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摘要：通过分析雷电对信息网络系统带来的主要危害，利用现代雷电防护理论和体系，结合信息网络系统的特点，具体对程控网络系统硬件机房及设备在防雷技术措施上进行了深入研究，从整体上介绍有关程控网络系统及设备在内部、外部防雷技术上采取的基本措施，并结合程控网络机房防雷技术的实例应用，提出了对直击雷及电源系统、网络通信系统、程控网络设备和机房设施防护等雷电防护方法。
关键词：雷电电磁脉冲；等电位连接；网络系统防雷；防雷技术应用
Abstract: through the analysis of the information network system bring lightning the main harm, use the modern lightning protection theory and system, combining the characteristics of the information network system, on specific program-controlled network system hardware and equipment room in lightning protection on technical measures were studied, overall introduces the network system and equipment in program-controlled internal and external lightning protection technology to take basic measures, and combined with the network computer room lightning protection technology program application examples, this paper puts forward the sings rem and power supply system, network communication system, and computerized network equipment and computer room facilities protection and other lightning protection method.
Keywords: lightning electromagnetic impulse; Equipotential connection; Network system lightning protection; Lightning protection technology application
中圖分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号
0、引言
近年来，由于电子信息技术的日益普及应用，通讯和计算机网络技术已成为各行各业开展日常业务工作的基础平台；但这些电子信息设备存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，加之承载各类设备的硬件设施缺乏必要的防护措施，一旦遭遇雷电电磁脉冲的袭击，必将使网络陷入瘫痪，各项工作便无法正常开展，雷电灾害带来的危险程度和造成的间接经济损失及社会影响将不可估量。因此，为减小雷电灾害造成的损失，有效地防止雷击事故的发生，就必须研究信息网络系统及其设备的雷害规律，采取有效的防雷措施。
1、雷电入侵机房的途径
众所周知，机房为电子信息系统的核心所在，一般它应位于LPZ2区，在电磁防护等级要求更高的地方，它可能在LPZ3区或4区，因此，它遭受直击雷的危害的可能性较低。但是当雷电击中该机房所在建筑物或周围建筑物时，雷电通道辐射出的电磁脉冲会通过各种耦合途径袭入机房系统。对机房而言，来自雷电感应部分的干扰是影响其正常运行的重要方面。经分析，主要有三种耦合入侵形式，分析如下。
1.1 来自交流供电线路的耦合
机房系统的电源并非独立的供电系统，仍然由电力线路输入室内，一般配电房应位于建筑物内，从理论上讲，雷电可能击中供电高压线路，经过变压器耦合到低压端，从而形成来自电源的过电压干扰；同样当雷电击中该建筑物时，雷电流通过引下线泄流时，会建筑物内的供电线路铰链，从而形成来自雷电感应的过电压。
1.2 来自通信线路的耦合
来自通信线路的耦合是机房系统常遇到的困扰，它会直接破坏计算机，轻则导致通讯端口破坏，重则导致主板烧坏、数据丢失。究其来源，主要有以下几方面：首先，机房虽然进行了屏蔽处理，但是并不是一个完善的屏蔽体，屏蔽效能并不高，数据线路需要通过空洞与外界通讯，当雷击直接击中室外的通讯线路时，由于静电感应原理，雷击过后束缚在通讯线路上的静电荷会以近光速的传播速度入侵到机房内的通讯端口，从而形成破坏性威胁。其次，当雷电击中建筑物时，通过引下线泄流时，泄流通道辐射出的电磁波也会铰链机房内的错综复杂的通信线缆，从而形成二次感应式雷电干扰。
1.3 来自地电位反击的过电压干扰
当雷电流经过接闪器、引下线泄入接地体时，会导致接地系统暂态电位提升，然后与接地系统相近的弱电接地系统之间形成强烈的电位差，从而高压差会击穿这两者之间的绝缘介质（一般是空气或土壤），供电接地系统向弱电接地系统放电，导致弱电系统暂态电位提升。这也是机房系统常见的一种过电压入侵形式。
由此产生的雷电过电压对电子设备的破坏主要为：
（1）损坏元器件。a：过高的过电压击穿半导体，造成永久性损坏；b、较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压范围之内，亦使器件的工作寿命大大缩短；c、电能转化为热能，毁坏触点、导线及印刷电路板，甚至造成火灾。
（2）设备误动作及破坏数据文件。
2、机房及设备防雷技术的主要措施
程控网络机房及设备通常在建筑物内安置，可按对建筑物防雷技术处理。对建筑物的整体防雷保护分为外部雷电保护与内部雷电保护。外部要作好接闪器、引下线的选择和布置。内部通过等电位连接、屏蔽等措施对雷电电磁脉冲进行防护。
2.1外部防雷技术措施
外部防雷装置是由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用于防直击雷。直击雷即雷电直接击中设备所在建筑物或设备连接线路并经过网络设备入地的雷击过电流。防止直击雷主要措施：
（1）接闪器
采用接闪器接闪雷电，将雷电流雷电引向自身且尽快安全地散流到大地上，并尽可能使每一根引下线所流经的雷电流都相对平均，以减少强大雷电流对周围线路、设备造成迫害性的影响。
（2）接地装置
接地是防雷系统中最基础的环节。电子计算机机房接地装置应满足下列接地要求:交流工作接地, 接地电阻≤4Ω，安全保护接地, 接地电阻≤4Ω，直流工作接地，接地电阻根据计算机系统具体要求确定[1]。
2.2内部防雷技术措施
建筑物内部防雷电电磁脉冲的设计要有一定的层次性，对建筑物需要保护的空间，根据环境区域受保护情况以及其边界上电磁场状况的明显变化将环境区从外向内分为若干防雷保护区(LPZ)。为了实现内部避雷，对于侵入室内雷害的治理是多方面的，需要采取综合防护措施，对进出各保护区的电线、金属管道等都要连接避雷及过压保护器，这些措施主要包括屏蔽、等电位连接和过电压保护等[2]。
（1）屏蔽
屏蔽就是利用各种金属屏蔽体,阻挡和衰减施加在信息系统设备上的电磁干扰或过电压能量。利用电磁屏蔽的原理，在机房内六面安装金属屏蔽网，其中地板采用全钢防静电地板，吊顶天花采用金属屏蔽天花，形成法拉第笼，将该屏蔽网与接地体进行电气连接，同时对进入被屏蔽机房内的电源线、信号传输线等均采用外套金属管状或金属编织网的外导体，并将其接入地网进行屏蔽。机房内的门窗宜采用金属门窗，在实际防雷击的过程中，屏蔽措施防雷击的效果较好。屏蔽为减少电磁干扰的感应效应，宜采取以下的基本屏蔽措施：建筑物和房间的外部设屏蔽措施，以合适的路径敷设线路，线路屏蔽。在建筑物或房间的大空间屏蔽是由诸如金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件组成时，这些构件形成一个格栅形大空间屏蔽，穿入这个屏蔽层的导电金属物应就近与其作等电位连接。
（2）等电位连接
建筑物内信息网络系统的电气装置、防雷装置以及进出建筑物的电源线、信号线均应采取等电位连接。在建筑物电器装置内,等电位连接是将建筑物的金属结构、各种金属管道、信息系统信号电缆屏蔽层以及配电系统的保护接地等在某一电位参考点上相互连接,达到电位相等。
（3）过电压保护措施
过压保护功能往往是通过安装于设备的电源、信号等线路上的各种电涌保护器(SPD)实现的,目前的保护器具有的保护功能有气体放电模块、限流电阻模块、瞬变抑制二极管模块、热冲击保险和热断路器模块几个功能块组合而成。避雷器主要串接在线路的两端设备的接口处。首先，服务器100M输入端口处安装单口RJ45 端口信号避雷器,以保护服务器；其次，24口网络交换机串联24 口的RJ45 端口信号避雷器,避免因雷击感应或电磁场干扰沿双绞线窜入而毁坏设备；再次，在DDN专线接收设备上安装单口RJ11 端口信号避雷器,保护 DDN 专线上的设备。
（4）合理的综合布线
布线是一项专业性很强的工作,其布线方案,在设计阶段就应该考虑到雷电安全问题。布线工作包括程控交换机的中继线、内线、电力供电线、室内接地线等。设备的传输网络在室外是采用架空和埋地两种方法。其中对架空线缆应把电话线或电缆在入房前埋地,埋地长度>2ρ(ρ为接地电阻的电阻率, 单位为(Ω*m)，实际长度>50m。而埋地一般是采用金属铠装电缆直接埋地,或非金属屏蔽电缆穿金属管直接埋地。从避雷角度来讲,在有条件的情况下入室电纜应选择埋地方式。传输网络在室内应沿专用的信号电缆槽布线,避免沿大楼结构柱或紧贴外墙敷设;强弱电电缆不宜同槽敷设,以减小干扰。
3、结语
电子信息技术的广泛应用，带来了建筑物信息网络系统防雷技术措施的运用。防雷主要外部和内部防雷措施的综合系统。外部防雷装置是由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用于防直击雷。内部防雷装置主要由等电位联结系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统和浪涌保护器等组成，主要用于减小和阻止雷电流在需要防护空间内所产生的电磁效应。为了信息网络系统的安全使用，在设计与施工中要充分重视，严格按照国家有关建筑物电子信息系统防雷规范的要求进行设计与施工。
参考文献
[1] GB50174-1993，电子计算机机房设计规范[S].北京，机械工业出版社
[2] GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S]. 北京，机械工业出版社
关键词：雷电电磁脉冲；等电位连接；网络系统防雷；防雷技术应用
Abstract: through the analysis of the information network system bring lightning the main harm, use the modern lightning protection theory and system, combining the characteristics of the information network system, on specific program-controlled network system hardware and equipment room in lightning protection on technical measures were studied, overall introduces the network system and equipment in program-controlled internal and external lightning protection technology to take basic measures, and combined with the network computer room lightning protection technology program application examples, this paper puts forward the sings rem and power supply system, network communication system, and computerized network equipment and computer room facilities protection and other lightning protection method.
Keywords: lightning electromagnetic impulse; Equipotential connection; Network system lightning protection; Lightning protection technology application
中圖分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号
0、引言
近年来，由于电子信息技术的日益普及应用，通讯和计算机网络技术已成为各行各业开展日常业务工作的基础平台；但这些电子信息设备存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，加之承载各类设备的硬件设施缺乏必要的防护措施，一旦遭遇雷电电磁脉冲的袭击，必将使网络陷入瘫痪，各项工作便无法正常开展，雷电灾害带来的危险程度和造成的间接经济损失及社会影响将不可估量。因此，为减小雷电灾害造成的损失，有效地防止雷击事故的发生，就必须研究信息网络系统及其设备的雷害规律，采取有效的防雷措施。
1、雷电入侵机房的途径
众所周知，机房为电子信息系统的核心所在，一般它应位于LPZ2区，在电磁防护等级要求更高的地方，它可能在LPZ3区或4区，因此，它遭受直击雷的危害的可能性较低。但是当雷电击中该机房所在建筑物或周围建筑物时，雷电通道辐射出的电磁脉冲会通过各种耦合途径袭入机房系统。对机房而言，来自雷电感应部分的干扰是影响其正常运行的重要方面。经分析，主要有三种耦合入侵形式，分析如下。
1.1 来自交流供电线路的耦合
机房系统的电源并非独立的供电系统，仍然由电力线路输入室内，一般配电房应位于建筑物内，从理论上讲，雷电可能击中供电高压线路，经过变压器耦合到低压端，从而形成来自电源的过电压干扰；同样当雷电击中该建筑物时，雷电流通过引下线泄流时，会建筑物内的供电线路铰链，从而形成来自雷电感应的过电压。
1.2 来自通信线路的耦合
来自通信线路的耦合是机房系统常遇到的困扰，它会直接破坏计算机，轻则导致通讯端口破坏，重则导致主板烧坏、数据丢失。究其来源，主要有以下几方面：首先，机房虽然进行了屏蔽处理，但是并不是一个完善的屏蔽体，屏蔽效能并不高，数据线路需要通过空洞与外界通讯，当雷击直接击中室外的通讯线路时，由于静电感应原理，雷击过后束缚在通讯线路上的静电荷会以近光速的传播速度入侵到机房内的通讯端口，从而形成破坏性威胁。其次，当雷电击中建筑物时，通过引下线泄流时，泄流通道辐射出的电磁波也会铰链机房内的错综复杂的通信线缆，从而形成二次感应式雷电干扰。
1.3 来自地电位反击的过电压干扰
当雷电流经过接闪器、引下线泄入接地体时，会导致接地系统暂态电位提升，然后与接地系统相近的弱电接地系统之间形成强烈的电位差，从而高压差会击穿这两者之间的绝缘介质（一般是空气或土壤），供电接地系统向弱电接地系统放电，导致弱电系统暂态电位提升。这也是机房系统常见的一种过电压入侵形式。
由此产生的雷电过电压对电子设备的破坏主要为：
（1）损坏元器件。a：过高的过电压击穿半导体，造成永久性损坏；b、较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压范围之内，亦使器件的工作寿命大大缩短；c、电能转化为热能，毁坏触点、导线及印刷电路板，甚至造成火灾。
（2）设备误动作及破坏数据文件。
2、机房及设备防雷技术的主要措施
程控网络机房及设备通常在建筑物内安置，可按对建筑物防雷技术处理。对建筑物的整体防雷保护分为外部雷电保护与内部雷电保护。外部要作好接闪器、引下线的选择和布置。内部通过等电位连接、屏蔽等措施对雷电电磁脉冲进行防护。
2.1外部防雷技术措施
外部防雷装置是由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用于防直击雷。直击雷即雷电直接击中设备所在建筑物或设备连接线路并经过网络设备入地的雷击过电流。防止直击雷主要措施：
（1）接闪器
采用接闪器接闪雷电，将雷电流雷电引向自身且尽快安全地散流到大地上，并尽可能使每一根引下线所流经的雷电流都相对平均，以减少强大雷电流对周围线路、设备造成迫害性的影响。
（2）接地装置
接地是防雷系统中最基础的环节。电子计算机机房接地装置应满足下列接地要求:交流工作接地, 接地电阻≤4Ω，安全保护接地, 接地电阻≤4Ω，直流工作接地，接地电阻根据计算机系统具体要求确定[1]。
2.2内部防雷技术措施
建筑物内部防雷电电磁脉冲的设计要有一定的层次性，对建筑物需要保护的空间，根据环境区域受保护情况以及其边界上电磁场状况的明显变化将环境区从外向内分为若干防雷保护区(LPZ)。为了实现内部避雷，对于侵入室内雷害的治理是多方面的，需要采取综合防护措施，对进出各保护区的电线、金属管道等都要连接避雷及过压保护器，这些措施主要包括屏蔽、等电位连接和过电压保护等[2]。
（1）屏蔽
屏蔽就是利用各种金属屏蔽体,阻挡和衰减施加在信息系统设备上的电磁干扰或过电压能量。利用电磁屏蔽的原理，在机房内六面安装金属屏蔽网，其中地板采用全钢防静电地板，吊顶天花采用金属屏蔽天花，形成法拉第笼，将该屏蔽网与接地体进行电气连接，同时对进入被屏蔽机房内的电源线、信号传输线等均采用外套金属管状或金属编织网的外导体，并将其接入地网进行屏蔽。机房内的门窗宜采用金属门窗，在实际防雷击的过程中，屏蔽措施防雷击的效果较好。屏蔽为减少电磁干扰的感应效应，宜采取以下的基本屏蔽措施：建筑物和房间的外部设屏蔽措施，以合适的路径敷设线路，线路屏蔽。在建筑物或房间的大空间屏蔽是由诸如金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件组成时，这些构件形成一个格栅形大空间屏蔽，穿入这个屏蔽层的导电金属物应就近与其作等电位连接。
（2）等电位连接
建筑物内信息网络系统的电气装置、防雷装置以及进出建筑物的电源线、信号线均应采取等电位连接。在建筑物电器装置内,等电位连接是将建筑物的金属结构、各种金属管道、信息系统信号电缆屏蔽层以及配电系统的保护接地等在某一电位参考点上相互连接,达到电位相等。
（3）过电压保护措施
过压保护功能往往是通过安装于设备的电源、信号等线路上的各种电涌保护器(SPD)实现的,目前的保护器具有的保护功能有气体放电模块、限流电阻模块、瞬变抑制二极管模块、热冲击保险和热断路器模块几个功能块组合而成。避雷器主要串接在线路的两端设备的接口处。首先，服务器100M输入端口处安装单口RJ45 端口信号避雷器,以保护服务器；其次，24口网络交换机串联24 口的RJ45 端口信号避雷器,避免因雷击感应或电磁场干扰沿双绞线窜入而毁坏设备；再次，在DDN专线接收设备上安装单口RJ11 端口信号避雷器,保护 DDN 专线上的设备。
（4）合理的综合布线
布线是一项专业性很强的工作,其布线方案,在设计阶段就应该考虑到雷电安全问题。布线工作包括程控交换机的中继线、内线、电力供电线、室内接地线等。设备的传输网络在室外是采用架空和埋地两种方法。其中对架空线缆应把电话线或电缆在入房前埋地,埋地长度>2ρ(ρ为接地电阻的电阻率, 单位为(Ω*m)，实际长度>50m。而埋地一般是采用金属铠装电缆直接埋地,或非金属屏蔽电缆穿金属管直接埋地。从避雷角度来讲,在有条件的情况下入室电纜应选择埋地方式。传输网络在室内应沿专用的信号电缆槽布线,避免沿大楼结构柱或紧贴外墙敷设;强弱电电缆不宜同槽敷设,以减小干扰。
3、结语
电子信息技术的广泛应用，带来了建筑物信息网络系统防雷技术措施的运用。防雷主要外部和内部防雷措施的综合系统。外部防雷装置是由接闪器、引下线和接地装置组成，主要用于防直击雷。内部防雷装置主要由等电位联结系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统和浪涌保护器等组成，主要用于减小和阻止雷电流在需要防护空间内所产生的电磁效应。为了信息网络系统的安全使用，在设计与施工中要充分重视，严格按照国家有关建筑物电子信息系统防雷规范的要求进行设计与施工。
参考文献
[1] GB50174-1993，电子计算机机房设计规范[S].北京，机械工业出版社
[2] GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S]. 北京，机械工业出版社