計算機(jī)信息系統(tǒng)的雷電干擾及有效防護(hù)措施

漳州市避雷裝置安全監(jiān)測所 趙周杰 傅景龍

如今，隨著計算機(jī)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，社會各個行業(yè)均開始廣泛應(yīng)用計算機(jī)信息系統(tǒng)。計算機(jī)基本上滲透到我們的日常生活、學(xué)習(xí)、工作的各個方面。計算機(jī)信息系統(tǒng)作為現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)不斷發(fā)展衍生的產(chǎn)物，既可以屬于計算機(jī)及其外設(shè)組成的單機(jī)系統(tǒng)，也可以是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計算機(jī)信息系統(tǒng)中涉及到許多集成電路信息設(shè)備，其耐受過電壓以及過電流水平均非常低，極易遭受雷電干擾，輕則影響計算機(jī)信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時會導(dǎo)致系統(tǒng)直接癱瘓，設(shè)備被被雷電擊壞?；诖?，加強(qiáng)計算機(jī)信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)工作至關(guān)重要。本文首先闡述了計算機(jī)信息系統(tǒng)概念及防雷工作的必要性，接著重點(diǎn)分析了計算機(jī)信息系統(tǒng)的雷電干擾及有效防護(hù)措施，以供同行參考。

0 引言

雷電屬于一種自然現(xiàn)象，它具備瞬態(tài)電流大、電磁輻射強(qiáng)以及危害大等特點(diǎn)，對人們的正常生產(chǎn)生活均會帶來不良影響，不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會造成人員傷亡事故[1]。因此，本文根據(jù)防雷實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，首先闡述了計算機(jī)信息系統(tǒng)概念及雷電防護(hù)的必要性，接著重點(diǎn)分析了計算機(jī)信息系統(tǒng)的雷電干擾及有效防護(hù)措施，為今后更好開展計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保護(hù)工作提供指導(dǎo)。

1 計算機(jī)信息系統(tǒng)的概述及雷電防護(hù)的必要性

1.1 計算機(jī)信息系統(tǒng)概述

結(jié)合《中華人民共和國計算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)條例》了解到，計算機(jī)信息系統(tǒng)主要是由計算機(jī)及與之有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備等共同組成的，它實(shí)際上是依據(jù)某些使用的具體需求對相關(guān)信息資料進(jìn)行一系列操作（采集、處理、保存、發(fā)送以及檢索）的人機(jī)系統(tǒng)。簡單點(diǎn)來說，它大體上就是設(shè)備、技術(shù)以及人的人機(jī)系統(tǒng)。計算機(jī)信息系統(tǒng)不但可以作為一臺計算機(jī)及其外設(shè)組成的單機(jī)系統(tǒng)，還可看作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。平時大家經(jīng)常提到的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)，這些均屬于公共信息系統(tǒng)。計算機(jī)信息系統(tǒng)是用通信設(shè)備以及通信線路將分布在不同區(qū)域的具備獨(dú)立功能的若干計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，在網(wǎng)絡(luò)軟件的作用下實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信以及資源共享的系統(tǒng)，它屬于現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

1.2 計算機(jī)信息系統(tǒng)雷電防護(hù)的必要性

由于各種計算機(jī)信息系統(tǒng)涉及到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通訊設(shè)備等電子信息系統(tǒng)，并且使用越來越頻繁，在工業(yè)、商業(yè)以及事業(yè)單位等各個領(lǐng)域發(fā)揮的作用均特別大，每天一個計算機(jī)信息系統(tǒng)往往需要分析處理非常多的數(shù)據(jù)量資料，計算機(jī)信息系統(tǒng)基本上每時每刻均需要采集許多的數(shù)據(jù)，并且對它們進(jìn)行分析處理。所以，任何時刻的計算機(jī)信息系統(tǒng)故障均可能會給用戶造成難以評估的損失。而雷電較強(qiáng)的雷電流以及電磁脈沖對計算機(jī)信息系統(tǒng)的設(shè)具備強(qiáng)大的干擾性以及破壞性[2]。例如，1989年8月中旬黃島油庫一次雷擊事故中，由于避雷針遭遇雷電襲擊導(dǎo)致計算機(jī)房電子設(shè)備感應(yīng)雷反擊使得黃島油庫發(fā)生火災(zāi)，大火持續(xù)近五十多個小時，此次雷擊火災(zāi)造成19人死亡，78人受傷，帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)千萬元。2007年4月1日，河南省駐馬店市西平縣的一次強(qiáng)雷暴天氣導(dǎo)致八百余臺電視機(jī)、計算機(jī)、通信設(shè)備因?yàn)槔纂娨u擊而受到損壞，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)二十余萬元。由這一系列雷擊事故可知雷電的危害是非常大的，計算信息系統(tǒng)受雷電的干擾特別嚴(yán)重?；诖?，加強(qiáng)計算機(jī)信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)工作十分必要。

2 計算機(jī)信息系統(tǒng)的雷電干擾

2.1 直擊雷入侵造成的干擾

在雷擊落點(diǎn)處于高電壓側(cè)的時候，雷電形產(chǎn)生的雷電流、過電壓，通過供電線路進(jìn)入計算機(jī)信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心供電模塊，電源會受到很大的沖擊，還可能會造成斷電與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩潰等突發(fā)故障；當(dāng)雷電擊中計算機(jī)信息系統(tǒng)時，很強(qiáng)的沖擊力往往會直接造成通信線路被燒毀，過電壓憑借通信線路進(jìn)入至計算機(jī)信息系統(tǒng)，使得交換機(jī)以及路由器等部件也會遭受一定的破壞；在無線通信天線遭受雷擊干擾的時候，由天饋線入侵至計算機(jī)信息系統(tǒng)，使得設(shè)備的路由器、通信接口和別的網(wǎng)絡(luò)通信儀器會因?yàn)槔讚舳鴵p毀[3]。

2.2 感應(yīng)雷入侵造成的干擾

針對計算機(jī)信息系統(tǒng)，其感應(yīng)雷基本上涉及到兩種，分別是靜電感應(yīng)以及電磁感應(yīng)。其中，靜電感應(yīng)具體表示:當(dāng)雷電出現(xiàn)于架空線路周邊區(qū)域的時候，在靜電感應(yīng)的作用下架空線累積了大量相反電荷，帶來暫態(tài)過電壓波。過電壓波在較短時間內(nèi)經(jīng)架空線入侵到計算機(jī)信息系統(tǒng)中心且對其帶來較大的破壞；電磁感應(yīng)表示:雷電將避雷裝置擊中之后，因?yàn)槔纂娏鞣翟絹碓酱螅诶纂娏魍ǖ栏浇纬商貏e強(qiáng)的感應(yīng)電磁場。這種磁場往往會在電源線上直接進(jìn)行感應(yīng)，同時憑借感應(yīng)過電壓的方式進(jìn)入計算機(jī)信息系統(tǒng)中，對計算機(jī)信息系統(tǒng)造成一定的干擾和破壞[4]。

2.3 雷擊地電位抬高入侵造成的干擾

在遭受雷擊之后，雷電流借助于引下線、接地體朝大地進(jìn)行傳輸，同時和接地體的附近區(qū)域進(jìn)行放射型電位分布，假如發(fā)現(xiàn)它和計算機(jī)信息信息系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施靠近產(chǎn)生電位反擊，那么此時的電壓往往能夠達(dá)到上萬伏[5]。而計算機(jī)機(jī)房所處建筑物的防雷裝置不僅僅無法起到有效防護(hù)效果，甚至?xí)兹胧?，對計算機(jī)信息系統(tǒng)帶來較大的危害，所以計算機(jī)信息系統(tǒng)中心的防雷應(yīng)構(gòu)建多層防雷系統(tǒng)，要層層做好防護(hù)，才可以確保計算機(jī)信息系統(tǒng)的安全性。

3 計算機(jī)信息系統(tǒng)雷電有效防護(hù)措施

3.1 計算機(jī)信息系統(tǒng)的直擊雷防護(hù)措施

直擊雷一般會對計算機(jī)所處建（構(gòu)）筑物造成直接危害，針對直擊雷的有效防護(hù)措施通常會選擇防雷帶、接閃針、防雷網(wǎng)以及接地裝置等措施。接閃針、防雷帶、防雷網(wǎng)通常布設(shè)于房子的頂端。防雷帶、接閃針、防雷網(wǎng)等都需要設(shè)置若干引下線，最少要超過四根引下線進(jìn)行均勻布設(shè)，相鄰線的間距離不能太大，要求不超過12m，且和各個樓層閉合的接地母線保持連接，憑借最短的距離與接地網(wǎng)相連接[6]。引下線的均勻布設(shè)可以較好地避免引下線相距過近，且獲得電位均衡的效果。計算機(jī)主控機(jī)房的房頂同樣需要布設(shè)接閃針、避雷裝置，且選擇鍍鋅扁鋼，要求分別和上面的防雷帶、下面的接地網(wǎng)保持相連，這樣可以對內(nèi)部的計算機(jī)設(shè)備及配套儀器進(jìn)行較好地保護(hù)。計算機(jī)房里面的接地匯流排也需要接入接地網(wǎng)，同時需要注意各類儀器的保護(hù)接地、金屬外殼、走線架、工作接地等都在和匯流排保持相連的時候要求距離處于最短狀態(tài)，它們共同構(gòu)成1個等電位體。電源系統(tǒng)接地網(wǎng)、機(jī)房接地網(wǎng)、通訊系統(tǒng)接地網(wǎng)均需要有效連接，布設(shè)形成統(tǒng)一的接地網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)均壓效果。通訊系統(tǒng)雷電防護(hù)是計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷不可或缺的部分，對于雷擊的各種路徑，采取對應(yīng)的雷電防護(hù)措施，才可以獲得有效的防護(hù)作用。同一建筑物內(nèi)輸電電源線路以及建筑物的防雷裝置一起使用1個接地網(wǎng)，建筑物的主鋼筋需要進(jìn)行搭焊連接，還要與各層的均壓網(wǎng)進(jìn)行連接，并且將其焊接為電氣上連通的接地系統(tǒng)，從而達(dá)到減少反擊過電壓的目的。

3.2 計算機(jī)信息系統(tǒng)的感應(yīng)雷防護(hù)措施

感應(yīng)雷包括靜電感應(yīng)雷以及電磁感應(yīng)雷。因?yàn)槔纂娏鲿纬奢^強(qiáng)的交變磁場，導(dǎo)致附近的金屬元器件形成感應(yīng)電流，此類電流極易向附近物體放電，若感應(yīng)至聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線勢必會對計算機(jī)信息系統(tǒng)帶來較大的損害，所以需要采取有效的雷電防護(hù)措施[7]。

3.2.1 信息系統(tǒng)控制中樞供電系統(tǒng)的感應(yīng)雷防護(hù)措施

供電變壓器的高低壓側(cè)、架空線路終端桿都需要安裝金屬氧化物避雷裝置，屋里面380V交流電源屏內(nèi)同樣需要安裝避雷裝置。380V交流中性線在電源室需要連接于接地母線。各電源的所有接地線需要和分布在電纜溝內(nèi)的銅排保持相連，銅排要求和計算機(jī)機(jī)房環(huán)形接地母線保持相連[8]。

3.2.2 雷電電磁干擾的防護(hù)措施

計算機(jī)信息系統(tǒng)的機(jī)房可以安裝電磁干擾防護(hù)的屏蔽網(wǎng)，在對其進(jìn)行布設(shè)的時候需要結(jié)合抗電磁干擾的實(shí)際需求來確定。全面的屏蔽網(wǎng)屬于緊閉的金屬殼體，主要借助于各金屬屏蔽體來阻擋亦或者減少進(jìn)入計算機(jī)機(jī)房的電磁干擾亦或者過電壓能量。具體屏蔽措施如下:（1）機(jī)房屏蔽措施。計算機(jī)信息系統(tǒng)屏蔽可結(jié)合計算機(jī)機(jī)房內(nèi)儀器設(shè)備的功能以成本等情況選擇最佳的屏蔽方式。通常情況下，我們可借助于計算機(jī)所處建筑的金屬部件（金屬的門窗、鋼筋、框架等）進(jìn)行焊接，共同構(gòu)成一個法拉第籠，同時和地網(wǎng)保持有效連接，構(gòu)成屏蔽網(wǎng)。計算機(jī)信息系統(tǒng)相關(guān)儀器設(shè)備可結(jié)合需求進(jìn)行多級屏蔽。再者，計算機(jī)機(jī)房在進(jìn)行防雷系統(tǒng)部布設(shè)的時候應(yīng)注意進(jìn)行防靜電處理，可以選擇防靜電鋁塑板布設(shè)墻壁，同時和計算機(jī)機(jī)房共地系統(tǒng)連接，使計算機(jī)機(jī)房構(gòu)成法拉第籠，從而有效屏蔽外界電磁場[9]。（2）信號線、電源線的屏蔽。架空電線在進(jìn)入計算機(jī)機(jī)房之前需要采取屏蔽措施，屏蔽的兩端均需要應(yīng)=可靠接地；室內(nèi)外的信號線也需要屏蔽，屏蔽線纜傳入金屬管理地，同時要求屏蔽層的2端進(jìn)行接地。不管是電源線亦或者信號線在入室的時候，還需采取分流方式。（3）天線電纜的屏蔽措施。結(jié)合等電位的具體需要，該屏蔽措施要求在房頂、計算機(jī)機(jī)房內(nèi)、進(jìn)入過線橋等區(qū)域進(jìn)行接地。雷電在對信息系統(tǒng)進(jìn)行襲擊的時候，天線電纜外皮中會存在雷電流，這個電流在線纜間形成感應(yīng)電壓。選擇屏蔽以及接地方式能夠最大程度地減輕過電壓對計算機(jī)信息系統(tǒng)設(shè)備的危害。

3.2.3 線路來波的防護(hù)措施

因?yàn)槔纂妼饘俟艿酪嗷蛘呒芸站€路所形成的雷電波往往會順著各類管線進(jìn)入計算機(jī)信息系統(tǒng)，嚴(yán)重威脅到計算機(jī)信息系統(tǒng)設(shè)備以及相關(guān)工作人員的安全。所以需要采取有效的防護(hù)措施。（1）在計算機(jī)信息系統(tǒng)入戶位置布設(shè)避雷裝置，從而對入波過電壓的幅值進(jìn)行限制。在具體布設(shè)過程中，應(yīng)科學(xué)選用避雷裝置的裝設(shè)區(qū)域，確保不管在哪種運(yùn)行形式下，主電源室的變壓器至避裝置以及各電氣設(shè)備至避雷裝置的電氣距離均不超過其允許的最大距離。（2）布設(shè)進(jìn)線段保護(hù)措施，以降低危險雷電波形成的幾率。通常情況下，電抗線圈對電氣設(shè)備的雷電防護(hù)效果比較明顯，對于主電源室的進(jìn)線防護(hù)位置的終端桿上一般可以布設(shè)1組電抗線圈，從而達(dá)到防御雷電波的理想效果。若選擇電纜，那么在電纜以及架空線路的連接位置可以采用避雷裝置保護(hù)，它的接地要求和電纜的金屬外皮保持連接狀態(tài)。在避雷裝置保護(hù)器的布設(shè)過程中，需要盡量確保保護(hù)器的電阻小于4Ω，同時要確保接地線路的長度保持最短狀態(tài)，電源保護(hù)器可以在較短的時間內(nèi)促使雷電的電壓和電流泄入地面。接地線路的直徑要求與有關(guān)防雷實(shí)際要求相吻合，確保接地端的接地良好，防止雷擊事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

總之，隨著科學(xué)技術(shù)以互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，計算機(jī)信息系統(tǒng)開始在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，由于計算機(jī)系統(tǒng)涉及到大量集成電路信息設(shè)備，特別容易遭受雷電襲擊和干擾，嚴(yán)重威脅到計算機(jī)信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。所以，要加強(qiáng)計算機(jī)信息系統(tǒng)的防護(hù)工作，不僅需要采取合理的直擊雷防護(hù)措施。而且還要采取科學(xué)有效的感應(yīng)雷、線路來波防護(hù)措施，通過層層防護(hù)，才能夠取得良好的雷電防護(hù)效果，確保計算機(jī)信息系統(tǒng)的安全性，最大程度地減少或者避免雷電干擾所造成的各類損失。