網吧防雷設計方案

據不完全統計，我國在2004年由于雷電襲擊所造成的直接經濟損失高達35億元人民幣，而由此產生的間接損失和嚴重后果更是難以估量。其中網絡電子設備的損失程度、涉及范圍都相當大，這些設備多分布于現代化的大型樓宇。直擊雷和感應雷可能會通過電源電纜線和電信通訊線路的架空或直埋方式進入建筑物內，沖擊各種用電設備。據資深網管工程師介紹，30%的網絡電子設備故障都與雷擊有關。而網吧，正是當中電子設備的典型使用者，為確保各種電子設備正常的運作，應采取良好的防雷措施。本文通過對網吧環境、電源系統、網絡系統特以及雷電災害各因素進行分析，提出了系統的解決方案。

一、網吧系統防雷必要性分析

隨著我國經濟的快速發展，網吧的發展也隨國民的需求遍布城市的每個角落。同時電子、通訊類等網絡設備和電源系統也面對著日漸嚴峻的安全考驗，在雷雨天氣高發期內，頻繁的雷雨天氣（以廣州市為例，每年平均的雷暴天氣可達80.3次，這樣的多雷區在我國并不少見）所帶來的雷電襲擊也成為眾多網吧經營業者不得不重視的問題。 網絡設備的防雷方法主要是做好設備接地裝置及安裝有效的防雷保護系統。網絡設備做好接地裝置是分流、泄放直接雷擊和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一。另外還涉及到的工作接地、保護接地、以及它們與防雷接地系統之間如何連接，這些問題在網絡布線時都需要特別加以重視。網吧，特別是大型的網吧，通常具有以下幾個特點：

1) 地理位置：通常設在城區內的大廈、郊區居民密集地帶的市場、工廠密集區等，很大的一部分都處于較開闊的地帶；

2) 經營環境：由于消防及網吧本身運營等要求，建設網吧的樓層空間較大，樓板跨度也較大，所以一般會選擇框架結構的建筑物。

3) 設備情況：網吧內的設備皆為高密度的電子產品，計算機數量大、網絡設備種類多，都有必要實施浪涌保護。

4) 實施條件：無論在城區還是郊區，網吧所處的建筑物往往都不具備符合要求的防雷、電涌條件（特別是內部防雷和地網等等）；

5) 電源系統：據有關統計資料表明，感應雷中有80%是經由電源線侵入網絡設備的，要保護好電子設備，需要在它們的電源輸入端之前設置電源防雷器，這樣可以將從沿市電電路襲來的雷電過電壓提前泄放到大地。一般網吧的進線都是380V交流市電供電線路架空明線接入至建筑物再埋進墻里的，因此非常容易遭受感應雷電磁脈沖及由于市電電壓的波動而產生的浪涌沖擊,導致網吧主要出現的問題有：

a）設備即使不被擊壞也會因此而減短壽命，增加營運成本。

b)空氣開關會因過電壓而跳閘，并隨著其老化而越來越頻繁。

6）通信網絡系統：一般情況下，WAN連接為光纖,并借助光電收發器實現與WAN的連接，因為光纖是非金屬的。因此,對光纖作防雷措施的必要性不大，但室內的服務器、交換機和網卡等設備也同樣難免感應雷的影響，感應雷通常會來自網線，因敷設網線時離強電電源線太近或有較長的線路平衡于建筑物的鋼筋（“法拉第籠”），有的甚至裸露或半裸露于外墻等，這些情況都容易受到感應電源形成浪涌。有的網吧會加裝ADSL等通信線路，這種線路通常是由戶外架空明線引入的，并且通常未安裝專用浪涌保護器作防護，即使幾公里以外的落雷都可能會對弱電設備造成損壞。有時瞬間過電壓也不一定會直接損壞網絡設備，造成網絡故障，但經長年累月的浪涌沖擊，網絡設備也因多次發熱等原因而加速老化，同時，網絡的穩定性能也會受到嚴重影響。從以上幾個特點不難發現，從雷電防護角度來看，網吧可謂運行于“高風險”環境下，即對于雷害風險來講，“暴露程度”很高，因此需要采取強有力的防護措施。

二、解決方案

1、 電源配電系統浪涌保護設計方案

A、電源系統浪涌保護器的布置原則

依據GB 50057-94（2000版）和IEC 61312的標準布置。 在LPZ0和LPZ1、LPZ1和LPZ2、LPZ2和LPZ3各區之間的交界處都需要安裝電源浪涌保護器，通過多級鉗位，目的是使殘壓逐步降低，以有效地抑制外來雷電波入侵和雷電電磁脈沖的危害。但是，我們在安裝浪涌保護器時總會使用導線進行連接，而導線的電感（即自感系數）在雷電波的頻率下不能忽略。導線越長，當有雷電流通過時產生的電感就越大，如果只有一級浪涌保護器，雷電流的大部分將從這一級浪涌保護器泄放入地，此時，通過導線的電流非常大，要保證導線電感額外地小，減少阻抗，要求導線非常短。

另外，通常情況下，網吧的三相跟單相電源是連同一個配電柜的。若按照浪涌保護器的三級分配標準對其進行分開保護，那么，要同時安裝第一、二級保護器就相當困難，所以，最好選擇第一、二級合一或三級合一的一體化浪涌保護器。

B、電源浪涌保護器的選擇

GB 50057-94（2000版）和IEC 61312指出：二類保護要求,應按總雷電流150KA(10×350μS波)來考慮浪涌保護器選擇，按照其建議的雷電流分配方式其中50%即75KA是通過接地系統（水管、鎧裝電纜外皮或導線的金屬保護管等）直接入地；另外50%通過安裝在相線和中線上的電涌保護器入地。所以，對電涌保護器通流容量的要求最好為75KA以上。另一方面，若采取三級保護方式，要使過電壓的殘壓于到達終端設備前能限制至1500V以下（按3C的標準要求），需要好幾套第二級防雷器的同時每臺電腦前加裝質量較好的第三級防雷器。這樣，這部分的成本就相當大了。由此，可以選擇一體化的高性能電源浪涌保護器，如立信品牌的B+C復合型電源防雷器或B+C+D復合型電源防雷器。

2、網絡系統浪涌保護設計方案

在雷擊發生時，產生巨大瞬變電磁場，在1KM范圍內的金屬環路，如網絡、信號及通訊金屬連線等都會感應到雷擊，將會影響網絡、信號及通訊系統的正常運行甚至徹底破壞系統。對于網絡方面的防雷工作是較易被忽視的。本方案中網絡、信號設備防護方面，依據GB 50174-93《電子計算機機房設計規范》、YD/T5098 《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》、GB 2887-89《計算機場地安全要求》中信號系統雷電及過電壓防護要求設計。應在網絡通訊線MODEN前端安裝電話線路通信專用浪涌保護器，以串聯的方式把瞬間過電壓拒于室外，保護電話通信線路（如ADSL線路可采用立信品牌信號防雷器REP-X04--ADSL）。

這樣，室內的重要網絡設備，只要根據實際情況選擇性地加裝浪涌保護器以防御室內網線有可能帶來的浪涌，如中心交換機可采用REP-24RJ45E100/4的機架式24口網絡防雷器，子交換機的進線端可以采用REP-X06-RJ45E100/4等。這些浪涌保護器的通流容量應有足夠的強度，一般為5KA到10KA的會較有保障；同時，插入損耗應越低越好，確保網絡帶寬不受影響。

3、地網設計方案

以網吧所在的建筑物為框架結構形式設計，首先要將所有建筑物基礎鋼筋用40×4mm鍍鋅扁鋼做兩點連接，組成聯合地網；其次要將所有外露電力設備的保護接地，建筑物頂部設備的保護接地，架設的避雷針的引下接地等與主地網進行連接；最后對信息控制系統的信號線路直流工作接地做單獨接地處理，并在機房內部設置均壓帶和等電位匯流排。

考慮到地網使用的長期性和耐腐蝕性，建議使用REP系列非金屬接地模塊制作地網。地網布置依據地形進行設計。水平接地體使用40×4mm鍍鋅扁鋼，埋深0.6米；垂直接地體使用L50×50×5×2000mm鍍鋅角鋼和REP-PE非金屬接地模塊。地網引出地網測試極到地面上，以便以后檢測地網情況。

三、小結

綜上所述，在一般情況下，其電源線路要達到防浪涌的效果，至少應采取兩級雷電防護，而根據IEC 61312-3對浪涌保護器的要求，還要在每臺計算機前安裝浪涌保護器作第三級保護，將浪涌電壓限制到一千多伏，這樣很可能就需要引進數百套防雷設備。但目前的情況是，大多數網吧都難于接受。此外，網吧營業空間通常都已作十分完美的裝修，不便于更改線路。鑒于網吧的上述特點和要求，在電源方面，一般認為對于強雷區，可以選用立信品牌B+C復合型電源防雷器REP-D380BC60或更強保護能力的電源浪涌保護器。其標稱放電電流為每線15KA（10/350μS），真正達到高強度保護；具有防爆、防濺、無噪音特點，適合網吧的特殊工作環境。作為一體化的保護，解除分三級保護的煩惱，將數萬伏的感應雷擊過電壓直接限制到殘壓小于1500V，既解決計算機數量多難于安裝多級浪涌保護器的難題，又避免了三級防護方式對級與級之間協調要求高，安裝條件苛刻、嚴格，而且感抗高和對接地要求高等問題。同時又滿足網吧內設備對感應電流的殘壓要求，確保每臺電腦及網絡設備在穩定的電源供給下運行。通信信號線路由于多是由外部進線，因此同樣會受到雷擊的威脅，因此也需要采用專用通信信號系列電涌保護器進行雷電防護，如ADSL線路則可以通過REP-X04-ADSL進行保護。為防護網吧內除電源線外其他途徑導入的感應雷，其中，服務器、中心交換機、及其他計算機管理設備等精密設備，可以考慮作重點保護。電源開關、網絡進出端口處使用電源防雷插座REP-D220CK、網絡信號防雷器REP-X06-RJ45E100/4，加強防護能力。當網吧的防雷系統得到完善，運營時就大可以高枕無憂了。

參考文獻

1、GB50057-94《建筑物防雷設計規范》

2、IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》

3、IEC 61024《建筑物防雷》