計算機及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備防雷

摘要：隨著計算機網(wǎng)絡(luò)通信使用的廣泛，雷擊造成的損失也越來越大。本文探討了雷電對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成危害的原因，指出計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷電侵害的方法，原則在于綜合整體的防范，重點在于防護感應(yīng)雷，并提出了計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)感應(yīng)雷的防護辦法。

關(guān)鍵詞：計算機；網(wǎng)絡(luò)；通信；雷電；防雷

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 17-0000-02

計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已深入地應(yīng)用于氣象的各個部門，是氣象觀測、預(yù)報等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)不可中斷的重要設(shè)備，在臺站中越來越普及。但是，計算機等通訊設(shè)備遭受雷電災(zāi)害的事故也是頻繁發(fā)生，嚴重的影響了氣象業(yè)務(wù)的正常運行，造成了極大的損失。研究和探討加強計算機網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)的防雷，已是我們氣象部門網(wǎng)絡(luò)信息安全工作非常重要的一個方面。在計算機網(wǎng)絡(luò)通信的規(guī)劃設(shè)計和運行的過程中，要按照規(guī)范做好雷電侵害的防范工作，以確保計算機網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備安全穩(wěn)定的運行。

1 雷電的侵害

1.1 建筑物的雷電侵害

雷電危害是當(dāng)云層中積累了大量的電荷，遇到高大的建筑物會對其進行放電。由于電荷量龐大，放電時電流電壓能量巨大，就會對建筑物及屋內(nèi)物體造成嚴重的損害。

雷電的危害形式有幾種：直擊雷、雷電侵入、雷電感應(yīng)、球形雷。直擊雷是云層電荷與地面建筑物進行放電而形成的。雷電侵入是雷擊產(chǎn)生的沖擊電壓沿線纜或管道傳播侵入室內(nèi)的雷電波。雷電感應(yīng)是由于雷電流的強大電場和磁場變化在設(shè)備和線路產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的過電壓過電流形成危害。球形雷是一種游動的發(fā)光帶電球，可從門窗、煙囪等通道侵入室內(nèi)，擊毀接觸之物[1]。

1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的感應(yīng)雷侵害

當(dāng)雷擊發(fā)生時，大量的電荷在散流電阻大而出現(xiàn)的局部高電壓，或放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生高電壓。形成的感應(yīng)雷電壓會對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成很大的威脅，因此計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷工作的重點是感應(yīng)雷的防范。

（1）對供電線路的侵害

供電系統(tǒng)一般是由室外電力線路架空或線纜管道輸入室內(nèi)，架空或管道敷設(shè)電力線路均有可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷的入侵。雷電會通過高壓線路、變壓器和低壓側(cè)線路，入侵供電設(shè)備以至計算機網(wǎng)絡(luò)；線路被直擊雷擊中或感應(yīng)出過電壓，在220V線路上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達10000V，對電源設(shè)備和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會造成毀滅性的損壞。

（2）對計算機網(wǎng)絡(luò)通信線路的侵害

現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個互連互通、信息交換的開放網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的連接，各種不同的物理介質(zhì)的通信線路接入實現(xiàn)遠程互連，如普通電話雙絞線的PSTN，ISDN，DDN，ADSL、有網(wǎng)絡(luò)雙絞線接入，光纖介質(zhì)連接。由于敷設(shè)布排的因素，極易遭受雷電的侵害，危及兩端連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

懸空架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)通信線路，暴露于空曠突出部位，易直接遭受雷電的襲擊。埋入地下的電纜也會在直擊雷打擊時，強電壓將鄰近土壤和電纜外皮擊穿，雷電流直接入侵到線路。平行鋪設(shè)的電纜，當(dāng)某一電纜被雷電擊中時，也會在相鄰的電纜感應(yīng)出過電壓。一條多芯電纜連接不同來源的導(dǎo)線，當(dāng)某一導(dǎo)線遭受雷擊時，在相鄰的導(dǎo)線會感應(yīng)出過電壓，擊壞其他相連設(shè)備，擴大損害的范圍。

（3）接地體的地電位反擊電壓入侵

雷擊時強大的雷電流經(jīng)過避雷引下線和接地體泄入大地，會在接地體附近形成放射型的高電位分布，若有其它接地體接近，會產(chǎn)生高壓地電位反擊侵害其他設(shè)備。直擊雷的強大的雷電流通過引下線入地時，也會在附近空間產(chǎn)生強大的電磁場變化，在相鄰的導(dǎo)線上感應(yīng)出雷電過電壓侵害到其他設(shè)備，此時避雷接地不但不能保護計算機系統(tǒng)，反而可能引入雷電流[2][3]。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的雷擊防護

對雷電的防護方式有：疏導(dǎo)、隔離、等位、消散。疏導(dǎo)：是將雷電流疏導(dǎo)至大地，避免雷電流流經(jīng)被保護物或設(shè)備。方法有避雷針、避雷器等。隔離：是將雷電荷與被保護物隔離開危害。方法有金屬屏蔽、隔離變壓器、波導(dǎo)分流器等。等位：將多物體地連接置于同一電位保護物體。消散：釋放異性電荷中和雷云的電荷，阻止雷電的形成。方法有消雷裝置。

2.1 建筑物的防雷

根據(jù)國家標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中，對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機房所在樓房的要求，定為第二類或第三類防雷建筑物，特別是對雷電活動頻繁的場所，計算機終端和其它設(shè)備比較集中的建筑物，需按要求建有防雷設(shè)施。

建筑物的防雷主要通過安裝避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或混合組成的接閃器來實現(xiàn)，這些接閃器可以通過大樓立柱基礎(chǔ)的主鋼筋或另外敷設(shè)的引下線及接地體，將強大的雷電流引入大地，消除雷電流對建筑物的直接損害，在金屬門窗、線纜入室處做防侵入雷接地防護，可以形成一個較完整的建筑物防直擊雷的設(shè)施。使在建筑物內(nèi)的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，受到直擊雷電侵害的可能性降至最小，因此計算機機房的建筑物首先必須設(shè)計安裝防直擊雷的設(shè)施，抵御直擊雷和侵入雷的直接侵害[1] 。

2.2 電源系統(tǒng)的防雷

安裝有避雷針的建筑物，雖然可以比較有效地避免直擊雷對建筑物內(nèi)物體的侵害，但是雷擊時的巨大的電流流入大地或附近的雷擊都會產(chǎn)生強大的電磁場，還是會在網(wǎng)絡(luò)線、電源線、電話線和電子設(shè)備感應(yīng)出瞬間高壓而損壞，這種更具危害的感應(yīng)雷的防范卻更容易被忽視。由于感應(yīng)過電壓過電流的強大，需采用加裝多級防雷裝置，逐級泄流和限壓，徹底排掉過電流過電壓通過電力線路侵入計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（1）輸入機房內(nèi)的交流供電線路，有條件的應(yīng)避免采用架空線路，而采取供電電纜埋地敷設(shè)，并在電纜兩端的金屬套制作良好的接地。

（2）在機房建筑物的總配電裝置高壓端的各相安裝高通容量的防雷裝置，作為電源的第一級保護，配電低壓側(cè)引出的三根相線及零線，應(yīng)安裝中等容通量電源防雷器作為第二級保護，交流零線不作重復(fù)接地。

（3）在樓層配電箱安裝電源避雷器作為第三級保護，重要場合和設(shè)備可采取更多級的保護措施，如在UPS電源輸出端加裝防雷器，在重要設(shè)備電源輸入端加裝電源終端防雷設(shè)備等。

（4）電源插座按照規(guī)范的線序連接，接地端要可靠接地，確保設(shè)備接地及使用安全，也直接保證著電源防雷器的效能。雷擊造成的各種形式的破壞性能量都是要通過地線來釋放的，良好地接地是防雷關(guān)鍵[2][3]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信線路及接口的防雷

同供電線路一樣，為了避免所架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)通信線纜引入雷電，應(yīng)避免在建筑外側(cè)架空敷設(shè)入室，對已有的架空線纜，也應(yīng)使用金屬保護管將室外部分的線纜套起，并在進入室內(nèi)前的兩端位置將金屬管的外殼接地。光纖線纜不需要特別的防雷措施，但須將鋼芯光纖線纜或鎧裝光纖的金屬部分接地即可[4]。

雖然電源供電和網(wǎng)絡(luò)線路等外接線路上安裝了防雷保護裝置，但由于雷擊發(fā)生時巨大的電磁場，會在500米范圍內(nèi)的金屬環(huán)路—網(wǎng)絡(luò)傳輸線路感應(yīng)極強的過電壓，雙絞線屏蔽效果較差，因此更易感應(yīng)雷擊。因此在網(wǎng)絡(luò)通信線纜接入設(shè)備前，先接入信號避雷器，即串入一個瞬態(tài)過電壓保護器，對于跨越房間、接近窗口和由室外引進的雙絞線到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間均需安裝，防護被線纜引入的雷電感應(yīng)、干擾電涌過電壓及雷電波的侵入，保護與之相連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。由于信號避雷器是串接在通信線路中，所以信號避雷器選擇時除要考慮防雷性能指標外，還必須滿足信號傳輸帶寬、傳輸損耗、接口類型等網(wǎng)絡(luò)性能指標的要求[4]。

2.4 設(shè)備安裝箱柜防雷

設(shè)備安裝箱柜的防雷，主要是將箱柜金屬殼體鏈接接地，宜采用單獨、多點分別就近接地，在設(shè)備安裝箱柜的某隱蔽位置打孔去漆，再使用銅質(zhì)螺釘鏈接獨立接地線即可，它可以有效的防止周邊雷擊電場、大電流感應(yīng)造成二次損毀或影響的擴大。

2.5 地電位反擊的防范

要消除地電位反擊危害，通?？梢圆扇煞N措施：一是作等電位連接，用金屬導(dǎo)體將兩個金屬物體或接地體相互連接起來，使雷電接閃時電位相等；二是使可能電位反擊的兩個物體之間隔離或保持一定的安全距離。

將所有進入建筑物的供電、通信線纜用金屬管道進行屏蔽，并將金屬管道（包括水管、煤氣管及各種屏蔽管道）在進入前就近接地。采用聯(lián)合接地網(wǎng)，消除各地網(wǎng)之間的電位差，保證設(shè)備不因雷電的反擊而損壞。

機房接地是機房也是保證安全的一個重要環(huán)節(jié)，應(yīng)按照《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》和《建筑防雷設(shè)計規(guī)范》的要求執(zhí)行?？刹捎寐?lián)合接地網(wǎng)，做一個接地總匯流排，使交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等接地共用一組接地裝置。各設(shè)備、各地線單獨就近連接到地網(wǎng)，聯(lián)合接地網(wǎng)可有效的解決各個地電位升高的影響及電位差，提高機房接地系統(tǒng)的可靠性和防雷的效果。

3 結(jié)束語

計算機及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的雷電防護是一項系統(tǒng)性工程，不能指望某個單一的一項防護措施就一蹴而就，需堅持綜合防護、內(nèi)外防護、多級防護的原則，防直擊、入侵和感應(yīng)雷相結(jié)合，有重點有針對的對主要線路、關(guān)鍵設(shè)備加強防護，運用各種保護技術(shù)構(gòu)成一個完整的防護體系，才能確實對計算機及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的雷電危害起到有效的防護作用。

參考文獻：

[1]梅衛(wèi)群，江燕如.建筑防雷工程與設(shè)計[M].北京：氣象出版社，2008.424-470.

[2]錢慕輝，季曉鳴.計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雷電防護[J].氣象與環(huán)境科學(xué).2007，30（增刊）.190-192.

[3]王志強，郭紅晨，王志剛.計算機信息系統(tǒng)雷電防護措施[J].河南氣象2005，1，37-38.

[4]汪文琦.信息系統(tǒng)防雷應(yīng)從多端口綜合考慮.河南氣象[J].2006，1，57-58.

[作者簡介]

高永信（1958.9-），男，漢族，河南新鄭人，工程師，本科，網(wǎng)絡(luò)管理。