网络通讯系统的过电压及防护措施
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摘要:本文通过对网络通讯系统遭受雷击过电压损害的主要原因,以及侵入网络的雷电过电压的途径的分析,结合过电压的形式从防雷技术方面提出防雷保护的措施。
中图分类号： F626.5 文献标识码： A 文章编号：
引言:
网络线和数据线防雷保护器的保护水平都在50伏下.根据美国通用电气公司R.D.HILL的试验结果,只需0.07Gs(5.57A/m)的磁场强度能使网络系统瘫痪,而2.4Gs(191A/m)的磁场强度就能使计算机的元件永久性损坏,甚至使部分通讯线路中断或整个网络瘫痪.随着计算机网络的应用日趋广泛,电子信息设备的损坏事故日益频繁起来,由于电子信息设备承受过电压的能力太差,对防雷措施要求更高,因此,与其它系统相比,对系统的防雷保护有不同的特点和要求。
一、过电压的产生
网络通讯系统中出现过电压的主要原因是雷击和开关操作及电源系统影响,而雷击引起的过电压又可分为以下几种：
1、直击雷过电压
直击雷过电压雷电直接击中地面上的物体(如建筑物、设备、传输导线等),通过它泄放雷电流时所产生的电压降称为直击雷过电压.直击雷过电压低则几十万伏,高则几千万伏,所带来的危害往往是灾难性的,可能造成建筑物损坏,机毁人亡,甚至引起火灾。
2、感应雷过电压
感应雷过电压雷击大地或地面上物体时,由雷电电磁脉冲的电磁感应或静电感应电荷的扩散消失在导体上产生的电压称为感应雷过电压.当传输信号线路上出现感应雷过电压波时,与线路相连的设备有可能被损坏。
3、反击过电压
反击过电压某金属物体因雷击而产生直击雷电压时,该金属体与大地间存在很高的电压,有可能对与大地连接的附件其它金属物体发生闪击,使后者出现过电压.这种过电压是由雷击的反击而引起的,所以称反击过电压。
4、雷电入侵波过电压
雷电入侵波电压电力传输线和各种信号传输线上出现的直击雷过电压或感应雷过电压都以行波的方式向机房传播.此外,雷击时接地装置上的高电位通过接地线引入机房。
5、瞬态过电压
操作过电压这是投切电源和操作工业设备而产生的瞬态过电压.主要的操作有:投切中央电源设备,起动电动机或变压器,操作保险丝或断路器等.这类操作过电压可达几千伏(产生的时间很短,大约为1微秒),是威胁设备安全或造成干扰的一个重要原因。
二、网络通讯系统的过电压防护措施
根据网络通讯系统的特点、过电压形式及可能侵入的途经,为防止和减少雷电对网络通讯系统的危害,采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护.外部防雷措施有接闪器(针、网、带、线)、引下线、屏蔽、接地、装设避雷器,内部措施有等电位连接、屏蔽(隔离)、合理布线、共用接地、安装浪涌保护器(SPD),在实施时应根据环境因素、雷电活动规律、设备所在雷电防护区和系统对雷电电磁脉冲的抗扰度、雷击事故受损程度以及系统的设备的重要性,采取相应的防护措施。
1、机房和传输媒体的直击雷防护
1.1机房的保护
网络通讯系统的机房如在周围建筑物直击雷防护范围内,可不另设直击雷防护装置,要不房顶必装设避雷针或避雷网(带)或由其混合组成的接闪器.接闪器应可靠接地,机房内采用总等电位连接,围机房敷设环形接地母线,并与建筑物共用接地系统。
2、传输媒体的保护
网络通迅系统中采用的传输媒体有架空明线、双绞线、电缆线、光缆、微波线路和卫星线路等。其中最常用的是同轴电缆和光缆。通信电缆直击雷的防护采用敷设排流线、装设避雷器、降低电缆转移阻抗等措施,当电缆段比较长时,可采用架空地线。光缆有普通光缆和无金属光缆两种：无金属光缆不会遭雷害,无需采取防雷措施。而普通光缆具有金属结构物,如加强芯和防潮层等,所以像一般电缆那样采取防雷措施。
3、供电系统的防护
3.1按照国家标准,网络通迅系统供电应采用TN-C和TN-C-S方式.供电变高压侧按供电要求装高压防雷装置,低压侧接大容量过流型的电源防雷装置,同时在各分配电盘及微子设备前端加装相应的电源防雷保护器。
3.2引入室内的交流电力线宜采用电力电缆且埋地引入,电缆金属护套的两端应作良好的接地,电缆内芯在入室处应加装防雷器,室内所有交流用电及配电设备均应采取接地保护。
3.3低压配电系统应根据网络通讯系统雷击电磁脉冲防护等级进行验算,当不能满足设备的浪涌电压能力时,防雷区的各交界处应安装限压型SPD作为保护,同时电源SPD还应具有防止操作过电压的作用。
4、反击过电压的防护
雷电流通过防雷装置的引下线电感和冲击接地电阻时,产生反击过电压与雷电流幅值、陡度、引下线波阻抗和接地装置的接地电阻有关,必须采取措施防止高电位对附近金属物和电气线路发生反击。被保护设施与引下线间的气隙距离要大于规定值；在电气接地与防雷接地共用或相连的情况下,在低压总配电箱和变压器高、低压侧装避雷器,采取等电位连接。
5、信号线路系统的防护
5.1进、出建筑物的信号传输线缆,应选用有金属屏蔽层的电缆,并应埋地敷设,在各雷电防护区交界处,电缆金属屏蔽层应做等电位连接。各种电子信息设备机房的信号电缆内芯线相应端口,应安装适配的信号SPD,SPD的接地端及电缆内芯的空线对应接地。
5.2信号系统采用屏蔽电缆时,电缆金属外护层应做接地.电缆内芯的相应端口应该安装与信号系统参数适配的信号SPD,SPD的接地端及电缆内芯的空线对应做接地.楼宇、工作机房的信号线缆应做结构化布线,在主机房或终端机房应设置符合规范规定的信号线路配线架、分线盒、终端用户盒。
5.3信号线路SPD接地端应与设备机房(或电子信息设备处)内的局部等电位接地网络相连接. 信号线路SPD应连接在被保护设备的信号端口上。SPD输出端与被保护设备的端口相连.SPD也可以安装在机柜内,固定在设备机架上或附近支撑物上。
6、感应过电压的防护
感应雷是雷闪过程中通过电磁感应或静电感应产生的.虽然感应雷没有直击雷那样强烈,但发生的几率比直击雷高得多,对感应雷过电压主要采取屏蔽、钳位和均压等措施综合防护。
6.1屏蔽是减少电磁脉冲干扰的基本措施。为了减少电磁感应效应应采用外部屏蔽,内部屏蔽,合理布线及线路屏蔽等措施。
6.2当网络通讯系统的导电金属物,电缆屏蔽层及金属线槽(架)等进入框架或钢筋混凝土的建筑物时应就近做等电位连接。对信息系统所处的防雷区宜进行磁场强度的衰减计算,根据计算结果采用相应的屏蔽措施。
6.3网络通讯系统的机房应避免设在建筑物的高层,应选择在大楼的低层中心部位,信息设备尽量远离建筑物的外墙结构柱子,设置在雷电防护的最高级别区域内.根据防雷分区和信息设备的要求,采取相应的屏蔽措施,使雷击产生的电磁场向内层层衰减。
6.4当信息系统设备为非金属外壳,且建筑物屏蔽未达到要求时,根据系统设备的重要性,可对设备加装金属屏蔽网或金属屏蔽室,金属屏蔽网应与等电位连接带连接。
6.5空中闪电或附近建筑物遭雷击时所产生的空间电磁波等因素,而对网络通讯系统造成损害。所以将建筑物的外墙作为外屏蔽的一部分；而将金属外护墙和铝合金门窗、玻璃幕墙支架、金属板门窗和金属纱网、建筑物的梁、板、柱及基础内的钢筋,这些部位均相互连接成统一的导电系统,构成全屏蔽的法拉第笼式防雷系统。对于信息系统较多的建筑物,除了外部屏蔽措施外,还应根据防雷分区和信息设备的抗干扰要求,采用局部屏蔽,将重要的信息系统放置在内部屏蔽室中,以减少雷电电磁脉冲干扰.有些情况也可以将信息设备加装金属屏蔽外壳,达到局部屏蔽效果。