淺談計算機網(wǎng)絡(luò)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）

淺談計算機網(wǎng)絡(luò)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(zāi)害的種類，重點對SPD電涌保護器在計算機網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中的防雷作用進行分析，提出了計算機網(wǎng)絡(luò)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(shù)上應(yīng)采用多級防護體系，才能保障各類網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

電子技術(shù) 雷電災(zāi)害 電涌保護器 網(wǎng)絡(luò)防雷

0 引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)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(yīng)有的防護效果，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)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(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的一些電子設(shè)備易受到雷擊的干擾，有些甚至遭雷擊而燒毀，造成直接經(jīng)濟損失。因此對計算機網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的雷電防護要引起足夠重視，對防雷設(shè)施要進行及時檢查，做好整體防護。

1 雷電災(zāi)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(yán)重的自然災(zāi)害，具有高電壓、大電流和瞬時性的特點。雷擊按其入侵網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的方式來分，主要有直擊雷、雷電感應(yīng)（靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)）、雷電波侵入。

直擊雷：雷電直接擊在建筑物上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)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(chǎn)生極高的對地電壓，可能直接導(dǎo)致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。

雷電感應(yīng)：雷電放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它可以使金屬部件之間產(chǎn)生火花。靜電感應(yīng)是由于雷云接近地面，在地面凸出物頂部感應(yīng)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(yīng)是由于雷擊后，巨大的雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強大磁場所致，這種磁場能在附近金屬導(dǎo)體上感應(yīng)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(nèi)，危及人身安全或者損壞設(shè)備。

2 網(wǎng)絡(luò)防雷

雷擊損壞計算機網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備主要集中在與外線連接的主機、終端機或MODEM接口中的驅(qū)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(shù)上應(yīng)采用多級防護體系，才能保障各類計算機網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)傳輸線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及電源線的可能性，一定程度上起到了網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)、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(nèi)部保護相關(guān)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(shè)備附近空間電場強度相對比較大，比較容易吸引雷電先驅(qū)，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(shè)備時，要特別注意設(shè)備應(yīng)安裝在避雷針保護范圍之內(nèi)。對于重要計算機網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)機房所在的大樓，一般都按要求建設(shè)有防雷設(shè)施，如大樓天面的避雷網(wǎng)（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(jié)構(gòu)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(shè)施。計算機網(wǎng)路通訊系統(tǒng)設(shè)置在建筑物內(nèi)，受建筑物防雷系統(tǒng)保護，直擊雷直接擊中計算機網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。

2.2 供電系統(tǒng)防護

電源系統(tǒng)屬于設(shè)備與外界有直接聯(lián)系的通路，也是計算機網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)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(shè)備，從而保障設(shè)備安全。

電源系統(tǒng)防護措施主要有：①引入室內(nèi)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(yīng)作良好的接地。②交流供電變壓器高壓側(cè)，按供電局要求接高壓防雷器；低壓側(cè)，接大流通量過流型的電源防雷器。變壓器的機殼、低壓側(cè)的交流零線，以及變壓器相連的電力電纜的金屬外護層，應(yīng)就近作良好的接地。③機房的電纜金屬護套在入室處應(yīng)作保護接地，電纜內(nèi)芯線在入室處應(yīng)加裝防雷器。④感應(yīng)雷的防護應(yīng)從感應(yīng)雷擊的各個入口著手進行，將感應(yīng)雷擊電壓、電流在被保護設(shè)備的外圍引導(dǎo)入地，從而達到保護網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常運行的目的。⑤低壓電源線路感應(yīng)雷擊的防護，根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)》GB 50343-2004，按建筑物電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定雷電防護分級。例如一般選擇雷電防護等級B級，標(biāo)準(zhǔn)要求不得少于三級保護，即三相總電源，進入室內(nèi)的單相電源和進入用電設(shè)備前的三級保護。三相總電源避雷器應(yīng)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(shè)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(shè)備應(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(wǎng)上。

2.3 信號系統(tǒng)的防護（信號及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷）

在計算機網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)運行過程中，計算機的誤操作故障的嚴(yán)重性遠遠超過器件的損害。1.2 V脈沖電壓就可以導(dǎo)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(yīng)出幾伏的電壓，既使不能夠一次性破壞設(shè)備，每次的過電壓沖擊都將加速設(shè)備的老化，影響數(shù)據(jù)的傳輸和存儲，最終導(dǎo)致停機或系統(tǒng)癱瘓，因此信號及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雷電安全防護尤為重要。

計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)雷電防護包括廣域網(wǎng)雷電防護、局域網(wǎng)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(nèi)部設(shè)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(yīng)從各個入口進行，將感應(yīng)雷在設(shè)備的外圍引導(dǎo)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(nèi)的程控電話和專用數(shù)據(jù)線路應(yīng)在進出線上安裝線路電涌保護器。在網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)設(shè)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在選擇避雷器時要考慮技術(shù)參數(shù)應(yīng)與被保護設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)在屋內(nèi)外兩端進行等電位連接，饋線進入設(shè)備前應(yīng)安裝相應(yīng)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(dǎo)雷電，但光纜金屬護套和金屬芯線可能引入雷電燒毀設(shè)備，必須在進入設(shè)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(wǎng)雷電防護 局域網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)線的屏蔽，特別要加強終端設(shè)備局域網(wǎng)端口的雷電防護。一是局域網(wǎng)的端口安裝電涌保護器；二是服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)線及BNC（細纜）遠程局域網(wǎng)也須安裝電涌保護器；四是在各類數(shù)據(jù)線接口均應(yīng)安裝匹配的電涌保護器。在局域網(wǎng)的兩端安裝電涌保護器，也可有效地防止各種過電壓對設(shè)備造成的破壞及對局域網(wǎng)的干擾。

2.3.4 廣域網(wǎng)雷電防護 廣域網(wǎng)遠距離傳輸數(shù)據(jù)，在進入機房設(shè)備前端時應(yīng)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(dǎo)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(biāo)應(yīng)該適應(yīng)計算機設(shè)備的IEEE標(biāo)準(zhǔn)通信的有關(guān)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(yīng)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(wù)器之間應(yīng)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(wǎng)之間、設(shè)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(dǎo)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(nèi)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(yīng)與建筑物的公用接地系統(tǒng)建立等電位連接。對集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主干交換機所在的中心機房應(yīng)設(shè)置均壓環(huán)，將機房內(nèi)所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設(shè)備外殼以及所有進出大樓的金屬管道等金屬構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(yīng)及時處理。第二，接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)每年進行一次測量，接地電阻應(yīng)小于2 Ω。第三，每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對運行中的防雷器進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結(jié)束語

計算機網(wǎng)絡(luò)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(shè)計時，應(yīng)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(nèi)的感應(yīng)雷擊。應(yīng)該靈活采用屏蔽、等電位連接、綜合布線、安裝相應(yīng)型號電涌保護器等，這是計算機網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)防雷的有效方法。只有嚴(yán)格按照網(wǎng)絡(luò)防雷的標(biāo)準(zhǔn)，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(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的安全運行。■

[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，2006：114-118.

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

2011-05-09