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        計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備防雷

        2012-12-31 00:00:00高永信

        摘要:隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信使用的廣泛,雷擊造成的損失也越來越大。本文探討了雷電對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成危害的原因,指出計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防雷電侵害的方法,原則在于綜合整體的防范,重點在于防護(hù)感應(yīng)雷,并提出了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)感應(yīng)雷的防護(hù)辦法。

        關(guān)鍵詞:計算機(jī);網(wǎng)絡(luò);通信;雷電;防雷

        中圖分類號:TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9599 (2012) 17-0000-02

        計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已深入地應(yīng)用于氣象的各個部門,是氣象觀測、預(yù)報等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)不可中斷的重要設(shè)備,在臺站中越來越普及。但是,計算機(jī)等通訊設(shè)備遭受雷電災(zāi)害的事故也是頻繁發(fā)生,嚴(yán)重的影響了氣象業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行,造成了極大的損失。研究和探討加強(qiáng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)的防雷,已是我們氣象部門網(wǎng)絡(luò)信息安全工作非常重要的一個方面。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的規(guī)劃設(shè)計和運(yùn)行的過程中,要按照規(guī)范做好雷電侵害的防范工作,以確保計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

        1 雷電的侵害

        1.1 建筑物的雷電侵害

        雷電危害是當(dāng)云層中積累了大量的電荷,遇到高大的建筑物會對其進(jìn)行放電。由于電荷量龐大,放電時電流電壓能量巨大,就會對建筑物及屋內(nèi)物體造成嚴(yán)重的損害。

        雷電的危害形式有幾種:直擊雷、雷電侵入、雷電感應(yīng)、球形雷。直擊雷是云層電荷與地面建筑物進(jìn)行放電而形成的。雷電侵入是雷擊產(chǎn)生的沖擊電壓沿線纜或管道傳播侵入室內(nèi)的雷電波。雷電感應(yīng)是由于雷電流的強(qiáng)大電場和磁場變化在設(shè)備和線路產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的過電壓過電流形成危害。球形雷是一種游動的發(fā)光帶電球,可從門窗、煙囪等通道侵入室內(nèi),擊毀接觸之物[1]。

        1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的感應(yīng)雷侵害

        當(dāng)雷擊發(fā)生時,大量的電荷在散流電阻大而出現(xiàn)的局部高電壓,或放電過程中,強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生高電壓。形成的感應(yīng)雷電壓會對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成很大的威脅,因此計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防雷工作的重點是感應(yīng)雷的防范。

        (1)對供電線路的侵害

        供電系統(tǒng)一般是由室外電力線路架空或線纜管道輸入室內(nèi),架空或管道敷設(shè)電力線路均有可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷的入侵。雷電會通過高壓線路、變壓器和低壓側(cè)線路,入侵供電設(shè)備以至計算機(jī)網(wǎng)絡(luò);線路被直擊雷擊中或感應(yīng)出過電壓,在220V線路上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達(dá)10000V,對電源設(shè)備和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會造成毀滅性的損壞。

        (2)對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信線路的侵害

        現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個互連互通、信息交換的開放網(wǎng)絡(luò),內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的連接,各種不同的物理介質(zhì)的通信線路接入實現(xiàn)遠(yuǎn)程互連,如普通電話雙絞線的PSTN,ISDN,DDN,ADSL、有網(wǎng)絡(luò)雙絞線接入,光纖介質(zhì)連接。由于敷設(shè)布排的因素,極易遭受雷電的侵害,危及兩端連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

        懸空架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)通信線路,暴露于空曠突出部位,易直接遭受雷電的襲擊。埋入地下的電纜也會在直擊雷打擊時,強(qiáng)電壓將鄰近土壤和電纜外皮擊穿,雷電流直接入侵到線路。平行鋪設(shè)的電纜,當(dāng)某一電纜被雷電擊中時,也會在相鄰的電纜感應(yīng)出過電壓。一條多芯電纜連接不同來源的導(dǎo)線,當(dāng)某一導(dǎo)線遭受雷擊時,在相鄰的導(dǎo)線會感應(yīng)出過電壓,擊壞其他相連設(shè)備,擴(kuò)大損害的范圍。

        (3)接地體的地電位反擊電壓入侵

        雷擊時強(qiáng)大的雷電流經(jīng)過避雷引下線和接地體泄入大地,會在接地體附近形成放射型的高電位分布,若有其它接地體接近,會產(chǎn)生高壓地電位反擊侵害其他設(shè)備。直擊雷的強(qiáng)大的雷電流通過引下線入地時,也會在附近空間產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場變化,在相鄰的導(dǎo)線上感應(yīng)出雷電過電壓侵害到其他設(shè)備,此時避雷接地不但不能保護(hù)計算機(jī)系統(tǒng),反而可能引入雷電流[2][3]。

        2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的雷擊防護(hù)

        對雷電的防護(hù)方式有:疏導(dǎo)、隔離、等位、消散。疏導(dǎo):是將雷電流疏導(dǎo)至大地,避免雷電流流經(jīng)被保護(hù)物或設(shè)備。方法有避雷針、避雷器等。隔離:是將雷電荷與被保護(hù)物隔離開危害。方法有金屬屏蔽、隔離變壓器、波導(dǎo)分流器等。等位:將多物體地連接置于同一電位保護(hù)物體。消散:釋放異性電荷中和雷云的電荷,阻止雷電的形成。方法有消雷裝置。

        2.1 建筑物的防雷

        根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中,對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機(jī)房所在樓房的要求,定為第二類或第三類防雷建筑物,特別是對雷電活動頻繁的場所,計算機(jī)終端和其它設(shè)備比較集中的建筑物,需按要求建有防雷設(shè)施。

        建筑物的防雷主要通過安裝避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或混合組成的接閃器來實現(xiàn),這些接閃器可以通過大樓立柱基礎(chǔ)的主鋼筋或另外敷設(shè)的引下線及接地體,將強(qiáng)大的雷電流引入大地,消除雷電流對建筑物的直接損害,在金屬門窗、線纜入室處做防侵入雷接地防護(hù),可以形成一個較完整的建筑物防直擊雷的設(shè)施。使在建筑物內(nèi)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),受到直擊雷電侵害的可能性降至最小,因此計算機(jī)機(jī)房的建筑物首先必須設(shè)計安裝防直擊雷的設(shè)施,抵御直擊雷和侵入雷的直接侵害[1] 。

        2.2 電源系統(tǒng)的防雷

        安裝有避雷針的建筑物,雖然可以比較有效地避免直擊雷對建筑物內(nèi)物體的侵害,但是雷擊時的巨大的電流流入大地或附近的雷擊都會產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場,還是會在網(wǎng)絡(luò)線、電源線、電話線和電子設(shè)備感應(yīng)出瞬間高壓而損壞,這種更具危害的感應(yīng)雷的防范卻更容易被忽視。由于感應(yīng)過電壓過電流的強(qiáng)大,需采用加裝多級防雷裝置,逐級泄流和限壓,徹底排掉過電流過電壓通過電力線路侵入計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

        (1)輸入機(jī)房內(nèi)的交流供電線路,有條件的應(yīng)避免采用架空線路,而采取供電電纜埋地敷設(shè),并在電纜兩端的金屬套制作良好的接地。

        (2)在機(jī)房建筑物的總配電裝置高壓端的各相安裝高通容量的防雷裝置,作為電源的第一級保護(hù),配電低壓側(cè)引出的三根相線及零線,應(yīng)安裝中等容通量電源防雷器作為第二級保護(hù),交流零線不作重復(fù)接地。

        (3)在樓層配電箱安裝電源避雷器作為第三級保護(hù),重要場合和設(shè)備可采取更多級的保護(hù)措施,如在UPS電源輸出端加裝防雷器,在重要設(shè)備電源輸入端加裝電源終端防雷設(shè)備等。

        (4)電源插座按照規(guī)范的線序連接,接地端要可靠接地,確保設(shè)備接地及使用安全,也直接保證著電源防雷器的效能。雷擊造成的各種形式的破壞性能量都是要通過地線來釋放的,良好地接地是防雷關(guān)鍵[2][3]。

        2.3 網(wǎng)絡(luò)通信線路及接口的防雷

        同供電線路一樣,為了避免所架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)通信線纜引入雷電,應(yīng)避免在建筑外側(cè)架空敷設(shè)入室,對已有的架空線纜,也應(yīng)使用金屬保護(hù)管將室外部分的線纜套起,并在進(jìn)入室內(nèi)前的兩端位置將金屬管的外殼接地。光纖線纜不需要特別的防雷措施,但須將鋼芯光纖線纜或鎧裝光纖的金屬部分接地即可[4]。

        雖然電源供電和網(wǎng)絡(luò)線路等外接線路上安裝了防雷保護(hù)裝置,但由于雷擊發(fā)生時巨大的電磁場,會在500米范圍內(nèi)的金屬環(huán)路—網(wǎng)絡(luò)傳輸線路感應(yīng)極強(qiáng)的過電壓,雙絞線屏蔽效果較差,因此更易感應(yīng)雷擊。因此在網(wǎng)絡(luò)通信線纜接入設(shè)備前,先接入信號避雷器,即串入一個瞬態(tài)過電壓保護(hù)器,對于跨越房間、接近窗口和由室外引進(jìn)的雙絞線到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間均需安裝,防護(hù)被線纜引入的雷電感應(yīng)、干擾電涌過電壓及雷電波的侵入,保護(hù)與之相連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。由于信號避雷器是串接在通信線路中,所以信號避雷器選擇時除要考慮防雷性能指標(biāo)外,還必須滿足信號傳輸帶寬、傳輸損耗、接口類型等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的要求[4]。

        2.4 設(shè)備安裝箱柜防雷

        設(shè)備安裝箱柜的防雷,主要是將箱柜金屬殼體鏈接接地,宜采用單獨、多點分別就近接地,在設(shè)備安裝箱柜的某隱蔽位置打孔去漆,再使用銅質(zhì)螺釘鏈接獨立接地線即可,它可以有效的防止周邊雷擊電場、大電流感應(yīng)造成二次損毀或影響的擴(kuò)大。

        2.5 地電位反擊的防范

        要消除地電位反擊危害,通常可以采取兩種措施:一是作等電位連接,用金屬導(dǎo)體將兩個金屬物體或接地體相互連接起來,使雷電接閃時電位相等;二是使可能電位反擊的兩個物體之間隔離或保持一定的安全距離。

        將所有進(jìn)入建筑物的供電、通信線纜用金屬管道進(jìn)行屏蔽,并將金屬管道(包括水管、煤氣管及各種屏蔽管道)在進(jìn)入前就近接地。采用聯(lián)合接地網(wǎng),消除各地網(wǎng)之間的電位差,保證設(shè)備不因雷電的反擊而損壞。

        機(jī)房接地是機(jī)房也是保證安全的一個重要環(huán)節(jié),應(yīng)按照《電子計算機(jī)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》和《建筑防雷設(shè)計規(guī)范》的要求執(zhí)行。可采用聯(lián)合接地網(wǎng),做一個接地總匯流排,使交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地、防雷接地等接地共用一組接地裝置。各設(shè)備、各地線單獨就近連接到地網(wǎng),聯(lián)合接地網(wǎng)可有效的解決各個地電位升高的影響及電位差,提高機(jī)房接地系統(tǒng)的可靠性和防雷的效果。

        3 結(jié)束語

        計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的雷電防護(hù)是一項系統(tǒng)性工程,不能指望某個單一的一項防護(hù)措施就一蹴而就,需堅持綜合防護(hù)、內(nèi)外防護(hù)、多級防護(hù)的原則,防直擊、入侵和感應(yīng)雷相結(jié)合,有重點有針對的對主要線路、關(guān)鍵設(shè)備加強(qiáng)防護(hù),運(yùn)用各種保護(hù)技術(shù)構(gòu)成一個完整的防護(hù)體系,才能確實對計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的雷電危害起到有效的防護(hù)作用。

        參考文獻(xiàn):

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        [4]汪文琦.信息系統(tǒng)防雷應(yīng)從多端口綜合考慮.河南氣象[J].2006,1,57-58.

        [作者簡介]

        高永信(1958.9-),男,漢族,河南新鄭人,工程師,本科,網(wǎng)絡(luò)管理。

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