计算机网络防雷研究

摘　要：本文以计算机网络为雷电防护对象，通过对计算机网络遭受的雷击成因特征分析，找出相应防护方法，并对其具体技术措施进行研究分析。结果表明，计算机网络防雷应综合运用接地、等电位、屏蔽、过压保护等技术措施，进行科学、全面、细致、周密的系统设计，才能真正提高计算机网络安全性能，起到较好的雷电防护效果。

关键词：计算机网络 ，防雷， 安全
1.概述
　　计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。计算机系统硬件和通讯设施极易遭受到自然环境的影响，特别是雷电对计算机网络构成的威胁。这是因为计算机硬件采用的元器件集成度高、功耗低，最明显的缺点就是抗过压能力和抗干扰能力很低，易受雷电等电磁和其它过压的损坏，有实验测试，雷电电磁脉冲超过0.07高斯时，计算机就会失效，超过2.4高斯时，计算机就会永久性损坏。随着计算机网络在社会各行各业的广泛应用，如何做好计算机网络雷电安全的保护措施，提高网络系统的安全性和可靠性，保证计算机网络的正常运行，是迫在眉睫的事情。
2.计算机网络雷灾成因特征分析
2.1 直接雷击损坏
　　雷电直接击中计算机网络系统，包括网络设备、信号传输线及电源线路。由于直接雷击的能量非常巨大，破坏能力很强，一旦被击中，其损失往往是毁灭性的，整个网络系统都有可能瘫痪。因此，预防直接雷击措施非常关键。一般来说，雷电直接击中机房内网络设备的可能性很小，被雷电直接击中的大多为室外的信号及电源线缆。特别是架空的传输线缆。埋在地下的光缆被雷电击中的事故也时有发生。
2.2感应雷的破坏
　　感应雷也称间接雷击或二次雷击。雷电在放电时，在空间会有很强的瞬变电磁场，附近导体中会产生静电感应和电磁感应，使金属导线回路产生较强的感应电流。
2.2.1静电感应
　　当空中有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物由于静电感应作用而带上相反的电荷，由于雷云的出现到发生雷击所需的时间相对于主放电过程的时间长的多，因此大地可以有充足的时间积聚大量的电荷，当雷击发生后，雷云所带的电荷通过雷击放电与大地异种电荷发生中和，而某些局部由于它与大地的电阻比较大，电荷不能同时消失，从而形成局部区域的高电压，这种感应高压在高压架空线上课达30～40万伏，一般低压架空线可达10万伏，普通通信线路可达1～6万伏。这些高电压可沿线路传输到电气设备上，对设备造成严重的破坏。
2.2.2电磁感应
　　由于雷电流迅速变化，具有极大地峰值及陡度，在其周围空间范围产生瞬变（交变）的电磁场，使附近的金属导体上感应出很高的电动势。
2.2.3电磁感应对计算机网络危害的途径
　　①雷电通过通信线路的感应而传入系统，损坏设备；
　　②雷电通过供电线路的感应而传入系统，损坏设备；
　　③雷击建筑物或邻近地区，雷电放电从而导致建筑物内部计算机通信网络环路中由于空间电磁场感应产生瞬间过电压而造成设备损坏；
　　④地网高电位反击。在采用独立接地系统的计算机网络，这种雷击事故较为常见，由于不同地网之间接地电阻不同，雷击时各地网的电位不同就会产生电位差，产生反击击穿放电，损坏与之相连接的设备；
　　⑤雷电沿高电位地网引入损坏设备。
2.3球形雷对计算机网络的危害及其防护措施
　　在雷雨频繁的天气时，偶尔会出现紫色、殷红色、或蓝色的火球在空中飘动，大小一般都在十到几十厘米间，存在的时间有几秒至几分钟，它能随空气中的气流流动，通过烟囱、窗户、门进到室内，可在室内发生爆炸，或又窜出室外，当人或动物碰到他时会造成严重的烧伤和伤亡事故。
　　球形雷的防护方法：
　　①雷雨天气不要打开门窗；
　　②建筑物所有金属门窗均须作防雷接地措施；
　　③对门、窗等通风地方安装防护金属网，并做好等电位措施。
3.计算机网络的防雷保护措施
　　计算机网络的防雷是一个综合性的系统工程，其技术框架如下图所示：
　　
　　
3.1防直接雷击措施
  计算机网络防雷的第一道防线是拦截直击雷。通过安装接闪器来拦截雷电，从而避免被保护物自身遭到直接雷击。这是目前最经济、最有效的防直击雷方法。防直接雷击设施通常有接闪、分流、泄流即接闪器、引下线及接地体等三大部分组成，接闪器常见的有接闪杆、接闪带、接闪网格、接闪线等装置。
3.2 防雷电感应措施
3.2.1选址
　　当雷击建筑物时，雷电流通过防雷引下线泄放入地，在引下线周围空间存在着磁场，了解引下线周围的磁场强度，对机房的设计来说是十分重要的。引下线周围磁场强度可由下式计算得出：
　　
　　式中真空磁导率Uo=4л×10-7韦伯/安培·米。I为电流强度，r为该点到引下线的垂直距离。由式中可知，B与r 成反比。所以越靠近引下线的地方，磁场越强；离引下线越远的地方，磁场越弱。
　　根据美国一项实验表明，当磁感应强度B=0.03GS时，计算机产生误动作；B=0.75GS时，计算机元件假性损坏；B≥2.4GS时，计算机元件真性损坏。
　　因此，计算机网络机房应尽量避免设在建筑物高层，宜选择在建筑物顶四层以下楼层中心部位。微电子设备尽量设置在高级别防雷区域内，且应远离建筑物引下线结构柱。
3.2.2屏蔽
　　屏蔽是防止和抑制任何形式电磁干扰的重要技术。屏蔽技术是利用屏蔽体（具有特定性能的材料）阻止或减小电磁骚扰能量传输的一种技术 。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射吸收和引导作用。屏蔽不仅对辐射干扰有良好的抑制作用，而且对静电干扰和干扰的电容性耦合、电感性耦合均有明显的抑制效果。
3.2.3等电位连接
　　等电位连接是防雷电反击及防发生生命危险的重要技术措施，目的是减少需要防雷的空间内各金属部件及各（信息）系统相互之间的电位差。进出建筑物导电物均应在雷电防护区交界处做等电位连接。在直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）的界面处应安装等电位接地端子板，并与接地装置连接。各种屏蔽结构及设备外壳、机柜、机架等金属构件均应就近与等电位带直接连接。
3.2.4过压保护
　　过压保护是防止雷电波侵入的重要手段。多个电气系统共存于建筑物时，电子设备的引雷通道主要有四个方面：1、 电源系统  2、信号系统  3、接地系统。
　　1、电源系统：在电源输入端实施多级过压保护。第一使用火花间隙放电器（对10/350us直接雷电进行80%的吸收）；第二级使用半导体电涌保护器，对残余部分感应雷电能量进行吸收；第三级使用半导体电涌保护器对残余雷电杂波及其它原因（如操作过电压等）引起的浪涌过电压作进一步吸收电源系统SPD装设选用原则有：a、冲击通流量In  b、限制电压Ur  c、漏泄电流Ii  d、最大长期工作电压Ve  e、长期工作电流Ie和短路工作电流Ic  f、防高压系统接地故障耐受能力
　　2、信号系统
　　了解网络拓扑结构和网络类型，在网络系统易受雷击部件及端口装设信号SPD。
　　信号SPD装设选用原则有：a、冲击通流容量      b、限制电压  c、传输速度        d、插入损耗      e、接头形式
　　3、当设备要求采用独立接地系统时，而各接地系统受实际情况限制达不到安全距离时，为防止不同接地系统电位之间浪涌过电压造成电子设备的损害，应在不同接地系统接地端子间加装SPD。接地系统SPD装设选用原则有：a、冲击通流容量    b、限制电压    c、标称导通电压Un
3.2.5布线
　　布线是电磁兼容性设计的关键技术。选择合理的导线宽度，采取正确的布线策略，如加粗地线、将地线闭合成环路、减少导线不连续性等。所有线路避免在建筑物的结构柱和外墙敷设，应设专用信号电缆槽和电源电缆槽，分开敷设。线缆与其他管线的间距应符合相关技术规范的规定。布置电子信息系统信号线缆的路由走向时，应尽量减少由线缆自身形成的环路面积。
3.2.6接地
　　接地是雷电防护最基本的措施之一。接地，是指设备或系统与“大地”相连接。大地是一个理想的零电位面（体）。防雷接地目的是建立与大地相连的低阻抗通路，使雷击电流、静电放电电流等从接地通路直接流入大地，而不致影响设备或系统的正常工作及人身安全，以免遭雷击，并且要求在消除雷击时不要影响其他接地系统。
4.结束语
　　计算机网络雷电安全是一项复杂的系统工程，涉及技术措施、环境等多方面的因素，安全解决方案的制定强调全方位防护，需要从整体上进行把握。运用整体性、结构性、层次性、目的性的思维方式，综合运用各种技术措施将雷电能量限制到被保护对象所容许的安全值范围内，保证计算机网络的正常安全运行。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/243207.html