信息系統的雷電防護

韓立民

摘 要： 根據雷電對計算機信息系統的危害和入侵形式，文章提出信息系統防雷的具體措施和注意事項。防雷措施分為外部防雷和內部防雷兩部分，通常采用屏蔽、等電位聯結、合理布線、加裝電涌保護器等方法。

關鍵詞： 計算機 信息系統 雷電防護

一、雷電的危害形式和現狀

雷電對信息系統的侵害方式主要有：（1）雷擊損壞線纜；（2）雷擊電磁脈沖通過線纜侵入室內損壞電子設備；（3）雷擊電磁脈沖通過電磁感應和靜電感應損壞電子設備。

近些年，因雷電災害損壞的計算機系統及設備大幅上升，雷電災害不僅會造成設備永久性損壞，更重要的是計算機系統中斷和癱瘓會造成不可估量的直接與間接的巨大經濟損失和影響，我國的雷電災害損失80%以上涉及電子、通訊和配電系統。因此，越來越多的單位開始重視計算機機房和計算機網絡的雷電防護工作，為此做好這項工作尤為重要。但在雷電防護工程中，電源系統保護、信號保護、等電位連接和各種接地中任何一個環節疏漏都可能導致防護的失敗。

二、雷電的入侵形式

雷電入侵信息系統主要有直擊雷、感應雷、電波侵入、雷電的地電位反擊等。直擊雷是雷電直接擊中設備或線路；雷電波侵入是雷電擊中供電線路、信號線路而產生過電壓；雷電的地電位反擊是通過接地體入侵信息系統。因此，對計算機系統的雷電防護要從這幾個方面入手，在雷電有可能入侵的各個關口層層設防。

三、信息系統的防護措施

1.直擊雷防護

直擊雷防護是計算機信息系統LEMP防護的基礎，其作用是有效保護建筑物本身不受直擊雷的破壞，為建筑物內部的設備起到一個良好的初級電磁屏蔽作用。一般來說，如果計算機機房選址得當，設備擺放規范，各種線路鋪設間距合理，計算機信息系統遭受直擊雷的可能性較小。但是與機房內設備有線路連接的衛星天線等通常安裝在建筑物的頂部，但高出建筑物的防雷設施不足以對其進行保護，一旦遭受直擊雷，就會將強大的雷電流沿天線、信號線引入機房，毀壞計算機網絡設備。因此，在考慮建筑物直擊雷防護設施時，要對建筑物頂部的設備采取防護措施，可以在與設備有一定安全距離處，根據有關規定計算好高度架設避雷針，引下線與建筑物原有的避雷帶（網）做好多點連接。此外，架空電纜、信號線等要采取屏蔽措施，或做埋地處理，其埋地長度應大于15米。

2.等電位連接與共用接地

為了減少防雷空間內各種金屬部件和各個系統之間的電位差，保證建筑物內信息系統、電氣設備、電子設備的正常工作，抑制外部干擾，并保證電氣、電子設備和操作人員的人身安全，所有各類電氣、電子信息設備均應采取等電位連接與接地措施，形成一個電氣連續的整體，這樣可以避免在不同金屬外殼或構架之間出現電位差，而這種電位差往往是產生電磁干擾和造成雷電反擊的原因。在現代建筑物中，為了節省室內空間，電子信息系統中各設備的布置往往是相當緊湊的，設備之間難以隔開足夠的空間距離。當建筑物受到雷擊時，其防雷系統各部分均會出現暫態電位升高，如果各設備之間沒有等電位連接，則有可能會引起雷電反擊而使設備損壞。根據IEC和GB有關計算機機房的標準，機房地線有兩類；獨立地線和共用地線。但從防雷角度來看，必須使用共地，目的是減少雷電的高壓反擊。但由于計算機信息技術的飛速發展，許多新機器對用電環境要求非常苛刻，如果強行機械地把機房直流地、靜電地、保護地、交流地、防雷地等統統連接一起，就會發現：服務器、小型機不工作；局域網速度較慢，不適應工作；主板莫名其妙地被燒毀。原因很簡單，由于系統的用電環境不好，三相嚴重不平衡，零地混接，導致地線電流過大，造成零地電壓大于1伏。共地的基本目的是希望達到等電位，防止雷電的反擊，如果強行等電位，必將造成不良后果。

3.屏蔽

屏蔽是利用各種金屬屏蔽體來阻擋和衰減施加在信息技術設備和網絡系統上的電磁干擾或過電壓能量，具體分為：建筑物初級屏蔽、設備屏蔽、各種線纜（含穿線金屬管）屏蔽等。（1）建筑物外部設施屏蔽措施。所有與建筑物組合在一起的大尺寸金屬件都應等連接在一起，并與防雷裝置相連，如屋頂金屬表面、立面金屬表面、混凝土內部鋼筋和金屬門窗框架，組成一個法接第體系。根據設備的耐壓水平做多級屏蔽。屏蔽效果取決于初級屏蔽網的衰減程度、屏蔽層厚度（最好接近電磁波的波長）、網孔密度（密度越大效果越好）、屏蔽材料（低頻時采用高層磁材料，高頻時采用銅材、鉛材等）。屏蔽中特別注意對各種空洞的密封，如門、窗、金屬管道、通信線路、電力線纜的入口及線纜的金屬線紡織網、軟硬導管、橋架等。（2）線路屏蔽。采用屏蔽線纜或將線纜穿金屬管，其屏蔽或屏蔽鋼管至少在兩端，宜在防雷區交界處做等電位連接。使用金屬絲編織屏蔽電纜在電磁波頻率較高時，其波長接近編織網孔尺寸，波的投入增加，因此最好再穿一層金屬管。光纜的屏蔽不應忽略。一般，直埋光纜很少受雷擊，但是光纜的金屬保護層和內部加固金屬芯和防護金屬層斷開，進行等電位連接，埋地光纜有必要安裝屏蔽線。

4.合理布線

雷電磁場變化必對金屬導體形成感應，產生感應電壓和感應電流。另外金屬導體間的電磁耦合將形成電磁干擾，都將對信息系統構成威脅。因此，除綜合布線自身的安全防護外，還必須合理控制線纜間安全距離和線路的走向，消除不必要的電磁耦合。

5.電涌防護

電涌防護分信號部分的防護和電源部分的防護，電涌防護的主要措施是加裝電涌保護器（SPD）。（1）信號部分SPD的選擇。對于信號SPD，由于信號避雷器串接在通信線路中，所以信號避雷器除了滿足防雷性能特征外，還必須滿足信號傳輸帶寬等網絡性能指標的要求。（2）電源部分SPD的選擇。電源系統屬于設備與外界有直接聯系的能跟，也是計算機信息系統容易遭受雷電損害的主要途徑。電源部分原則上應采用多級SPD進行保護，至少進行三級以上的防護；第一級保護在供電系統入口處如總配電室的總空氣開關下端，安裝大容量的能承受大電流和高能量浪涌的電涌保護器，將大量的浪涌電流分流到大地；第二級保護在被保護設備的房間電源安裝電涌保護器，以進一步吸收通過第一級電涌保護器的剩余浪涌能量，起到抑制瞬態過壓的保護；第三級保護在電氣設備的電源輸入端，安裝電涌保護器， 達到完全消除微小瞬態過電壓的目的，作為設備末級精細保護。因為信息系統中電源的敏感性，所以必須采用較低的殘壓值。同時還必須考慮到電磁干擾對信息系統的影響，因此帶濾波的分流設計應當更加理想。

做好計算機信息系統防雷是一項長期工作，在今后的計算機信息系統建設和維護中，要注意系統性的雷電防護，只有有了健全的防雷體系、規范的防雷設計、嚴格的維護管理，才可以避免雷擊事故的發生。