淺談?dòng)?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中的雷電防護(hù)

高穎 卜清軍 徐靈芝 （天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300456）

淺談?dòng)?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中的雷電防護(hù)

高穎 卜清軍 徐靈芝 （天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300456）

簡(jiǎn)要介紹了雷電災(zāi)害的種類(lèi)，重點(diǎn)對(duì)SPD電涌保護(hù)器在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中的防雷作用進(jìn)行分析，提出了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)雷電防護(hù)的具體措施，認(rèn)為雷電防護(hù)在具體技術(shù)上應(yīng)采用多級(jí)防護(hù)體系，才能保障各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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

0 引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)對(duì)雷擊的防護(hù)的要求越來(lái)越高。由于對(duì)雷擊的防護(hù)措施不力或存在認(rèn)識(shí)上的偏差，往往起不到應(yīng)有的防護(hù)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(jì)算機(jī)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(jì)損失。因此對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的雷電防護(hù)要引起足夠重視，對(duì)防雷設(shè)施要進(jìn)行及時(shí)檢查，做好整體防護(hù)。

1 雷電災(zāi)害的主要形式

雷電是發(fā)生在因強(qiáng)對(duì)流而形成的雷雨云中和云地之間的強(qiáng)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(shí)性的特點(diǎn)。雷擊按其入侵網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的方式來(lái)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(jī)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(diǎn)及其連接的金屬部分產(chǎn)生極高的對(duì)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(shí)，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?chē)臻g產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)大磁場(chǎng)所致，這種磁場(chǎng)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(duì)架空線(xiàn)路或金屬管道的作用，雷電波可能沿這些管線(xiàn)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備主要集中在與外線(xiàn)連接的主機(jī)、終端機(jī)或MODEM接口中的驅(qū)動(dòng)器和接收機(jī)，或擊穿MODEM后再擊穿主機(jī)或終端的接口，越過(guò)接口的部件很少被擊穿。

雷電防護(hù)在具體技術(shù)上應(yīng)采用多級(jí)防護(hù)體系，才能保障各類(lèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)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(hù)；二是電源系統(tǒng)防護(hù)；三是信號(hào)系統(tǒng)的防護(hù)。

2.1 直擊雷防護(hù)

直擊雷的防護(hù)主要通過(guò)安裝避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)來(lái)實(shí)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(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及電源線(xiàn)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(hù)措施分為：接閃器（使用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線(xiàn)等）、引下線(xiàn)、接地體和法拉第籠。這些措施不僅有直擊雷防護(hù)作用即外部保護(hù)，且與內(nèi)部保護(hù)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(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)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(jī)率就大大減少。

如果屋面有接收天線(xiàn)等重要設(shè)備時(shí)，要特別注意設(shè)備應(yīng)安裝在避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)。對(duì)于重要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)機(jī)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(guò)建筑物外圍結(jié)構(gòu)柱的鋼筋引下線(xiàn)，將強(qiáng)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(jì)算機(jī)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(hù)，直擊雷直接擊中計(jì)算機(jī)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(hù)直擊雷的設(shè)備。

2.2 供電系統(tǒng)防護(hù)

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(jì)算機(jī)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(guò)電壓從電源供入端進(jìn)入設(shè)備，從而保障設(shè)備安全。

電源系統(tǒng)防護(hù)措施主要有：①引入室內(nèi)的交流電力線(xiàn)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(jī)房，其電纜金屬護(hù)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(guò)流型的電源防雷器。變壓器的機(jī)殼、低壓側(cè)的交流零線(xiàn)，以及變壓器相連的電力電纜的金屬外護(hù)層，應(yīng)就近作良好的接地。③機(jī)房的電纜金屬護(hù)套在入室處應(yīng)作保護(hù)接地，電纜內(nèi)芯線(xiàn)在入室處應(yīng)加裝防雷器。④感應(yīng)雷的防護(hù)應(yīng)從感應(yīng)雷擊的各個(gè)入口著手進(jìn)行，將感應(yīng)雷擊電壓、電流在被保護(hù)設(shè)備的外圍引導(dǎo)入地，從而達(dá)到保護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常運(yùn)行的目的。⑤低壓電源線(xiàn)路感應(yīng)雷擊的防護(hù)，根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)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(hù)分級(jí)。例如一般選擇雷電防護(hù)等級(jí)B級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)要求不得少于三級(jí)保護(hù)，即三相總電源，進(jìn)入室內(nèi)的單相電源和進(jìn)入用電設(shè)備前的三級(jí)保護(hù)。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(xiǎn)的下樁頭上作為第一級(jí)保護(hù)。每個(gè)電源避雷器的雷電流通量≥60 kA。進(jìn)入被保護(hù)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(jí)保護(hù)。每個(gè)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(jí)電源避雷器（三相用電設(shè)備則三組單相并用）作為第三級(jí)保護(hù)。每組避雷器雷電流通量≥20 kA。各類(lèi)電源避雷器的接地電阻應(yīng)小于2 Ω，并有單獨(dú)的接地線(xiàn)，接地泄流線(xiàn)必須沿最小距離直接接到地網(wǎng)上。

2.3 信號(hào)系統(tǒng)的防護(hù)（信號(hào)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷）

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，計(jì)算機(jī)的誤操作故障的嚴(yán)重性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)器件的損害。1.2 V脈沖電壓就可以導(dǎo)致誤動(dòng)作，特別是超大規(guī)模集成電路的芯片，空間不太強(qiáng)的電磁場(chǎng)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(guò)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(chǔ)，最終導(dǎo)致停機(jī)或系統(tǒng)癱瘓，因此信號(hào)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雷電安全防護(hù)尤為重要。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)雷電防護(hù)包括廣域網(wǎng)雷電防護(hù)、局域網(wǎng)雷電防護(hù)、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)雷電防護(hù)、光纜通信雷電防護(hù)和機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備之間的串口雷電防護(hù)等。

2.3.1 數(shù)據(jù)線(xiàn)的雷電防護(hù) 數(shù)據(jù)線(xiàn)的雷電防護(hù)應(yīng)從各個(gè)入口進(jìn)行，將感應(yīng)雷在設(shè)備的外圍引導(dǎo)入地。數(shù)據(jù)線(xiàn)電纜金屬護(hù)套在入屋處安裝信號(hào)電涌保護(hù)器，對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的程控電話(huà)和專(zhuān)用數(shù)據(jù)線(xiàn)路應(yīng)在進(jìn)出線(xiàn)上安裝線(xiàn)路電涌保護(hù)器。在網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)方面，一般都使用雙絞線(xiàn)進(jìn)行連接，由于雙絞線(xiàn)屏蔽效果較差，感應(yīng)雷擊的可能性較大，所以對(duì)于跨越房間、接近窗口或在室外的雙絞線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間均需安裝信號(hào)電涌保護(hù)器，以防止雙絞線(xiàn)引入的過(guò)電壓損壞與之相連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在選擇避雷器時(shí)要考慮技術(shù)參數(shù)應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備相匹配。

2.3.2 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)（天饋線(xiàn)）的雷電防護(hù) 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的天線(xiàn)，屬于地面特別突出物，是雷電釋放的危險(xiǎn)途徑，應(yīng)在屋內(nèi)外兩端進(jìn)行等電位連接，饋線(xiàn)進(jìn)入設(shè)備前應(yīng)安裝相應(yīng)型號(hào)信號(hào)電涌保護(hù)器，該信號(hào)電涌保護(hù)器的插入損耗要求較小，一般只能使用間隙放電器件進(jìn)行有效防護(hù)。

光纜一般不會(huì)傳導(dǎo)雷電，但光纜金屬護(hù)套和金屬芯線(xiàn)可能引入雷電燒毀設(shè)備，必須在進(jìn)入設(shè)備之前，使芯線(xiàn)和護(hù)套接地，以達(dá)到避雷的目的。

2.3.3 局域網(wǎng)雷電防護(hù) 局域網(wǎng)絡(luò)通常以雙絞線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)屏蔽保護(hù)，重點(diǎn)是做好數(shù)據(jù)網(wǎng)線(xiàn)的屏蔽，特別要加強(qiáng)終端設(shè)備局域網(wǎng)端口的雷電防護(hù)。一是局域網(wǎng)的端口安裝電涌保護(hù)器；二是服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、集線(xiàn)器等端口安裝專(zhuān)用電涌保護(hù)器；三是在出戶(hù)的局域網(wǎng)線(xiàn)及BNC（細(xì)纜）遠(yuǎn)程局域網(wǎng)也須安裝電涌保護(hù)器；四是在各類(lèi)數(shù)據(jù)線(xiàn)接口均應(yīng)安裝匹配的電涌保護(hù)器。在局域網(wǎng)的兩端安裝電涌保護(hù)器，也可有效地防止各種過(guò)電壓對(duì)設(shè)備造成的破壞及對(duì)局域網(wǎng)的干擾。

2.3.4 廣域網(wǎng)雷電防護(hù) 廣域網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，在進(jìn)入機(jī)房設(shè)備前端時(shí)應(yīng)安裝兩級(jí)雷電防護(hù)裝置，第一級(jí)一般為惰性氣體火花間隙防電器，通過(guò)RLC解偶后，進(jìn)入第二級(jí)半導(dǎo)體過(guò)電壓保護(hù)器。需要防護(hù)線(xiàn)與線(xiàn)之間、線(xiàn)與大地之間的雷電入侵，保護(hù)器的損耗指標(biāo)應(yīng)該適應(yīng)計(jì)算機(jī)設(shè)備的IEEE標(biāo)準(zhǔn)通信的有關(guān)要求。各類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)路的雷電保護(hù)器必須能夠抵御和吸收5 kV感應(yīng)雷電流，具備線(xiàn)路與大地、線(xiàn)與線(xiàn)之間的防護(hù)功能。除了在專(zhuān)線(xiàn)或程控線(xiàn)路上安裝電涌保護(hù)器外，MODEM與路由服務(wù)器之間應(yīng)安裝計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線(xiàn)電涌保護(hù)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(gè)重要組成部分。等電位連接主要考慮以下幾個(gè)方面：一是防雷區(qū)界面處的等電位連接，是指進(jìn)入建筑物的外來(lái)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(jī)房?jī)?nèi)的等電位連接，是指通訊系統(tǒng)的各個(gè)金屬部件如箱體、外殼、機(jī)架等應(yīng)與建筑物的公用接地系統(tǒng)建立等電位連接。對(duì)集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主干交換機(jī)所在的中心機(jī)房應(yīng)設(shè)置均壓環(huán)，將機(jī)房?jī)?nèi)所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門(mén)窗、設(shè)備外殼以及所有進(jìn)出大樓的金屬管道等金屬構(gòu)件進(jìn)行電氣連接，并接至均壓環(huán)上，以均衡電位。

4 運(yùn)行維護(hù)

第一，每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)。主要檢查連接處是否緊固、接觸是否良好、接地引下線(xiàn)有無(wú)銹蝕、接地體附近地面有無(wú)異常，必要時(shí)應(yīng)挖開(kāi)地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。第二，接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)每年進(jìn)行一次測(cè)量，接地電阻應(yīng)小于2 Ω。第三，每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對(duì)運(yùn)行中的防雷器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)對(duì)雷電過(guò)壓的防護(hù)要求比較高，在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)房所在的地理環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，既要注意雷電沿電源線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)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(xiàn)、安裝相應(yīng)型號(hào)電涌保護(hù)器等，這是計(jì)算機(jī)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(gè)可能的雷擊引入途徑進(jìn)行規(guī)劃保護(hù)，才能保證整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的安全運(yùn)行。■

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

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

2011-05-09