摘要：本文以一電子信息機房為例，從信息機房自身的特點出發，著重對信息機房的防雷等級及雷擊磁場進行了計算與評估，最后對信息機房進行了相應的防雷設計，希望通過此例對現代電子信息機房的防雷設計有一定的啟求作用。
　　關鍵詞：信息機房，雷擊，磁場強度，防雷設計
　　
　　1前言
　　隨著信息技術飛速發展，電子信息機房的存在已日趨廣泛。電子設備大多采用微電子技術，抗擊雷擊電磁脈沖能力比較弱，在雷電環境下極易發生設備被損毀，造成電子設備運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”的原則，必須對電子信息機房的雷電防護引起高度重視。電子信息機房對電磁環境有一定的要求，除了考慮正常情況下的電磁環境，還必須考慮雷擊時瞬時電磁脈沖，由于雷擊時瞬時雷電流可達數百安千安，在雷電通道周圍將產生強大的電磁場，若信息機房的的屏蔽達不到要求，雷擊電磁脈沖對機房內設備產生影響，或損壞設備，或造成服務中斷，甚至造成火災、爆炸等嚴重安全事故。因此，在設計電子信息機房時，必須利用建筑物防雷設計規范及電子信息系統防雷技術規范對信息機房進行評估，然后根據結果進行相應的防雷設計。
　　
　　2信息機房個例分析
　　2.1信息機房基本情況
　　信息機房位于某電信局大樓內，電信局處于市區中部，該地區多盛行西南風，雷暴季節主要是五至十月，年平均雷暴日為75天，該地區四周被山圍繞，土壤結構主要為石灰巖。電信局長80米，寬25米，高30米，地上10層，引下線共有12條，信息機房位于電信大樓的第三層，信息機房內設配電柜、小型機、磁盤陣列、交換機組、路由器、微型計算機、Server服務器等電子設備，并且其下屬局的電信數據均匯總到時該交換中心中轉。電信機房內部平時的磁場干擾強度經測量峰值約為70A/m能滿足要求，但當遭受雷擊時，是否滿足要求未驗證。查閱該地區閃電定位儀的資料，本地區3.5km半徑范圍內，五年中觀測到的最大的雷電流為246.3KA。
　　2.2電子信息系統防雷等級
　　按照GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》所進行的建筑物內電子信息系統的防雷等級計算。
　　線路入戶設施情況：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，則電源線纜入戶設施接收面積Ae1為0.09km2，信號線纜入戶設施接收面積Ae2為0.06km2。
　　建筑物及入戶線路的年預計雷擊次數N：N1=kNgAe=0.04次/年；N2=NgA′e=0.74次/年，所以N=N1+N2=0.78次/年。
　　電子信息系統雷擊電磁脈沖防護等級E:雷擊電磁脈沖防護分級可由下式求取：E=1-Nc/N。信息系統設備損壞的可接受的最大年平均雷擊次數Nc=5.8×10-1.5/C=0.0452;E=1-0.0452/0.465=0.91.
　　結論：建筑物及入戶設施年預計雷擊次數N=0.465,可接受的最大年平均雷擊次數Nc=0.0452,防雷裝置攔截效率E=0.974,防雷等級為B級。
　　3雷擊磁場強度評估
　　3.1直接雷擊時內部磁場強度的估算
　　當其遭受直接雷擊時，依據GB50057-2010如圖方法估算引下線分流系數：
　　頂4層、頂n層(n>4)分流系數：
　　頂1層：
　　頂2層：
　　頂3層：
　　頂4層：
　　頂n層（n>4）:
　　其中：h1～hn——環接引下線各環之間的距離；Cs、Cd——某條引下線頂雷擊點至兩側最近引下線；f——引下線數量
　　計算當雷擊中建筑后，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，雷電流取區域內觀測到的最大值，則
　　
　　估算引下線附近的最大磁場強度，無限長載流導體磁場強度公式：
　　（A/m）
　　首次雷擊時，雷電流強度遠大于后續雷擊時的雷電流強度，因此，以下估算均討論首次雷擊的情形。
　　經勘察，機房距離最近引下線的距離為1.2米，
　　（A/m）
　　由計算可知，機房內的磁場強度不滿足規范要求，因此，必須采取屏蔽措施，降低磁場強度。
　　3.2鄰近雷擊時內部磁場強度的估算
　　鄰近雷擊情況下，入射磁場可近似看作一個平面波。LPZ0B區入射磁場強度H0可按以下公式估算：（A/m）
　　雷擊所致的磁場強度最大值由首次雷擊產生，因此雷電流選擇i0=246.3kA。
　　4屏蔽設計
　　屏蔽材料中，銅、鋁、鋼等金屬的屏蔽效果比銅好，電子信息機房中大多采用銅進行屏蔽措施，本文以銅為例進行相關計算，銅的截面積可選用50mm2。
　　當有屏蔽時，在格柵形大空間屏蔽內，即在LPZ2區內的磁場強度從H1減為H2，其值應按下式計算:
　　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.適用于后續雷擊的磁場；3.W—格柵形屏蔽的網格寬（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)由計算可得，機房應設置不大于2.5m･2.5m的銅的屏蔽網格，可防御建筑遭受直接雷擊時產生的磁場。
　　設備距離離屏蔽網的安全距離的估算采用如下公式：
　　
　　當設置2.5m･2.5m的銅時，SF=11dB
　　當采用更小的屏蔽網格時，安全距離將相應減少，對應關系見表2
　　網格寬（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信息機房防雷設計
　　通過以上對信息機房的磁場評估，可對信息機房進行以下防雷設計：
　　1）在機房各類門窗加裝外表鍍鋅的金屬網，并將墻壁內的結構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房時做好良好的接地。
　　3）在信息機房內沿墻壁敷設120mm×40mm扁銅制作的水平環形體接地排，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、各種電子設備的金屬外殼、機柜、機架等均于該水平環形接地排做可靠連接。
　　4）機房敷設的活動防靜電地板的下方用扁鋼設2m×2m左右的金屬網格，形成均均衡接地網，并將該地網以不大于6m的間隔和水平環形接地排可靠連接。將保護地、信號地、工作地、防靜電接地統一接地。
　　5）信息機房的電源處安裝第三級電源避雷器，參數：8/20μs，≥20KA，在信息機房內傳輸設備、交換設備等直流電源進線端，利用設備配電柜自帶防雷模塊作為設備的末級防護，但其標稱放電電源8μs，≥10KA。
　　6）在機房的交換機前端、傳輸設備ET1板、服務器以及路由器五類線接出端安裝網絡防雷器，參數要求：標稱導通電壓≥1.2Un，8/20μs混合波，標稱放電電流≧0.5KA，插入損耗≤0.5dB,響應時間≤10ns。
　　6結束語
　　通過對電子信息機房的防雷等級及雷擊磁場環境的進行評估，并對屏蔽網格尺寸、安全距離的計算，可以得出：在對一般電子信息機房進行防雷設計時，鄰近雷擊在建筑物內引起的磁場一般可以不予以考慮；建筑遭受直接雷擊時，當機房臨近引下線，就可能在機房內產生很強的磁場，超過規范的允許值，文中所采用的評估方法及防雷設計可以作為參考。
　　參考文獻
　　[1]中國建筑標準設計研究院.GB50343-2004建筑電子信息系統防雷設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社2004.