浅谈计算机网络通讯系统中的雷电防护

高颖 卜清军 徐灵芝 （天津市滨海新区气象局 天津300456）

浅谈计算机网络通讯系统中的雷电防护

高颖 卜清军 徐灵芝 （天津市滨海新区气象局 天津300456）

简要介绍了雷电灾害的种类，重点对SPD电涌保护器在计算机网络通讯系统中的防雷作用进行分析，提出了计算机网络通讯系统雷电防护的具体措施，认为雷电防护在具体技术上应采用多级防护体系，才能保障各类网络通讯设备的安全稳定运行。

电子技术 雷电灾害 电涌保护器 网络防雷

0 引言

随着信息技术的高速发展，计算机网络通信系统对雷击的防护的要求越来越高。由于对雷击的防护措施不力或存在认识上的偏差，往往起不到应有的防护效果，网络通讯设备遭受到雷击的现象频繁发生。特别是在雷雨季节，计算机网络通讯系统的一些电子设备易受到雷击的干扰，有些甚至遭雷击而烧毁，造成直接经济损失。因此对计算机网络通讯系统的雷电防护要引起足够重视，对防雷设施要进行及时检查，做好整体防护。

1 雷电灾害的主要形式

雷电是发生在因强对流而形成的雷雨云中和云地之间的强烈瞬间放电现象，是一种严重的自然灾害，具有高电压、大电流和瞬时性的特点。雷击按其入侵网络通讯系统的方式来分，主要有直击雷、雷电感应（静电感应、电磁感应）、雷电波侵入。

直击雷：雷电直接击在建筑物上，产生电效应、热效应和机械力。直击雷是云层与地面凸出物之间放电形成的，直击雷可在瞬间击伤击毙人畜，巨大的雷电流流入地下，令在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接导致接触电压或跨步电压的触电事故。

雷电感应：雷电放电时，在附近导体上产生静电感应和电磁感应，它可以使金属部件之间产生火花。静电感应是由于雷云接近地面，在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷所致。在雷云与其他部位放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚，以雷电波的形式，沿凸出物极快地传播。电磁感应是由于雷击后，巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致，这种磁场能在附近金属导体上感应出很高的电压。

雷电波侵入：由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿这些管线侵入室内，危及人身安全或者损坏设备。

2 网络防雷

雷击损坏计算机网络通讯设备主要集中在与外线连接的主机、终端机或MODEM接口中的驱动器和接收机，或击穿MODEM后再击穿主机或终端的接口，越过接口的部件很少被击穿。

雷电防护在具体技术上应采用多级防护体系，才能保障各类计算机网络通讯设备的安全稳定运行。网络防雷的主要方法是切断雷电损害的途径，而从其雷击途径出发，我们一般把网络防雷分成三部分：一是直击雷防护；二是电源系统防护；三是信号系统的防护。

2.1 直击雷防护

直击雷的防护主要通过安装避雷针、避雷带、避雷网来实现，它可以有效地防止雷击损害建筑物，并大大降低了雷电直接击中网络传输线和网络设备及电源线的可能性，一定程度上起到了网络防雷的作用。

直击雷防护措施分为：接闪器（使用避雷针、避雷带、避雷网、避雷线等）、引下线、接地体和法拉第笼。这些措施不仅有直击雷防护作用即外部保护，且与内部保护相关联。

避雷装置中接闪器都处于地面上建筑物的最高处，与雷云的距离最近，而且与大地有良好的电气连接，所以它与大地有相同的电位，以致接闪设备附近空间电场强度相对比较大，比较容易吸引雷电先驱，使雷电集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物体受直雷击的机率就大大减少。

如果屋面有接收天线等重要设备时，要特别注意设备应安装在避雷针保护范围之内。对于重要计算机网络通讯系统机房所在的大楼，一般都按要求建设有防雷设施，如大楼天面的避雷网（带）、避雷针或混合组成的接闪器等。这些接闪器通过建筑物外围结构柱的钢筋引下线，将强大的直击雷电流引入大地，形成较好的建筑物防雷设施。计算机网路通讯系统设置在建筑物内，受建筑物防雷系统保护，直击雷直接击中计算机网络通讯系统的可能性就非常小，因此通常不必再安装防护直击雷的设备。

2.2 供电系统防护

电源系统属于设备与外界有直接联系的通路，也是计算机网络通讯设备易遭受雷电损害的重要途径之一。电源防雷的主要作用是防止雷击过电压从电源供入端进入设备，从而保障设备安全。

电源系统防护措施主要有：①引入室内的交流电力线宜采用电力电缆，并且一般宜采用直埋式低压电力电缆埋地引入机房，其电缆金属护套的两端应作良好的接地。②交流供电变压器高压侧，按供电局要求接高压防雷器；低压侧，接大流通量过流型的电源防雷器。变压器的机壳、低压侧的交流零线，以及变压器相连的电力电缆的金属外护层，应就近作良好的接地。③机房的电缆金属护套在入室处应作保护接地，电缆内芯线在入室处应加装防雷器。④感应雷的防护应从感应雷击的各个入口着手进行，将感应雷击电压、电流在被保护设备的外围引导入地，从而达到保护网络设备正常运行的目的。⑤低压电源线路感应雷击的防护，根据《中华人民共和国国家标准》GB 50343-2004，按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护分级。例如一般选择雷电防护等级B级，标准要求不得少于三级保护，即三相总电源，进入室内的单相电源和进入用电设备前的三级保护。三相总电源避雷器应安装在三相电度表后面总闸刀保险的下桩头上作为第一级保护。每个电源避雷器的雷电流通量≥60 kA。进入被保护设备的房间的电源需安装单相电源避雷器（如果是三相用电设备应安装三相电源避雷器）作为第二级保护。每个单相电源避雷器的雷电流通量≥40 kA。在用电设备的电源输入端（UPS输出端）安装一组末级电源避雷器（三相用电设备则三组单相并用）作为第三级保护。每组避雷器雷电流通量≥20 kA。各类电源避雷器的接地电阻应小于2 Ω，并有单独的接地线，接地泄流线必须沿最小距离直接接到地网上。

2.3 信号系统的防护（信号及网络系统防雷）

在计算机网络通讯系统运行过程中，计算机的误操作故障的严重性远远超过器件的损害。1.2 V脉冲电压就可以导致误动作，特别是超大规模集成电路的芯片，空间不太强的电磁场就可以使之感应出几伏的电压，既使不能够一次性破坏设备，每次的过电压冲击都将加速设备的老化，影响数据的传输和存储，最终导致停机或系统瘫痪，因此信号及网络系统的雷电安全防护尤为重要。

计算机网络通信系统雷电防护包括广域网雷电防护、局域网雷电防护、无线通信系统雷电防护、光缆通信雷电防护和机房内部设备之间的串口雷电防护等。

2.3.1 数据线的雷电防护 数据线的雷电防护应从各个入口进行，将感应雷在设备的外围引导入地。数据线电缆金属护套在入屋处安装信号电涌保护器，对进入室内的程控电话和专用数据线路应在进出线上安装线路电涌保护器。在网络布线方面，一般都使用双绞线进行连接，由于双绞线屏蔽效果较差，感应雷击的可能性较大，所以对于跨越房间、接近窗口或在室外的双绞线和网络设备之间均需安装信号电涌保护器，以防止双绞线引入的过电压损坏与之相连的网络设备，在选择避雷器时要考虑技术参数应与被保护设备相匹配。

2.3.2 无线通信系统（天馈线）的雷电防护 无线网络通讯系统的天线，属于地面特别突出物，是雷电释放的危险途径，应在屋内外两端进行等电位连接，馈线进入设备前应安装相应型号信号电涌保护器，该信号电涌保护器的插入损耗要求较小，一般只能使用间隙放电器件进行有效防护。

光缆一般不会传导雷电，但光缆金属护套和金属芯线可能引入雷电烧毁设备，必须在进入设备之前，使芯线和护套接地，以达到避雷的目的。

2.3.3 局域网雷电防护 局域网络通常以双绞线传输数据，无屏蔽保护，重点是做好数据网线的屏蔽，特别要加强终端设备局域网端口的雷电防护。一是局域网的端口安装电涌保护器；二是服务器、网络交换机、集线器等端口安装专用电涌保护器；三是在出户的局域网线及BNC（细缆）远程局域网也须安装电涌保护器；四是在各类数据线接口均应安装匹配的电涌保护器。在局域网的两端安装电涌保护器，也可有效地防止各种过电压对设备造成的破坏及对局域网的干扰。

2.3.4 广域网雷电防护 广域网远距离传输数据，在进入机房设备前端时应安装两级雷电防护装置，第一级一般为惰性气体火花间隙防电器，通过RLC解偶后，进入第二级半导体过电压保护器。需要防护线与线之间、线与大地之间的雷电入侵，保护器的损耗指标应该适应计算机设备的IEEE标准通信的有关要求。各类数据传输线路的雷电保护器必须能够抵御和吸收5 kV感应雷电流，具备线路与大地、线与线之间的防护功能。除了在专线或程控线路上安装电涌保护器外，MODEM与路由服务器之间应安装计算机数据线电涌保护器。

3 等电位连接

等电位的目的是减小地网之间、设备之间及金属部件之间的电位差，它是防雷系统工程的一个重要组成部分。等电位连接主要考虑以下几个方面：一是防雷区界面处的等电位连接，是指进入建筑物的外来导电部件的屏蔽接地，在建筑物分界面要与建筑物的接地做可靠电器连接。二是机房内的等电位连接，是指通讯系统的各个金属部件如箱体、外壳、机架等应与建筑物的公用接地系统建立等电位连接。对集成网络系统主干交换机所在的中心机房应设置均压环，将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接，并接至均压环上，以均衡电位。

4 运行维护

第一，每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。第二，接地网的接地电阻应每年进行一次测量，接地电阻应小于2 Ω。第三，每年雷雨季节前应对运行中的防雷器进行检查，发现问题及时处理。

5 结束语

计算机网络通讯系统对雷电过压的防护要求比较高，在对该系统进行防雷设计时，应根据机房所在的地理环境进行综合考虑，既要注意雷电沿电源线路、信号线路的外部入侵，又要注意建筑物内的感应雷击。应该灵活采用屏蔽、等电位连接、综合布线、安装相应型号电涌保护器等，这是计算机网络通讯系统防雷的有效方法。只有严格按照网络防雷的标准，从各个可能的雷击引入途径进行规划保护，才能保证整个计算机网络通讯系统的安全运行。■

[1]梅卫群，江燕如．建筑防雷工程与设计[M].北京：气象出版社，2006：114-118.

[2]林挺玲，王春扬．信息网络系统雷电安全防护技术探讨[C].第六届中国国际防雷论坛，2007：543.

2011-05-09