计算机网络雷电防护措施研究

张宏建

（郑州市科技工业学校，河南郑州 450053）

由于计算机和信息技术的不断发展，电子设备也在不断推陈出新，应用范围不断扩大。为了保护这些电子设备，避免雷击给通讯网络造成严重的损失，不但要在这些电子设备上安装避雷效果比较好的避雷针和避雷带，还要对使用这些电子设备的计算机网络系统展开雷电浪涌感应监控，对电源体系、信号体系实行可靠的雷电防护，并且安装一些效果良好的防雷接地设施。

1 功能需求

雷电对电子设备的破坏性是十分强大的，室内设施的防雷措施主要是针对感应雷的出现。每一次闪电的发生，都会产生很大的雷电能量，这些能量将会以各种各样的形式在电流传输过程和网络信息传播过程中进行传播。在建筑物和电线受到雷电袭击之后，会产生一定的雷电波段，这些波段将会顺着避雷设备、金属物体、线路等，特别是在传播线路中产生电磁波之后，会引起平常所说的高压电袭击，引起火灾或者是人生伤害事件的发生。同时，雷电产生的电流从金属导体中传播结束之后，导体内产生的波阻抗和其与地连接之后引起的电位升高。

2 功能实现

计算机还有网络系统中使用的电子设备，基本上都是一些电子元件集装而成的，它们对过电压和过电流的抵抗能力能力非常小，经不起雷电电磁波产生的脉冲电压电流的冲击，对浪涌产生的电磁波十分敏感。很低的十几伏的电压都可以经过电源线和资料传输线的连接对计算机的主板等部位造成严重的损害。由雷电引起的电磁感应和电磁波所引起的雷电电磁脉冲(LEMP)是造成通讯设施损害的主要原因，因此，想要保证计算机电子设施的使用安全，必须要针对雷电产生损坏的主要途径和方式，设计减少这种损坏的系统，在设计的过程中，我们必须遵循的原则是：从整体出发，从大局考虑，对整个系统实行多重保护，尽最大可能把损害降低到最小范围。

2.1 确定防雷等级

主要通过下面的计算方式确定建筑物每年会遭受几次雷电袭击：

式(1)中：N代表的是建筑物大概会遭遇雷击次数(次/a)；Ng=0.024Td

1.3；k可以对雷击次数进行校正；Ng代表的是建筑物所处地理环境的雷击次数密度[次·(km-2a-1)]；Ae为代表的是可以承受和建筑物同样多雷击次数的平地面积(km2)；Td该代表本地一年会有多少天有雷电袭击。

正常情况下k=1。还有一些比较特殊的情况K值如下：(1)环境偏僻单独的建筑物取2；(2)主要建筑材料为砖木结构金属外表取1.7；(3)距离河湖、山坡和山地中环境比较潮湿、电阻较小等地的建筑物取1.5；从上文中对每年大概雷击次数的计算机运行风险等级的评估，确定需要采取的防雷等级，根据国标GB50057-94(2000年版)中写明的要求，对直击雷实行比较好的防护。

2.2 网络系统和瞬态过电压保护设计

雷电防护区(LPZ)可以区分为：(1)直击雷非防护区(LPZ0A)，这里电磁场非常强大，所有的物体都可以遭到直击雷的袭击；(2)直击雷防护区(LPZ0B)，电磁场和上一个区域一样没有变化，所有物体基本不遭受雷击；(3)第一防护区(LPZ1)，对建筑物采取了屏蔽手段，电磁场的强度有所减弱，区域内的物体不会遭到直接雷击；(4)第二防护区(LPZ2)，电磁波和电磁感应进一步削弱；(5)第一防护区(LPZn )，减小相应的雷电电磁脉冲，对前文的第二防护区的防护水平进一步加强（见图1)。

图1 雷电防护区(LPZ)的划分布局

等电位连接主要是针对计算机机房采取的一种雷击防护手段，其主要是通过减小雷电袭击引起的电位差来实施保护。对上文的雷电防护区的区分进行研究可以发现：计算机机房外基本处于没有防护的状态，这个范围内的设施很容易受到损害，风险最高，属于暴露区，是0区域；依据建筑物内部的结构和计算机安装的位置，还可以划分两个区域，越靠近内部，风险越低。保护区的防护主要依靠安装的防雷设施和建筑物自身的结构材料构成的屏蔽形成。电流则可以通过建筑物内部的钢筋实现连接，因此，必须在建筑物内部设置一定的等电位连接点。

2.3 浪涌保护器SPD设计

雷击电压的能量是根据不同的级别分别向外排放的(见图2)。

SPD技术主要是针对雷电袭击引起的电涌过电压采用的一种防护措施。连接机房建筑的电源线和通信线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区连接处，还有终端设施，在大楼的前端依据对雷电电磁脉冲进行防护的标准，安装对电源和通讯网络信号进行防护的SPD，依据上文的图标原理安装不同级别的浪涌保护器SPD。

图2 雷击电压的能量分级泄放

3 防雷装置运行维护

3.1 在把计算机防护设备安装完备之后，要对安装的环节进行检测并试运行安装是不是成功，系统和设备是不是可以正常工作。假如发现问题要及时解决，从而确保整个系统的工作状态正常。

3.2 在雷电多发季节来临之前，对整个系统展开检查和维护。

3.3 在每一次雷电来临之前都要对防雷设施展开检查，特别是雷雨季节，更是要加强防护。

3.4 整个防护装置的关键部位要每年检查一次，并且要及时做好记录。

4 结束语

一个计算机网络防护措施，想要取得比较好的防护效果，必须要有比较好的防雷设施，另一方面要综合考虑计算机网络处于什么样的环境之中，设计出比较合适的线缆安装方式、信息屏蔽方式和线路接地方式。总而言之，在对地理环境等一系列因素综合考虑的基础上，对雷击活动规律进行研究和分析的基础上，对被保护对象可能遇到的雷击风险进行评估，确定好需要采取什么样的防雷设施，在对防雷设施进行严格分析的基础上，使用科学的防雷手段，实现安全、经济和可操作性的防护目标。

[1] 虞昊，臧庚媛，赵大铜.现代防雷技术基础[M].北京：气象出版社，1995.

[2] 傅世峰.福建省广播影视集团播出中心[J].广播与电视技术，2006，12.

[3] 李 健，邢建忠.计算机防雷电安全技术研究[J].山东气象，2000，2.

[4] 苏邦礼，崔秉球，吴望平，等.雷电与避雷工程[M] .广州：中山大学出版社，1999.