压，即平衡电路点与接地间出现超过设备容许的电压。因电源线大多架空布设，而且送电线路距离较长，电源线上感应雷电的机率较大，所以在电源线进入机房前，各线对地都要安装过电压保护器，将过电压抑制在机房设备能承受的安全范围内，安装防雷保护器（如下图）。
横向过电压是指供电线路的三条相线和一条中线这四条线两两之间产生的电压，超过了设备允许的电压，也称差模电压。横向过电压产生的原因主要是由雷击和电力网操作引起的。在各相线对地阻抗不一致时，在中线和相线间可能产生较高的横向过电压。另外，在计算机中心机房多为单相电源，当有开、关动作时也会引起相线对中线产生横向过电压。由于计算机机房安装的设备基本上是高精度的电子设备，采用的又是单向供电，横向过电压可以直接进入整流电路。当横向过电压只要超过整流电路中电子元件的最大工作电压或后续电路中电子元件的最大承受电压，元件将被击穿，设备将被损坏。
计算机和通信设备内置大量CMOS半导体集成模块，所能承受的最大电压一般都很低。如证券数据中心机房的卫星接收系统中的高频电缆上的浪涌电压达到100V时，1毫秒内就会损坏设备。所以说，相线与中线间的横向过电压比纵向过电压危害性更大。在做防雷电时，尤其要在相线与中线之间安装过电压保护器，将过电压抑制在设备和电子元件所能承受的安全范围内。具体安装如下图。
2、数据线防雷
计算机中心机房一般都通过通讯线路、数据线路或无线与外界相连，如：PSTN、DDN、 ISDN、ADSL、宽带和卫星无线接收系统等。通讯线路、数据线路和无线与机房内的MODEM、路由器、HUB、交换机、网卡等相连接。这些线路在外部，特别是到电信部门，基本上是架空布设的，其线路长，线路横截面积小、阻抗大。为了省事或不受干扰，大多没做接地。当在周围发生雷击时，在线路的两线之间极易产生很高的感应电压，将与之相连的设备击坏。有时还能使线路的两线击穿，造成通信线路短路。比如，证券中心机房的卫星接收系统中的高频电缆上的电流若大于O.1A，就会影响数据信号的收发。因此，在通讯和数据线路上安装耐压、过流保护器十分重要。
（三）机房的安全接地
计算机机房一般位于办公楼避雷针保护范围内。由于避雷针安装在建筑物的最高处，将直接雷的高电位、大电流通过引线和接地装置引流人地。地球是巨大的良导体，使泄入大地的高电位、大电流很快分散，从而起到了保护其它物体，包括计算机机房，不受雷击直接损坏。因为避雷针可保护计算机机房不受直接雷损坏，所以对计算机设备造成损坏最多的是雷击时产生的电磁感应和瞬间过电压、过电流。另外就是静电感应。为此，我们在机房内，要对计算机设备采取等电位措施。
计算机机房接地一般采用围绕机房墙壁四周埋下闭合环行水平接地体，机房沿墙敷设环形接地母线，即等电位体。等电位连接是指为达到等电位目的而进行的导体连接。等电位体连接在正常工作时不通过电流，只传递电位。仅仅在雷击或过电压出现时才通过电流。等电位连接是设备过电压保护，同时也是防止触电的有效措施。
计算机机房内的所有设备，包括机器的机壳、静电地板、电源地线、各种工作、安全保护和屏蔽接地，甚至包括不带电的金属体，如铝合金窗户、水管，也要就近与等电位体相连。计算机机房中的设备至接地母线的连接导线应采用多股编织铜线，且应尽量缩短连接距离。（见下图）
机房的接地母线采用阻抗尽可能小的良导体，通过引下线与大地里的接地装置相连，节点应进行焊接。目的是为了将机房内的等电位体与大地建立一条良好的没有多少阻抗的电气通路，取得与大地相同的电位，不致危及设备和人身。一般计算机中心机房地线的阻抗应小于1欧姆。
这样一来，计算机机房的安全接地实现了“采取等电位措施，单点接地和共用一组接地装置”的接地要求。机房的地线和接地装置应与建筑物的，即避雷针的接地装置距离大40米。应该注意不能图省事，将机房的地线去共用专用于避直击雷的避雷针的接地装置。否则，一旦遭受雷击时，避雷针的接地装置会对计算机的接地系统造成反击。而且还要将计算机机房的接地装置安装在避雷针接地装置的附近，安全距离一定要超过40米。否则，建筑物遭受雷击时，避雷针将直击雷通过导电性良好的引线和接地装置引人地下时，造成该接地装置附近的大地区域电位升高。如计算机机房的专用接地装置离此很近，则建筑物的接地装置与计算机机房的接地装置间就会形成相当大的电位差。这种高电位就会通过计算机机房的引线侵入计算机设备中，造成设备损害。
建筑物内的金属设备、管道、构架等主要金属物，应进行等电位处理，并就近接至接地装置上。
给排水管等竖直金属管道、电缆桥架的顶端和底端应与防雷装置连接。
其他金属物和金属构件应接地,金属楼梯扶手应接地.
机房内应设置环型汇流地排。金属设备的外壳和UPS均应接到汇流排上。汇流地排接地不少于两处.
当进入该建筑物的信号线要求为光缆，不安装SPD。该机房输出的金属网线当其距离超过30m时，应穿金属管道或金属桥架敷设。按规范要求金属网线应安装避雷器，但考虑到数量重多，和经济实用，在此不安装信号SPD。
低压配电系统接地形式采用TN-C-S系统，电源进线处零线须重复接地，凡正常情况下不带电的电气设备金属外壳及配电线路的金属保护管均应接地。
在总配电箱旁离地0.5m墙上设MEB端子箱，由基础接地装置焊接引入-40×4mm镀锌扁钢2根与MEB连结，并将PE干线，电气装置接地极的接地干线，建筑物内的水管等金属管道，建筑物金属构件等导体进行总等电位联结。
进入建筑物的埋地金属管道及类似金属物应在入户处与接地体连接，建筑物内各竖向敷设的金属管道及金属的顶端和底端以-40×4mm镀锌扁钢与防雷装置连接。
电梯金属线槽最顶端与顶楼等电位连接端子板做良好的电气连通，最底部与总等电位接地端子板相连接。
屏蔽是减少电磁干扰的基本措施.
机房所有窗户应加装网格不大于10cm的屏蔽网并接地，以防雷电磁对计算机及通讯设备的影响。预计50个平方米的屏蔽网。
接地系统：
利用建筑物基础作为自然接地体，采用共用接地系统。防雷接地、交流接地、直流接地、工作接地、安全接地等应共地不共母线.
接地电阻≤1Ω。
接地干线应≥95mm2铜质多股线。
供水管的等电位接地由柱内引出。
计算机房的接地不少于两处，其中一处由拄内引出铜铁过渡接地端子，另一处由地网直接引出，通过95mm2铜质多股线引至计算机房。
出入计算机机房的各种线缆穿金属管道引入。金属网线必须敷设在金属桥架内。
计算机离外墙大于83cm。
要求导静电地板的体积电阻率应为1.0×107—1.0×1010（Ω.cm）。其导电性能应长期稳定，且不易发尘。
防雷接地线、预留接地端子应敷设在装修层下。
低压供电必须采用TN-C-S系统。其PE线由同一接地系统引出。
信号线必须光缆引入。
（四）注意事项
1、计算机机房的进线，包括交流电输入、通讯和信号馈线，不宜架空敷设。
2、计算机机房内的交流线要有规范连接位置的三芯线，即相线、中线和地线，地线应连通机房的接地装置。（这里的地线是真正意义上的电源接地。而非对于两芯插头上、用户惯称“火线、地线”中的“地线”，这里所谓的“地线”实际叫中线。）三项四线制交流供电中的三相很难做到绝对平衡，中线上的电流实际上往往不小，是不断波动的，存在着一定中线电压。所以说，将交流电源的中线当作地线，与机壳等相连，实际是非常错误的，会由此造成机壳带电，对机器和人身是非常危险的。如果这样，交流电源不如不接地。
3、 防静电地板的表面基本是绝缘的，防止有电流流过人体，确保人身安全。这其实就是高压带电作 业之类不会发生危险的基本原理。但防静电地板的表层实际上是导静电的，应静电接地，确保能将机房内的静电及时泄入大地。同时，严禁暴露防静电地板的金属部分。
4、交流供电线尽可能与信号线不平行、不靠在一起。否则50Hz交流容易串入信号线，造成交流声干扰。
5、为确保等电位体与大地保持相同电位，即0电位，机房接地引线到接地装置应尽量缩短距离，使用 短、粗、导电性良好的金属导线。在节点处应使用焊接方法，消除接触电阻带来的不良后果。并经常检查接地的良好可靠，检测接地电阻，确保人身、设备和运行安全。
6、有些特殊机房，需要隔绝其内外电磁场，以免电磁泄露，须安装屏蔽罩。为使屏蔽罩取得0电位的等电位体，取得良好的屏蔽效果，除了根据材料、结构方面精心选用和设计外，把屏蔽罩良好接地(可以共用计算机机房的接地装置)，是最有效的措施。
7、加强值班。在雷电来临之前，断开市电，采用电 池直流供电，确保人身、计算机及其相关设备安全。
四 、 结 论
计算机中心机房防雷和安全接地是一门科技含量高、技术应用较复杂的课题。我们还需在实践中不断完善。雷电流的时间虽然短暂，但它巨大的破坏性是目前人类还无法控制的，只能通过努力将雷击的能量给予阻挡并将它泄放入大地，以避免它所带来的灾害。目前，我们应执行国家最新安全标准，采用高质量的安全专用产品和设计施工水平，按照计算机机房安全保护划分等级，做到防雷击、防电磁干扰、等电位连接接地等要求。对于电源的过电压保护，应采取三级防护措施。对防雷保护器和接地电阻，要定期检测，防患于未然。
五、运行维护与管理
5.1、本工程中所使用的防雷器件，从工程验收合格之日起三年内免费保修与维护，并提供终身免费技术咨询。
5.2、保修期内，若防雷系统（产品）出现故障，公司技术人员在接到通知后的24小时内赶到现场处理。
5.3、 防雷设施的保护对象都是有针对性的，因此，不得擅自拆卸、增减数量、改动位置、改变连接等，若要更换或增设保护对象，须通知我公司，完善防雷装置后方可实施，否则，造成的损失自行负责。
管理：本工程防雷装置由我公司雷电防护技术的专职人员负责管理，在投入使用后，将建立管理制度，对防雷方案设计、安装、隐蔽工程图纸资料、年检测试记录等均由我公司归档保存；当发生雷电事故后，我公司负责调查分析雷害原因。
参考文献
[1] 梅卫群 江燕如.《建筑物防雷工程与设计》（第二版）.2004.3.ISBN7-5029-3738-2.
[2]《防雷规范标准汇编》2005版. 中国气象出版社
[3]《计算机房防雷设计规范》(GB50174—93)
[4]《计算机与网络》（《警察技术》2004年第3期）
[5]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（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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