高穎 卜清軍 徐靈芝 （天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300456）

淺談計算機網絡通訊系統(tǒng)中的雷電防護

高穎 卜清軍 徐靈芝 （天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300456）

簡要介紹了雷電災害的種類，重點對SPD電涌保護器在計算機網絡通訊系統(tǒng)中的防雷作用進行分析，提出了計算機網絡通訊系統(tǒng)雷電防護的具體措施，認為雷電防護在具體技術上應采用多級防護體系，才能保障各類網絡通訊設備的安全穩(wěn)定運行。

電子技術 雷電災害 電涌保護器 網絡防雷

0 引言

隨著信息技術的高速發(fā)展，計算機網絡通信系統(tǒng)對雷擊的防護的要求越來越高。由于對雷擊的防護措施不力或存在認識上的偏差，往往起不到應有的防護效果，網絡通訊設備遭受到雷擊的現(xiàn)象頻繁發(fā)生。特別是在雷雨季節(jié)，計算機網絡通訊系統(tǒng)的一些電子設備易受到雷擊的干擾，有些甚至遭雷擊而燒毀，造成直接經濟損失。因此對計算機網絡通訊系統(tǒng)的雷電防護要引起足夠重視，對防雷設施要進行及時檢查，做好整體防護。

1 雷電災害的主要形式

雷電是發(fā)生在因強對流而形成的雷雨云中和云地之間的強烈瞬間放電現(xiàn)象，是一種嚴重的自然災害，具有高電壓、大電流和瞬時性的特點。雷擊按其入侵網絡通訊系統(tǒng)的方式來分，主要有直擊雷、雷電感應（靜電感應、電磁感應）、雷電波侵入。

直擊雷：雷電直接擊在建筑物上，產生電效應、熱效應和機械力。直擊雷是云層與地面凸出物之間放電形成的，直擊雷可在瞬間擊傷擊斃人畜，巨大的雷電流流入地下，令在雷擊點及其連接的金屬部分產生極高的對地電壓，可能直接導致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。

雷電感應：雷電放電時，在附近導體上產生靜電感應和電磁感應，它可以使金屬部件之間產生火花。靜電感應是由于雷云接近地面，在地面凸出物頂部感應出大量異性電荷所致。在雷云與其他部位放電后，凸出物頂部的電荷失去束縛，以雷電波的形式，沿凸出物極快地傳播。電磁感應是由于雷擊后，巨大的雷電流在周圍空間產生迅速變化的強大磁場所致，這種磁場能在附近金屬導體上感應出很高的電壓。

雷電波侵入：由于雷電對架空線路或金屬管道的作用，雷電波可能沿這些管線侵入室內，危及人身安全或者損壞設備。

2 網絡防雷

雷擊損壞計算機網絡通訊設備主要集中在與外線連接的主機、終端機或MODEM接口中的驅動器和接收機，或擊穿MODEM后再擊穿主機或終端的接口，越過接口的部件很少被擊穿。

雷電防護在具體技術上應采用多級防護體系，才能保障各類計算機網絡通訊設備的安全穩(wěn)定運行。網絡防雷的主要方法是切斷雷電損害的途徑，而從其雷擊途徑出發(fā)，我們一般把網絡防雷分成三部分：一是直擊雷防護；二是電源系統(tǒng)防護；三是信號系統(tǒng)的防護。

2.1 直擊雷防護

直擊雷的防護主要通過安裝避雷針、避雷帶、避雷網來實現(xiàn)，它可以有效地防止雷擊損害建筑物，并大大降低了雷電直接擊中網絡傳輸線和網絡設備及電源線的可能性，一定程度上起到了網絡防雷的作用。

直擊雷防護措施分為：接閃器（使用避雷針、避雷帶、避雷網、避雷線等）、引下線、接地體和法拉第籠。這些措施不僅有直擊雷防護作用即外部保護，且與內部保護相關聯(lián)。

避雷裝置中接閃器都處于地面上建筑物的最高處，與雷云的距離最近，而且與大地有良好的電氣連接，所以它與大地有相同的電位，以致接閃設備附近空間電場強度相對比較大，比較容易吸引雷電先驅，使雷電集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物體受直雷擊的機率就大大減少。

如果屋面有接收天線等重要設備時，要特別注意設備應安裝在避雷針保護范圍之內。對于重要計算機網絡通訊系統(tǒng)機房所在的大樓，一般都按要求建設有防雷設施，如大樓天面的避雷網（帶）、避雷針或混合組成的接閃器等。這些接閃器通過建筑物外圍結構柱的鋼筋引下線，將強大的直擊雷電流引入大地，形成較好的建筑物防雷設施。計算機網路通訊系統(tǒng)設置在建筑物內，受建筑物防雷系統(tǒng)保護，直擊雷直接擊中計算機網絡通訊系統(tǒng)的可能性就非常小，因此通常不必再安裝防護直擊雷的設備。

2.2 供電系統(tǒng)防護

電源系統(tǒng)屬于設備與外界有直接聯(lián)系的通路，也是計算機網絡通訊設備易遭受雷電損害的重要途徑之一。電源防雷的主要作用是防止雷擊過電壓從電源供入端進入設備，從而保障設備安全。

電源系統(tǒng)防護措施主要有：①引入室內的交流電力線宜采用電力電纜，并且一般宜采用直埋式低壓電力電纜埋地引入機房，其電纜金屬護套的兩端應作良好的接地。②交流供電變壓器高壓側，按供電局要求接高壓防雷器；低壓側，接大流通量過流型的電源防雷器。變壓器的機殼、低壓側的交流零線，以及變壓器相連的電力電纜的金屬外護層，應就近作良好的接地。③機房的電纜金屬護套在入室處應作保護接地，電纜內芯線在入室處應加裝防雷器。④感應雷的防護應從感應雷擊的各個入口著手進行，將感應雷擊電壓、電流在被保護設備的外圍引導入地，從而達到保護網絡設備正常運行的目的。⑤低壓電源線路感應雷擊的防護，根據(jù)《中華人民共和國國家標準》GB 50343-2004，按建筑物電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質確定雷電防護分級。例如一般選擇雷電防護等級B級，標準要求不得少于三級保護，即三相總電源，進入室內的單相電源和進入用電設備前的三級保護。三相總電源避雷器應安裝在三相電度表后面總閘刀保險的下樁頭上作為第一級保護。每個電源避雷器的雷電流通量≥60 kA。進入被保護設備的房間的電源需安裝單相電源避雷器（如果是三相用電設備應安裝三相電源避雷器）作為第二級保護。每個單相電源避雷器的雷電流通量≥40 kA。在用電設備的電源輸入端（UPS輸出端）安裝一組末級電源避雷器（三相用電設備則三組單相并用）作為第三級保護。每組避雷器雷電流通量≥20 kA。各類電源避雷器的接地電阻應小于2 Ω，并有單獨的接地線，接地泄流線必須沿最小距離直接接到地網上。

2.3 信號系統(tǒng)的防護（信號及網絡系統(tǒng)防雷）

在計算機網絡通訊系統(tǒng)運行過程中，計算機的誤操作故障的嚴重性遠遠超過器件的損害。1.2 V脈沖電壓就可以導致誤動作，特別是超大規(guī)模集成電路的芯片，空間不太強的電磁場就可以使之感應出幾伏的電壓，既使不能夠一次性破壞設備，每次的過電壓沖擊都將加速設備的老化，影響數(shù)據(jù)的傳輸和存儲，最終導致停機或系統(tǒng)癱瘓，因此信號及網絡系統(tǒng)的雷電安全防護尤為重要。

計算機網絡通信系統(tǒng)雷電防護包括廣域網雷電防護、局域網雷電防護、無線通信系統(tǒng)雷電防護、光纜通信雷電防護和機房內部設備之間的串口雷電防護等。

2.3.1 數(shù)據(jù)線的雷電防護 數(shù)據(jù)線的雷電防護應從各個入口進行，將感應雷在設備的外圍引導入地。數(shù)據(jù)線電纜金屬護套在入屋處安裝信號電涌保護器，對進入室內的程控電話和專用數(shù)據(jù)線路應在進出線上安裝線路電涌保護器。在網絡布線方面，一般都使用雙絞線進行連接，由于雙絞線屏蔽效果較差，感應雷擊的可能性較大，所以對于跨越房間、接近窗口或在室外的雙絞線和網絡設備之間均需安裝信號電涌保護器，以防止雙絞線引入的過電壓損壞與之相連的網絡設備，在選擇避雷器時要考慮技術參數(shù)應與被保護設備相匹配。

2.3.2 無線通信系統(tǒng)（天饋線）的雷電防護 無線網絡通訊系統(tǒng)的天線，屬于地面特別突出物，是雷電釋放的危險途徑，應在屋內外兩端進行等電位連接，饋線進入設備前應安裝相應型號信號電涌保護器，該信號電涌保護器的插入損耗要求較小，一般只能使用間隙放電器件進行有效防護。

光纜一般不會傳導雷電，但光纜金屬護套和金屬芯線可能引入雷電燒毀設備，必須在進入設備之前，使芯線和護套接地，以達到避雷的目的。

2.3.3 局域網雷電防護 局域網絡通常以雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，無屏蔽保護，重點是做好數(shù)據(jù)網線的屏蔽，特別要加強終端設備局域網端口的雷電防護。一是局域網的端口安裝電涌保護器；二是服務器、網絡交換機、集線器等端口安裝專用電涌保護器；三是在出戶的局域網線及BNC（細纜）遠程局域網也須安裝電涌保護器；四是在各類數(shù)據(jù)線接口均應安裝匹配的電涌保護器。在局域網的兩端安裝電涌保護器，也可有效地防止各種過電壓對設備造成的破壞及對局域網的干擾。

2.3.4 廣域網雷電防護 廣域網遠距離傳輸數(shù)據(jù)，在進入機房設備前端時應安裝兩級雷電防護裝置，第一級一般為惰性氣體火花間隙防電器，通過RLC解偶后，進入第二級半導體過電壓保護器。需要防護線與線之間、線與大地之間的雷電入侵，保護器的損耗指標應該適應計算機設備的IEEE標準通信的有關要求。各類數(shù)據(jù)傳輸線路的雷電保護器必須能夠抵御和吸收5 kV感應雷電流，具備線路與大地、線與線之間的防護功能。除了在專線或程控線路上安裝電涌保護器外，MODEM與路由服務器之間應安裝計算機數(shù)據(jù)線電涌保護器。

3 等電位連接

等電位的目的是減小地網之間、設備之間及金屬部件之間的電位差，它是防雷系統(tǒng)工程的一個重要組成部分。等電位連接主要考慮以下幾個方面：一是防雷區(qū)界面處的等電位連接，是指進入建筑物的外來導電部件的屏蔽接地，在建筑物分界面要與建筑物的接地做可靠電器連接。二是機房內的等電位連接，是指通訊系統(tǒng)的各個金屬部件如箱體、外殼、機架等應與建筑物的公用接地系統(tǒng)建立等電位連接。對集成網絡系統(tǒng)主干交換機所在的中心機房應設置均壓環(huán)，將機房內所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設備外殼以及所有進出大樓的金屬管道等金屬構件進行電氣連接，并接至均壓環(huán)上，以均衡電位。

4 運行維護

第一，每年雷雨季節(jié)前應對接地系統(tǒng)進行檢查和維護。主要檢查連接處是否緊固、接觸是否良好、接地引下線有無銹蝕、接地體附近地面有無異常，必要時應挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況，如果發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。第二，接地網的接地電阻應每年進行一次測量，接地電阻應小于2 Ω。第三，每年雷雨季節(jié)前應對運行中的防雷器進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結束語

計算機網絡通訊系統(tǒng)對雷電過壓的防護要求比較高，在對該系統(tǒng)進行防雷設計時，應根據(jù)機房所在的地理環(huán)境進行綜合考慮，既要注意雷電沿電源線路、信號線路的外部入侵，又要注意建筑物內的感應雷擊。應該靈活采用屏蔽、等電位連接、綜合布線、安裝相應型號電涌保護器等，這是計算機網絡通訊系統(tǒng)防雷的有效方法。只有嚴格按照網絡防雷的標準，從各個可能的雷擊引入途徑進行規(guī)劃保護，才能保證整個計算機網絡通訊系統(tǒng)的安全運行?！?/p>

[1]梅衛(wèi)群，江燕如．建筑防雷工程與設計[M].北京：氣象出版社，2006：114-118.

[2]林挺玲，王春揚．信息網絡系統(tǒng)雷電安全防護技術探討[C].第六屆中國國際防雷論壇，2007：543.

2011-05-09