摘要：本文以一電子信息機(jī)房為例，從信息機(jī)房自身的特點(diǎn)出發(fā)，著重對信息機(jī)房的防雷等級及雷擊磁場進(jìn)行了計(jì)算與評估，最后對信息機(jī)房進(jìn)行了相應(yīng)的防雷設(shè)計(jì)，希望通過此例對現(xiàn)代電子信息機(jī)房的防雷設(shè)計(jì)有一定的啟求作用。
　　關(guān)鍵詞：信息機(jī)房，雷擊，磁場強(qiáng)度，防雷設(shè)計(jì)
　　
　　1前言
　　隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，電子信息機(jī)房的存在已日趨廣泛。電子設(shè)備大多采用微電子技術(shù)，抗擊雷擊電磁脈沖能力比較弱，在雷電環(huán)境下極易發(fā)生設(shè)備被損毀，造成電子設(shè)備運(yùn)行中斷及人員傷亡等惡劣后果。為最大可能地避免雷電給電子信息設(shè)備及人身安全帶來的危害，本著“整體防御、綜合治理、多重保護(hù)”的原則，必須對電子信息機(jī)房的雷電防護(hù)引起高度重視。電子信息機(jī)房對電磁環(huán)境有一定的要求，除了考慮正常情況下的電磁環(huán)境，還必須考慮雷擊時(shí)瞬時(shí)電磁脈沖，由于雷擊時(shí)瞬時(shí)雷電流可達(dá)數(shù)百安千安，在雷電通道周圍將產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場，若信息機(jī)房的的屏蔽達(dá)不到要求，雷擊電磁脈沖對機(jī)房內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生影響，或損壞設(shè)備，或造成服務(wù)中斷，甚至造成火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重安全事故。因此，在設(shè)計(jì)電子信息機(jī)房時(shí)，必須利用建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范及電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范對信息機(jī)房進(jìn)行評估，然后根據(jù)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的防雷設(shè)計(jì)。
　　
　　2信息機(jī)房個(gè)例分析
　　2.1信息機(jī)房基本情況
　　信息機(jī)房位于某電信局大樓內(nèi)，電信局處于市區(qū)中部，該地區(qū)多盛行西南風(fēng)，雷暴季節(jié)主要是五至十月，年平均雷暴日為75天，該地區(qū)四周被山圍繞，土壤結(jié)構(gòu)主要為石灰?guī)r。電信局長80米，寬25米，高30米，地上10層，引下線共有12條，信息機(jī)房位于電信大樓的第三層，信息機(jī)房內(nèi)設(shè)配電柜、小型機(jī)、磁盤陣列、交換機(jī)組、路由器、微型計(jì)算機(jī)、Server服務(wù)器等電子設(shè)備，并且其下屬局的電信數(shù)據(jù)均匯總到時(shí)該交換中心中轉(zhuǎn)。電信機(jī)房內(nèi)部平時(shí)的磁場干擾強(qiáng)度經(jīng)測量峰值約為70A/m能滿足要求，但當(dāng)遭受雷擊時(shí)，是否滿足要求未驗(yàn)證。查閱該地區(qū)閃電定位儀的資料，本地區(qū)3.5km半徑范圍內(nèi)，五年中觀測到的最大的雷電流為246.3KA。
　　2.2電子信息系統(tǒng)防雷等級
　　按照GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》所進(jìn)行的建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防雷等級計(jì)算。
　　線路入戶設(shè)施情況：電源線纜的線長為100米，信號線纜的線長為50米，土壤電阻率為500Ω•m，等效ds取值為500m，則電源線纜入戶設(shè)施接收面積Ae1為0.09km2，信號線纜入戶設(shè)施接收面積Ae2為0.06km2。
　　建筑物及入戶線路的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N：N1=kNgAe=0.04次/年；N2=NgA′e=0.74次/年，所以N=N1+N2=0.78次/年。
　　電子信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)等級E:雷擊電磁脈沖防護(hù)分級可由下式求取：E=1-Nc/N。信息系統(tǒng)設(shè)備損壞的可接受的最大年平均雷擊次數(shù)Nc=5.8×10-1.5/C=0.0452;E=1-0.0452/0.465=0.91.
　　結(jié)論：建筑物及入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N=0.465,可接受的最大年平均雷擊次數(shù)Nc=0.0452,防雷裝置攔截效率E=0.974,防雷等級為B級。
　　3雷擊磁場強(qiáng)度評估
　　3.1直接雷擊時(shí)內(nèi)部磁場強(qiáng)度的估算
　　當(dāng)其遭受直接雷擊時(shí)，依據(jù)GB50057-2010如圖方法估算引下線分流系數(shù)：
　　頂4層、頂n層(n>4)分流系數(shù)：
　　頂1層：
　　頂2層：
　　頂3層：
　　頂4層：
　　頂n層（n>4）:
　　其中：h1～hn——環(huán)接引下線各環(huán)之間的距離；Cs、Cd——某條引下線頂雷擊點(diǎn)至兩側(cè)最近引下線；f——引下線數(shù)量
　　計(jì)算當(dāng)雷擊中建筑后，處于三層位置的單根引下線分得的雷電流，這里考慮較壞的情況，雷電流取區(qū)域內(nèi)觀測到的最大值，則
　　
　　估算引下線附近的最大磁場強(qiáng)度，無限長載流導(dǎo)體磁場強(qiáng)度公式：
　　（A/m）
　　首次雷擊時(shí)，雷電流強(qiáng)度遠(yuǎn)大于后續(xù)雷擊時(shí)的雷電流強(qiáng)度，因此，以下估算均討論首次雷擊的情形。
　　經(jīng)勘察，機(jī)房距離最近引下線的距離為1.2米，
　　（A/m）
　　由計(jì)算可知，機(jī)房內(nèi)的磁場強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求，因此，必須采取屏蔽措施，降低磁場強(qiáng)度。
　　3.2鄰近雷擊時(shí)內(nèi)部磁場強(qiáng)度的估算
　　鄰近雷擊情況下，入射磁場可近似看作一個(gè)平面波。LPZ0B區(qū)入射磁場強(qiáng)度H0可按以下公式估算：（A/m）
　　雷擊所致的磁場強(qiáng)度最大值由首次雷擊產(chǎn)生，因此雷電流選擇i0=246.3kA。
　　4屏蔽設(shè)計(jì)
　　屏蔽材料中，銅、鋁、鋼等金屬的屏蔽效果比銅好，電子信息機(jī)房中大多采用銅進(jìn)行屏蔽措施，本文以銅為例進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，銅的截面積可選用50mm2。
　　當(dāng)有屏蔽時(shí)，在格柵形大空間屏蔽內(nèi)，即在LPZ2區(qū)內(nèi)的磁場強(qiáng)度從H1減為H2，其值應(yīng)按下式計(jì)算:
　　材料 SF（dB）
　　 25kHz(見注1) 1MHz(見注2)
　　銅/鋁 
　　
　　
　　注：1.適用于首次雷擊的磁場；2.適用于后續(xù)雷擊的磁場；3.W—格柵形屏蔽的網(wǎng)格寬（m），適用于W≤5m
　　考慮首次雷擊的情況，將代入上式，可得：H2=H1•W/8.5，W=8.5•H2/H1,取H2=800，則：W=800×8.5/(2.71×103)由計(jì)算可得，機(jī)房應(yīng)設(shè)置不大于2.5m･2.5m的銅的屏蔽網(wǎng)格，可防御建筑遭受直接雷擊時(shí)產(chǎn)生的磁場。
　　設(shè)備距離離屏蔽網(wǎng)的安全距離的估算采用如下公式：
　　
　　當(dāng)設(shè)置2.5m･2.5m的銅時(shí)，SF=11dB
　　當(dāng)采用更小的屏蔽網(wǎng)格時(shí)，安全距離將相應(yīng)減少，對應(yīng)關(guān)系見表2
　　網(wǎng)格寬（m） 2.5 2 1.5 1.0 0.8 0.4 0.2 0.1
　　安全距離（m） 2.75 2.2 1.65 1.1 0.88 0.44 0.22 0.11
　　
　　5信息機(jī)房防雷設(shè)計(jì)
　　通過以上對信息機(jī)房的磁場評估，可對信息機(jī)房進(jìn)行以下防雷設(shè)計(jì)：
　　1）在機(jī)房各類門窗加裝外表鍍鋅的金屬網(wǎng)，并將墻壁內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋在相交處和金屬門框焊接連通。
　　2）所有信號線纜和低壓電源線纜都采用有金屬屏蔽層的電纜，電源線和各種信號線避免平行走線，并將其屏蔽層在出入機(jī)房時(shí)做好良好的接地。
　　3）在信息機(jī)房內(nèi)沿墻壁敷設(shè)120mm×40mm扁銅制作的水平環(huán)形體接地排，并與電氣井中接地母排可靠連接。將金屬門窗、防靜電接地板金屬骨架、各種線路的屏蔽金屬管、各種電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架等均于該水平環(huán)形接地排做可靠連接。
　　4）機(jī)房敷設(shè)的活動(dòng)防靜電地板的下方用扁鋼設(shè)2m×2m左右的金屬網(wǎng)格，形成均均衡接地網(wǎng)，并將該地網(wǎng)以不大于6m的間隔和水平環(huán)形接地排可靠連接。將保護(hù)地、信號地、工作地、防靜電接地統(tǒng)一接地。
　　5）信息機(jī)房的電源處安裝第三級電源避雷器，參數(shù)：8/20μs，≥20KA，在信息機(jī)房內(nèi)傳輸設(shè)備、交換設(shè)備等直流電源進(jìn)線端，利用設(shè)備配電柜自帶防雷模塊作為設(shè)備的末級防護(hù)，但其標(biāo)稱放電電源8μs，≥10KA。
　　6）在機(jī)房的交換機(jī)前端、傳輸設(shè)備ET1板、服務(wù)器以及路由器五類線接出端安裝網(wǎng)絡(luò)防雷器，參數(shù)要求：標(biāo)稱導(dǎo)通電壓≥1.2Un，8/20μs混合波，標(biāo)稱放電電流≧0.5KA，插入損耗≤0.5dB,響應(yīng)時(shí)間≤10ns。
　　6結(jié)束語
　　通過對電子信息機(jī)房的防雷等級及雷擊磁場環(huán)境的進(jìn)行評估，并對屏蔽網(wǎng)格尺寸、安全距離的計(jì)算，可以得出：在對一般電子信息機(jī)房進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，鄰近雷擊在建筑物內(nèi)引起的磁場一般可以不予以考慮；建筑遭受直接雷擊時(shí)，當(dāng)機(jī)房臨近引下線，就可能在機(jī)房內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，超過規(guī)范的允許值，文中所采用的評估方法及防雷設(shè)計(jì)可以作為參考。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.GB50343-2004建筑電子信息系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社2004.