雷電對(duì)信息系統(tǒng)的危害及其預(yù)防

[摘要] 雷電對(duì)信息系統(tǒng)的危害可造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。本文分析了雷電對(duì)信息系統(tǒng)破壞的途徑，重點(diǎn)介紹了信息系統(tǒng)綜合防雷的措施。通過(guò)綜合運(yùn)用分流、等電位、屏蔽、接地和保護(hù)等各項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)完整的防護(hù)體系，可以有效提高信息系統(tǒng)的安全性，具有一定的理論和實(shí)踐意義。

[關(guān)鍵詞] 信息系統(tǒng) 雷電 危害 防雷措施

進(jìn)入二十一世紀(jì)，人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已進(jìn)入了高度信息化的發(fā)展階段，以大規(guī)模集成電路元器件為核心的信息系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)的許多部門，置身于網(wǎng)絡(luò)、通訊時(shí)代，使我們與世界的聯(lián)系變得更加的緊密，它給人類帶來(lái)了前所未有的方便和快捷。但信息系統(tǒng)因其元器件的集成度愈來(lái)愈高，普遍存在著絕緣強(qiáng)度低，過(guò)電壓耐受能力差等致命弱點(diǎn)，一旦遭受雷擊、浪涌過(guò)電壓的沖擊，輕則造成信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷，設(shè)備永久性損壞，重則造成其他相關(guān)系統(tǒng)的中斷癱瘓，釀成不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟(jì)損失和深遠(yuǎn)影響。另外，用一般電氣設(shè)備的避雷器具、防雷經(jīng)驗(yàn)已不足于解決信息系統(tǒng)的防雷問(wèn)題。因此，加強(qiáng)和改進(jìn)信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)，已成為當(dāng)今亟待解決的問(wèn)題。

一、雷電對(duì)信息系統(tǒng)的危害

雷電災(zāi)害被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）稱為“電子化時(shí)代的一大公害”，在關(guān)于“防雷”的文件中強(qiáng)調(diào)指出：鑒于各種形式電子系統(tǒng)的應(yīng)用不斷增加，這些電子系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、控制系統(tǒng)等（統(tǒng)稱信息系統(tǒng)）。這些系統(tǒng)應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)的許多部門，包括相當(dāng)大的資金投入、規(guī)模和復(fù)雜性很大的工業(yè)控制系統(tǒng)。出于代價(jià)和安全的考慮，雷電對(duì)其造成運(yùn)轉(zhuǎn)停頓的影響是不可估量的。

雷電對(duì)信息系統(tǒng)的危害是顯而易見的，主要是由于設(shè)備的電磁兼容能力低，不能承受雷電及強(qiáng)電磁浪涌產(chǎn)生的瞬間過(guò)電壓或過(guò)電流。而雷電的電磁脈沖無(wú)孔不入，波及的空間范圍很大。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電子器件的工作電壓在不斷降低，很多電子設(shè)備（元件）的損壞電壓只有幾十伏，承受過(guò)電壓時(shí)間只有幾十納秒。電子設(shè)備越先進(jìn)，耗能越小、越靈敏，則雷電的電磁脈沖的危害越大。

由于信息系統(tǒng)的應(yīng)用既離不開電力電源和通訊聯(lián)接，又對(duì)強(qiáng)電流、高電壓表現(xiàn)出嚴(yán)重的脆弱性，使得雷電的電磁脈沖足以對(duì)它發(fā)生作用，甚至毀掉它。因此雷擊事故也越來(lái)越多，直接造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而因重要設(shè)備損壞使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓后造成間接的損失更是驚人。據(jù)美國(guó)的保守估計(jì)，主要由于雷電電磁脈沖導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)失效或損壞，平均每年約占全部故障的70％。我國(guó)近幾年雷害事故也頻繁激增，損失巨大。據(jù)一些省市統(tǒng)計(jì)，信息系統(tǒng)設(shè)備因雷害的直接損失約占雷害總損失的80％，造成無(wú)法估量的間接損失與社會(huì)影響。例如：某銀行清算中心一座33層高樓遭雷擊，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)停止工作3天，幾億元資金無(wú)法運(yùn)行，僅利息損失就達(dá)200多萬(wàn)元；某水力發(fā)電廠，一次雷擊，造成大范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及電子控制設(shè)備損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失近90萬(wàn)元；一場(chǎng)普通雷雨，某地區(qū)竟有4個(gè)機(jī)要部門的高科技設(shè)備同時(shí)損壞，其影響的嚴(yán)重性不難估計(jì)。大量嚴(yán)酷的事實(shí)使我們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到信息系統(tǒng)防雷的重要性。

二、雷電對(duì)信息系統(tǒng)的破壞途徑

入侵信息系統(tǒng)的雷電過(guò)電壓過(guò)電流主要有以下三個(gè)途徑：

1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電源由電力線路輸入室內(nèi)，電力線路可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷；直擊雷擊中高壓電力線路，經(jīng)過(guò)變壓器耦合到220伏低壓，入侵計(jì)算機(jī)供電設(shè)備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)出雷電過(guò)電壓。在220伏電源線上出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓平均可達(dá)10000伏，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可造成毀滅性打擊。

2.由計(jì)算機(jī)通信線路入侵，分為三種情況。情況一，當(dāng)?shù)孛嫱怀鑫镌庵睋衾状驌魰r(shí)，強(qiáng)雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進(jìn)而擊穿外皮，使高壓入侵線路。情況二，雷云對(duì)地面放電時(shí)，在線路上感應(yīng)出上千伏的過(guò)電壓，擊壞與線路相連的電器設(shè)備，通過(guò)設(shè)備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。情況三，若通過(guò)一條多芯電纜連接不同來(lái)源的導(dǎo)線或者多條電纜平行鋪設(shè)時(shí)，當(dāng)某一導(dǎo)線被雷電擊中時(shí)，會(huì)在相鄰的導(dǎo)線感應(yīng)出過(guò)電壓，擊壞低壓電子設(shè)備。

3.地電位反擊電壓通過(guò)接地體入侵。雷擊時(shí)強(qiáng)大的雷電流經(jīng)過(guò)引下線和接地體泄入大地，在接地體附近放射型的電位分布，若有連接電子設(shè)備的其他接地體靠近時(shí)，即產(chǎn)生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達(dá)數(shù)萬(wàn)伏。

三、信息系統(tǒng)的防雷措施

信息系統(tǒng)遭受雷電的影響是多方面的，其防護(hù)系統(tǒng)不但要考慮防直接雷擊，還要考慮防雷電電磁脈沖、雷電電磁感應(yīng)等?？傮w上應(yīng)根據(jù)建筑物的特點(diǎn)做好外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施，將外部防雷和內(nèi)部防雷進(jìn)行全面規(guī)劃，做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

1.外部防御系統(tǒng)

信息系統(tǒng)的第一道防線是防直擊雷。在雷電活動(dòng)特別強(qiáng)的地方，應(yīng)當(dāng)在計(jì)算機(jī)中心機(jī)房的建筑物，安裝獨(dú)立避雷針（網(wǎng)），把整個(gè)建筑物保護(hù)起來(lái)，通過(guò)接閃器、引下線、接地裝置的作用分別完成接閃、分流、散流的過(guò)程，將雷電流引到足夠遠(yuǎn)處的地方入地，避免雷電流入地時(shí)產(chǎn)生的高電位通過(guò)電源和信號(hào)線反饋造成破壞。重要的計(jì)算機(jī)機(jī)房應(yīng)該設(shè)計(jì)為全屏蔽保護(hù)形式，對(duì)于只有少量終端和一般設(shè)備的機(jī)房，可按一般建筑物直擊雷防避處理，用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)，建筑物本身的鋼筋作雷電流引下線與統(tǒng)一地網(wǎng)聯(lián)接。

2.內(nèi)部防御系統(tǒng)

內(nèi)部防雷措施的作用是防止雷電電磁脈沖、雷電電磁感應(yīng)等雷害，其主要措施包括等電位連接、屏蔽（隔離）、加裝浪涌保護(hù)器，以及合理的布線和良好的接地等措施。

(1)等電位：使建筑物內(nèi)的各個(gè)部位都形成一個(gè)相等的電位，把所有的導(dǎo)體相互作良好的導(dǎo)電性連接，并以最短的距離與接地系統(tǒng)連通。其中非帶電導(dǎo)體直接用導(dǎo)線連接，帶電導(dǎo)體通過(guò)避雷器連通。其作用：一是為雷電流提供低阻抗的連續(xù)通道，將雷電流迅速導(dǎo)入大地泄放。二是使系統(tǒng)各個(gè)部份不產(chǎn)生足以產(chǎn)生危害的電位差。

(2)屏蔽：屏蔽的主要目的是使電子信息系統(tǒng)免受雷電電磁脈沖的危害。在鋼筋混凝土建筑中，應(yīng)盡量利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋（即建筑物內(nèi)地板、頂板、墻面、梁及柱內(nèi)的鋼筋），使其形成一個(gè)六面體的網(wǎng)籠，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽。由于電子信息設(shè)備對(duì)屏蔽的要求較高，當(dāng)建筑物本身的鋼筋所形成的網(wǎng)格密度達(dá)不到所需要求時(shí)還應(yīng)另設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)。為防止雷電波侵入，進(jìn)出建筑物的電纜均應(yīng)采用屏蔽電纜，并在屏蔽兩端及雷電防護(hù)區(qū)交界處做等電位連接并接地。當(dāng)采用非屏蔽電纜時(shí)則應(yīng)敷設(shè)在金屬管道內(nèi)埋地引入，金屬管還應(yīng)電氣導(dǎo)通且在雷電防護(hù)區(qū)交界處做等電位連接并接地。除此之外，其他任何進(jìn)出屏蔽空間的金屬導(dǎo)電金屬物也應(yīng)在雷電防護(hù)區(qū)交界處做等電位連接并接地。

(3)合理布線：信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開電源線路、信號(hào)線路等各種管線，為了保證在防雷裝置接閃時(shí)這些管線不受影響，就必須考慮防雷系統(tǒng)與這些管線的關(guān)系，合理地敷設(shè)這些管線才能獲得最好的綜合防護(hù)效果。首先，應(yīng)將這些管線穿于金屬管內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)可靠屏蔽；其次，應(yīng)將這些線路的主干線的垂直部份設(shè)置在建筑物的中心部位，避免靠近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應(yīng)的范圍。在管線較長(zhǎng)或橋架等設(shè)施較長(zhǎng)的路線上還需在兩端接地。第三，信息系統(tǒng)線纜與其他各種管線及配電箱、變電室、電梯機(jī)房空調(diào)機(jī)房之間應(yīng)保持一定的間距；第四，信號(hào)線的布置應(yīng)盡量減少由線纜自身形成的感應(yīng)環(huán)路面積。

(4)安裝浪涌保護(hù)器：雷擊對(duì)電子信息的危害主要是以各種形式引起過(guò)電壓從而損害電子設(shè)備，要有效地防止雷電對(duì)信息系統(tǒng)設(shè)備的損壞，還需要在各種線路上安裝浪涌保護(hù)器（電源線路浪涌保護(hù)器、信號(hào)線路浪涌保護(hù)器、天饋線路浪涌保護(hù)器），用以限制瞬態(tài)過(guò)電壓和分流浪涌電流。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，雷電對(duì)設(shè)備的破壞有80%是經(jīng)由電源線路侵入的，所以電源系統(tǒng)的防護(hù)尤其重要。

(5)共用接地系統(tǒng)：為防止防雷裝置與鄰近的金屬物體之間出現(xiàn)高電位反擊，減少其間的電位差，除了要將建筑物內(nèi)的各種金屬物體做好等電位連接外，還應(yīng)將各種接地（交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地、防雷接地等）共用一組接地裝置，其接地電阻必須按接入設(shè)備中要求的最小值確定。共用接地系統(tǒng)的目的是達(dá)到均壓、等電位以減小各種接地設(shè)備間，以及不同系統(tǒng)間的電位差。

信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須貫徹整體防護(hù)思想，綜合運(yùn)用分流、等電位、屏蔽、接地和保護(hù)等各項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)完整的防護(hù)體系，才能收到預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)：

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