銀行系統(tǒng)電子設(shè)備防雷的重要性

1、銀行系統(tǒng)電子設(shè)備防雷的重要性原創(chuàng)（防雷工程建議書）一、前言銀行作為一個國家金融系統(tǒng)的重要組成單位在國民經(jīng)濟生活中有著非常重要的地位。但是隨著金融電子化建設(shè)的步伐不斷加快，電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用于金融網(wǎng)絡(luò)的運行系統(tǒng)中。這些高精密的電子計算設(shè)備富含大量的CMOS半導(dǎo)體集成模塊，耐過電壓電流能力極低，無法保證在特定的空間里遭受雷擊時仍能安全運行。目前銀行雖然都是網(wǎng)絡(luò)化運行，但由于各個地區(qū)的銀行系統(tǒng)建設(shè)的時間不一樣，而且伴隨著銀行新業(yè)務(wù)的增加，如網(wǎng)絡(luò)銀行、手機銀行、自助銀行等業(yè)務(wù)的迅速開展，以及ATM、POS、網(wǎng)上銀行、無紙辦公（電子郵件）等內(nèi)容。銀行系統(tǒng)建設(shè)的任務(wù)開始繁忙起來。因而，網(wǎng)絡(luò)不間斷成為銀行服

2、務(wù)的一項重要的業(yè)務(wù)。所以這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、獨立工作站、服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心以及其他一些重要的設(shè)備，能夠安全、平穩(wěn)的運行，不受電源及雷電干擾成為銀行建設(shè)的一項重要工作。 二、雷電入侵銀行計算機信息系統(tǒng)的各種途徑   1、雷電遠(yuǎn)點襲擊電力線： 我國電力線輸電方式是由發(fā)電廠通過升壓變壓器升壓后，輸電至低壓變壓器，經(jīng)低壓變壓器的輸出給用戶。由于我國的電壓基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲線，在電力線上形成每秒50次的交變磁場。如遇雷害發(fā)生時，在雷電未擊穿大氣時，將呈現(xiàn)出高壓電場形式。根據(jù)電學(xué)基本原理，磁場與電場之間是相互共存可逆變化的，那么，雷擊高壓電場通過靜

3、電吸收原理，向大地方向運動。假設(shè)電力線桿有5米高，那么在相對濕度25時，要擊穿5米空氣，需要15×106V雷擊高壓（3000V/mm）。如果在相對濕度95時（下雨時），擊穿5米空氣需要5×106V雷擊高壓（1000V/mm）。電力線上的交變磁場對雷云的吸引小于大地的靜電吸引。如果，雷云擊穿5米空氣入地，需要很高的電壓，雷電首先擊在電力線上，并從電力線的負(fù)載保護地線入地釋放，這樣就擊穿了設(shè)備。在高壓線上的表現(xiàn)為擊穿變壓器的絕緣，在變壓器低壓端與負(fù)載的連線上遭雷擊，損失的是用電器。由于變壓器低壓輸出端是三條相線，做一條地線，當(dāng)作零地合一線，變成三相四線制零地合一方式給用電器供電

4、，雷電擊在火線與大地放電，就等于火線與零線放電通過電力線直接擊穿用電器的電子元件。一般電子設(shè)備線與外殼的耐壓為每分鐘VAC1500V，火線與零線耐壓為工業(yè)級Vdc550650V，這么低的耐壓一旦遭受遠(yuǎn)點雷擊，必將擊壞用電器。為此，在選擇防雷器時，首先考慮遠(yuǎn)點雷擊。 2、雷電近點電力線的侵入 所謂雷電近點襲擊電力線，實際上是雷電襲擊用電器所在的建筑物避雷針，從而引起的雷電電磁脈沖的保護問題。雷電打在建筑物避雷裝置上，按照GB5005794建筑物防雷設(shè)計規(guī)范規(guī)定，定義大樓接閃電能力為波形10 350 S三角波，雷擊電流為150KA。避雷針引下線由于線路電感的

5、作用，IEC1312定義最多只能將50的電流引入大地。100余米高的大樓它的引下線電感為155 H左右（1.55 H/米），IEC1312定義電感大于37.5 H，則發(fā)生測閃雷擊，也就是說，10 350 S直擊雷引下線只能引下50%的電流，余下的電流將通過電力線屏蔽槽、水管、暖氣管、金屬門窗等與地面有連接的金屬物質(zhì)聯(lián)合引雷，但也只引下少部分雷電流，余下總電流的25在大樓流竄至UPS輸入輸出負(fù)載的電源線、局域網(wǎng)線等，擊穿小型機局域網(wǎng)端，最終由邏輯地線處下泄入地。對設(shè)備而言，部分雷電流將由UPS輸入電源線對交流地線進行LPE、NPE泄放，UPS輸出

6、LPE（邏輯地、NPE泄放，小型機LPE N-PE泄放，局域網(wǎng)線對邏輯地線等進行泄放。最終結(jié)果，將擊穿UPS輸出對地線和輸入對地線端、小型機電源對邏輯地線、網(wǎng)口對邏輯地線。為此，必須對UPS輸入輸出火線零線對交流地和直流邏輯地進行保護，必須對小型機、服務(wù)器及其它重要終端進行等電位保護，對網(wǎng)口進行保護，只有堵死一切雷電導(dǎo)入的端口，才能有效的保護設(shè)備免受雷電的侵害。 3、錯相位雷害 美國空軍電磁兼容手冊中，描述雷電發(fā)生時用肉眼可識別閃電為一組雷擊，每次不少于26個雷，它有大小和發(fā)生先后的區(qū)別，如果一個高能量雷打在一條火線上，而另一個低能量雷打在另一條火線上，線線之間就

7、會產(chǎn)生一個電壓差，侵入設(shè)備。這種侵害設(shè)備的現(xiàn)象，稱錯相位雷擊，又稱雷電的二次破壞，對三相UPS而言，它的輸入和輸出端，應(yīng)安裝線與線之間的保護，才能更全面更立體的保護電子設(shè)備。 因此：堵死雷電由電力線入侵電子設(shè)備，應(yīng)該從遠(yuǎn)點雷擊、近點雷擊和錯相位雷擊三種雷擊現(xiàn)象入手，實施全方位的保護，才能在發(fā)生雷擊時，有效的保護設(shè)備。 三、雷電入侵銀行計算機信息系統(tǒng)的危害1、雷電作用下，建筑物內(nèi)感應(yīng)雷害 雷電擊在建筑物避雷針上，由避雷針通過引下線，將雷電流泄放大地，引下線自上而下產(chǎn)生一個變化旋轉(zhuǎn)快速運動磁場，建筑物內(nèi)的電源線、網(wǎng)絡(luò)線等相對切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)高壓并沿線路傳輸擊毀設(shè)備

8、。 假設(shè)一機房的大樓避雷針引下線或大樓主鋼筋距主機房10米，假設(shè)機房為7 7m2。 di=75KA dt=10 S ；則感應(yīng)高壓U2 107 7 Ln52500V 。由此可知由雷電產(chǎn)生的感應(yīng)電壓無孔不入，它可以危及機房內(nèi)所有的用電器，2000年在上海一家銀行一次雷擊，4臺服務(wù)器遭受雷擊，80多條廣域網(wǎng)絡(luò)線端口及4臺網(wǎng)絡(luò)交換機的RJ45端口全部損壞，直接經(jīng)濟損失十余萬元，網(wǎng)絡(luò)癱瘓近48小時，間接經(jīng)濟損失無法估計。廣東省1999年至2000年金融計算機系統(tǒng)遭受雷擊損失近億元人民幣。感應(yīng)雷的能量雖小，

9、但電壓較高。所以，對感應(yīng)雷害的防護，應(yīng)該是全面的防護，但防護的級別可以低一些。 2、雷電作用下的網(wǎng)絡(luò)雷害 1）、廣域網(wǎng)絡(luò) 一般講，銀行系統(tǒng)廣域網(wǎng)絡(luò)通常不遭受直擊雷的破壞，1mm2的銅線遭受10KA的雷電襲擊，它自身就斷了。所以，廣域網(wǎng)的雷害主要是感應(yīng)雷害，擊穿方式為線對線和線對機殼（地），在GA173-1998計算機信息系統(tǒng)防雷保安器標(biāo)準(zhǔn)中，廣域網(wǎng)保護的最大雷電流為5KA，連接廣域網(wǎng)一般有以下幾類，一類是DDN租用專線，一類是ISD專線，一類是幀中繼以及微波通訊方式 。對于專線的接收端口，它的耐壓應(yīng)為5倍工作電壓，即Vdc25V，傳輸速率小于等于2M，插

10、入保安器，使之在雷電作用下，短路保護5KA電流，而端口殘壓小于25V；而對于話線備份來說，它的工作電壓為48V加93 V振鈴電壓共計175V，插入保安器，保安器的啟動電壓來說，它的工作電壓為48V加93 V振鈴電壓共計175V，插入保安器，保安器的啟動電壓。2）、局域網(wǎng) 在銀行系統(tǒng)局域網(wǎng)的傳輸電纜中，常常采用UTP電纜，UTP電纜的4對線中兩對線（1-2，3-6線對）一對線接收一線發(fā)送，采用RJ45接口方式。既然局域網(wǎng)電纜采用RJ45型是一收一發(fā)，那么，就應(yīng)按兩對線進行雷電保護。我們做過一次試驗，在一條連接服務(wù)器的網(wǎng)線旁邊，約距網(wǎng)線0.5米處，采用雷擊發(fā)生器對網(wǎng)線

11、0.5米處一條金屬線發(fā)射雷電流。由小到大，發(fā)射電流為10KA，周邊磁場污染了網(wǎng)線，瞬間服務(wù)器端口、芯片被擊穿，這時，示波器記憶感應(yīng)高壓為100V。 在機房的綜合布線中，施工人員為了布線工程的美觀漂亮，把很多網(wǎng)線放在墻壁內(nèi)，沒有考慮對UTP電纜的屏蔽處理，一旦大樓某些鋼筋泄放雷擊電流都將引起感應(yīng)高壓，從而擊毀設(shè)備。另外，對于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于雷電引起的電磁脈沖，在機房內(nèi)產(chǎn)生3Gs的變化電磁場，必然引起網(wǎng)卡端口芯片的燒毀。 因此雷電對銀行系統(tǒng)局域網(wǎng)的危害是巨大的。所以對于綜合布線，從防雷角度上考慮，布線一定要明確表示： 首先：電源線不要與網(wǎng)絡(luò)線同槽架設(shè)，數(shù)據(jù)插座與電源插座

12、保持一定距離；其次：廣域網(wǎng)線纜不要與局域網(wǎng)線纜同槽架設(shè)；最后：網(wǎng)線與墻壁布置時，有條件應(yīng)遠(yuǎn)距離安裝。屏蔽槽有厚度要符合要求，并保證兩點接地。 3、雷電作用下的二次效應(yīng)，雷電高壓反擊雷 雷電襲擊建筑物避雷針，由引下線將雷電流引入大地，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速全部的與大地負(fù)電荷中和，必然引起局部地電位升高，交流配電地和直流邏輯地將這種高電位引入機房，UPS輸出、輸入端被擊穿，小型機及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接斷口被擊穿。這種反擊電壓少則數(shù)千伏，多則數(shù)萬伏，直接燒壞用電器的絕緣部分。這種現(xiàn)象在銀行系統(tǒng)時有發(fā)生。4、由雷擊引起的人身安全問題 雷電泄放大地，由于地電阻較大

13、，不能馬上泄放，從而引起地電位升高，由于機房直流邏輯地線和交流配電保護地線不在一點入地，將兩個電位值引入機房，這時，一個操作人員的一只手摸在UPS輸出負(fù)載外殼上（如小型機），而另一只手（或身體）摸在交流配電地線上（如空調(diào)），兩個電位值將通過操作人員的身體短路，造成操作人員傷亡。美國1996年為此而死亡198人，廣東省1997年在報導(dǎo)雷擊死亡的170人中，有相當(dāng)一部分是為此而傷亡的。所以防雷保護設(shè)備的確很重要，但是保護人身安全更重要。在通過具體分析了雷害入侵計算機信息系統(tǒng)的各種途徑后，我們得出的結(jié)論是：防雷保護設(shè)計工作不是簡單的避雷設(shè)施的安裝和堆砌，而是一項要求高、難度大的系統(tǒng)工程，涉及多方面的

14、因素。為此我們的設(shè)計指導(dǎo)思想的主旨是，本?quot;經(jīng)濟、實用、高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求、高起點、高可靠性"的原則，在遵照執(zhí)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國家有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還參考和引入IEC國際電工委員會的有關(guān)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，以期達到更好的防護效果。  三、銀行系統(tǒng)防雷設(shè)計的依據(jù) 1、銀行系統(tǒng)電子設(shè)備雷電過電壓及電磁干擾防護，是保護通信線路、設(shè)備及人身安全的重要技術(shù)手段，是確保通信線路、設(shè)備運行必不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)，是銀行系統(tǒng)金融電子化建設(shè)及運行管理工作的重要組成部分。 2、方案的設(shè)計應(yīng)依據(jù)IEC1312雷電電磁脈沖的防護、GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)

15、范、VDE0675過電壓保護器、GA173-1998計算機信息系統(tǒng)防雷保安器及GB-50174-93計算機房防雷設(shè)計規(guī)范、GB2887-89計算機場地技術(shù)條件等進行設(shè)計。 3、方案設(shè)計中的所采用的過電壓保護產(chǎn)品由國內(nèi)或世界知名防雷器生產(chǎn)商精工設(shè)計制造。其產(chǎn)品符合VDE、IEC及GB相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并通過國內(nèi)郵電、鐵道、電力等有關(guān)權(quán)威檢測機構(gòu)檢測認(rèn)證。 4、銀行系統(tǒng)計算機房直擊雷防護措施嚴(yán)格依據(jù)GB50057-94第二類建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其避雷針、引下線、地網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)合乎規(guī)定要求。   四、銀行系統(tǒng)的防雷設(shè)計方案1. 銀行系統(tǒng)的瞬態(tài)過電壓保護設(shè)計

16、a. 銀行系統(tǒng)過電壓保護必須運用電磁兼容原理將銀行系統(tǒng)局部的防護歸結(jié)到銀行系統(tǒng)的整體的雷電過電壓保護。b.銀行電子設(shè)備所處的建筑物作為一個欲保護的空間區(qū)域，從電磁兼容的角度出發(fā)，可由外到內(nèi)分為幾個雷電保護區(qū)，以規(guī)定各部分空間不同的雷電磁脈沖(LEMP)的嚴(yán)重程度。c.根據(jù)雷電保護區(qū)的劃分要求，銀行建筑物外部是直接雷的區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)的設(shè)備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區(qū)，為0區(qū);建筑物內(nèi)部及計算機房所處的位置為非暴露區(qū),可將其分為1區(qū)、2區(qū)，越往內(nèi)部，危險程度越低，雷電過電壓對內(nèi)部電子設(shè)備的損害主要是沿線路引入。保護區(qū)的界面通過外部的防雷系統(tǒng)、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構(gòu)成

17、的屏蔽層而形成。電氣通道以及金屬管則通過這些界面，穿過各級雷電保護區(qū)的金屬構(gòu)件必須在每一穿過點做等電位連接。d.進入銀行大樓的電源線和通訊線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)IEC1312雷電電磁脈沖防護標(biāo)準(zhǔn)，安裝上不同類別的電源類SPD，以及通訊網(wǎng)絡(luò)類SPD。(SPD瞬態(tài)過電壓保護器)e.SPD是用以防護電子設(shè)備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓的有效手段。f. 選用和使用SPD注意事項簡介：§應(yīng)在不同使用范圍內(nèi)選用不同性能的SPD。在選用電源SPD時要考慮供電系統(tǒng)的形式、額定電壓等因素。LPZ0與LPZ1區(qū)交界處的SPD必

18、須是經(jīng)過10/350us波形沖擊試驗達標(biāo)的產(chǎn)品。對于信號SPD在選型時應(yīng)考慮SPD與電子設(shè)備的相容性。§SPD保護必須是多級的，例如對銀行電子設(shè)備電源部分雷電保護而言，至少應(yīng)采取泄流型SPD與限壓型SPD前后兩級進行保護。§為各級SPD之間做到有效配合，當(dāng)兩級SPD之間電源線或通訊線距離未達規(guī)定要求時，應(yīng)在兩級SPD之間采用適當(dāng)退耦措施。§ 建在城市、郊區(qū)、山區(qū)不同環(huán)境下銀行營業(yè)網(wǎng)點，設(shè)計選用過壓型SPD時，必須考慮網(wǎng)點供電電源不穩(wěn)定因素，選用合適工作電壓的SPD。§對于無人值守場合，可選用帶有遙信觸點的電源SPD；對于有人值守場合，可選用帶有

19、聲光報警之電源SPD，所有的電源防雷器都需具有老化顯示。§信號SPD應(yīng)滿足信號傳輸帶率、工作電平、網(wǎng)絡(luò)類型的需要，同時接口應(yīng)與被保護設(shè)備兼容。§信號SPD由于串接在線路中，在選用時應(yīng)選用插入損耗較小的SPD。§正確的安裝才能達到預(yù)期的效果。SPD的安裝應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)廠方提供的安裝要求進行安裝。2.    等電位連接a.  實行等電位連接的主體應(yīng)為：設(shè)備所在建筑物的主要金屬構(gòu)件和進入建筑物的金屬管道；供電線路含外露可導(dǎo)電部分；防雷裝置；由電子設(shè)備構(gòu)成的信息系統(tǒng)。b. 實行等電位連接的連接體為金屬連接導(dǎo)體，如圖3。和無法直接連接時而做瞬態(tài)等電位連接的電涌保護器(SPD)。c. 銀行大樓的計算機房六面應(yīng)敷設(shè)金屬蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)應(yīng)與機房內(nèi)環(huán)形接地母線均勻多點相連。d.  通過星型(S型結(jié)構(gòu)或網(wǎng)形M型)結(jié)構(gòu)把設(shè)備直流地以最短的距離連到鄰近的等電位連接帶上。小型機房選S型，在大型機房選M型結(jié)構(gòu)。e. 機房內(nèi)的電力電纜(線)、通信電纜(線)宜盡量采用屏蔽電纜。f.   架空電力線由終端