雷電對信息系統的危害及其預防

[摘要] 雷電對信息系統的危害可造成巨大經濟損失。本文分析了雷電對信息系統破壞的途徑，重點介紹了信息系統綜合防雷的措施。通過綜合運用分流、等電位、屏蔽、接地和保護等各項技術，構成一個完整的防護體系，可以有效提高信息系統的安全性，具有一定的理論和實踐意義。

[關鍵詞] 信息系統 雷電 危害 防雷措施

進入二十一世紀，人類科學技術的發展已進入了高度信息化的發展階段，以大規模集成電路元器件為核心的信息系統已廣泛應用于商業和工業的許多部門，置身于網絡、通訊時代，使我們與世界的聯系變得更加的緊密，它給人類帶來了前所未有的方便和快捷。但信息系統因其元器件的集成度愈來愈高，普遍存在著絕緣強度低，過電壓耐受能力差等致命弱點，一旦遭受雷擊、浪涌過電壓的沖擊，輕則造成信息系統運行中斷，設備永久性損壞，重則造成其他相關系統的中斷癱瘓，釀成不可估量的直接與間接的巨大經濟損失和深遠影響。另外，用一般電氣設備的避雷器具、防雷經驗已不足于解決信息系統的防雷問題。因此，加強和改進信息系統的雷電防護，已成為當今亟待解決的問題。

一、雷電對信息系統的危害

雷電災害被國際電工委員會（IEC）稱為“電子化時代的一大公害”，在關于“防雷”的文件中強調指出：鑒于各種形式電子系統的應用不斷增加，這些電子系統包括計算機、通信設備、控制系統等（統稱信息系統）。這些系統應用于商業和工業的許多部門，包括相當大的資金投入、規模和復雜性很大的工業控制系統。出于代價和安全的考慮，雷電對其造成運轉停頓的影響是不可估量的。

雷電對信息系統的危害是顯而易見的，主要是由于設備的電磁兼容能力低，不能承受雷電及強電磁浪涌產生的瞬間過電壓或過電流。而雷電的電磁脈沖無孔不入，波及的空間范圍很大。隨著電子技術的發展，構成計算機網絡設備的電子器件的工作電壓在不斷降低，很多電子設備（元件）的損壞電壓只有幾十伏，承受過電壓時間只有幾十納秒。電子設備越先進，耗能越小、越靈敏，則雷電的電磁脈沖的危害越大。

由于信息系統的應用既離不開電力電源和通訊聯接，又對強電流、高電壓表現出嚴重的脆弱性，使得雷電的電磁脈沖足以對它發生作用，甚至毀掉它。因此雷擊事故也越來越多，直接造成了巨大的經濟損失，而因重要設備損壞使計算機網絡陷入癱瘓后造成間接的損失更是驚人。據美國的保守估計，主要由于雷電電磁脈沖導致計算機網絡失效或損壞，平均每年約占全部故障的70％。我國近幾年雷害事故也頻繁激增，損失巨大。據一些省市統計，信息系統設備因雷害的直接損失約占雷害總損失的80％，造成無法估量的間接損失與社會影響。例如：某銀行清算中心一座33層高樓遭雷擊，導致網絡停止工作3天，幾億元資金無法運行，僅利息損失就達200多萬元；某水力發電廠，一次雷擊，造成大范圍內計算機網絡及電子控制設備損壞，直接經濟損失近90萬元；一場普通雷雨，某地區竟有4個機要部門的高科技設備同時損壞，其影響的嚴重性不難估計。大量嚴酷的事實使我們越來越認識到信息系統防雷的重要性。

二、雷電對信息系統的破壞途徑

入侵信息系統的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：

1.計算機系統的電源由電力線路輸入室內，電力線路可能遭受直擊雷和感應雷；直擊雷擊中高壓電力線路，經過變壓器耦合到220伏低壓，入侵計算機供電設備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應出雷電過電壓。在220伏電源線上出現的雷電過電壓平均可達10000伏，對計算機網絡系統可造成毀滅性打擊。

2.由計算機通信線路入侵，分為三種情況。情況一，當地面突出物遭直擊雷打擊時，強雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進而擊穿外皮，使高壓入侵線路。情況二，雷云對地面放電時，在線路上感應出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電器設備，通過設備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。情況三，若通過一條多芯電纜連接不同來源的導線或者多條電纜平行鋪設時，當某一導線被雷電擊中時，會在相鄰的導線感應出過電壓，擊壞低壓電子設備。

3.地電位反擊電壓通過接地體入侵。雷擊時強大的雷電流經過引下線和接地體泄入大地，在接地體附近放射型的電位分布，若有連接電子設備的其他接地體靠近時，即產生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達數萬伏。

三、信息系統的防雷措施

信息系統遭受雷電的影響是多方面的，其防護系統不但要考慮防直接雷擊，還要考慮防雷電電磁脈沖、雷電電磁感應等。總體上應根據建筑物的特點做好外部防雷措施和內部防雷措施，將外部防雷和內部防雷進行全面規劃，做到協調統一。

1.外部防御系統

信息系統的第一道防線是防直擊雷。在雷電活動特別強的地方，應當在計算機中心機房的建筑物，安裝獨立避雷針（網），把整個建筑物保護起來，通過接閃器、引下線、接地裝置的作用分別完成接閃、分流、散流的過程，將雷電流引到足夠遠處的地方入地，避免雷電流入地時產生的高電位通過電源和信號線反饋造成破壞。重要的計算機機房應該設計為全屏蔽保護形式，對于只有少量終端和一般設備的機房，可按一般建筑物直擊雷防避處理，用避雷針、避雷帶和避雷網，建筑物本身的鋼筋作雷電流引下線與統一地網聯接。

2.內部防御系統

內部防雷措施的作用是防止雷電電磁脈沖、雷電電磁感應等雷害，其主要措施包括等電位連接、屏蔽（隔離）、加裝浪涌保護器，以及合理的布線和良好的接地等措施。

(1)等電位：使建筑物內的各個部位都形成一個相等的電位，把所有的導體相互作良好的導電性連接，并以最短的距離與接地系統連通。其中非帶電導體直接用導線連接，帶電導體通過避雷器連通。其作用：一是為雷電流提供低阻抗的連續通道，將雷電流迅速導入大地泄放。二是使系統各個部份不產生足以產生危害的電位差。

(2)屏蔽：屏蔽的主要目的是使電子信息系統免受雷電電磁脈沖的危害。在鋼筋混凝土建筑中，應盡量利用鋼筋混凝土結構內的鋼筋（即建筑物內地板、頂板、墻面、梁及柱內的鋼筋），使其形成一個六面體的網籠，從而實現屏蔽。由于電子信息設備對屏蔽的要求較高，當建筑物本身的鋼筋所形成的網格密度達不到所需要求時還應另設金屬屏蔽網。為防止雷電波侵入，進出建筑物的電纜均應采用屏蔽電纜，并在屏蔽兩端及雷電防護區交界處做等電位連接并接地。當采用非屏蔽電纜時則應敷設在金屬管道內埋地引入，金屬管還應電氣導通且在雷電防護區交界處做等電位連接并接地。除此之外，其他任何進出屏蔽空間的金屬導電金屬物也應在雷電防護區交界處做等電位連接并接地。

(3)合理布線：信息系統的正常運行離不開電源線路、信號線路等各種管線，為了保證在防雷裝置接閃時這些管線不受影響，就必須考慮防雷系統與這些管線的關系，合理地敷設這些管線才能獲得最好的綜合防護效果。首先，應將這些管線穿于金屬管內，以實現可靠屏蔽；其次，應將這些線路的主干線的垂直部份設置在建筑物的中心部位，避免靠近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應的范圍。在管線較長或橋架等設施較長的路線上還需在兩端接地。第三，信息系統線纜與其他各種管線及配電箱、變電室、電梯機房空調機房之間應保持一定的間距；第四，信號線的布置應盡量減少由線纜自身形成的感應環路面積。

(4)安裝浪涌保護器：雷擊對電子信息的危害主要是以各種形式引起過電壓從而損害電子設備，要有效地防止雷電對信息系統設備的損壞，還需要在各種線路上安裝浪涌保護器（電源線路浪涌保護器、信號線路浪涌保護器、天饋線路浪涌保護器），用以限制瞬態過電壓和分流浪涌電流。據有關統計資料表明，雷電對設備的破壞有80%是經由電源線路侵入的，所以電源系統的防護尤其重要。

(5)共用接地系統：為防止防雷裝置與鄰近的金屬物體之間出現高電位反擊，減少其間的電位差，除了要將建筑物內的各種金屬物體做好等電位連接外，還應將各種接地（交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等）共用一組接地裝置，其接地電阻必須按接入設備中要求的最小值確定。共用接地系統的目的是達到均壓、等電位以減小各種接地設備間，以及不同系統間的電位差。

信息系統的雷電防護是一項系統工程，必須貫徹整體防護思想，綜合運用分流、等電位、屏蔽、接地和保護等各項技術，構成一個完整的防護體系，才能收到預期的效果。

參考文獻：

[1]建筑物防雷設計規范(GB50057-2000)

[2]建筑物電子信息系統防雷技術規范(GB50343-2004)

[3]周志敏等:電子信息系統防雷接地技術[M].北京：人民郵電出版社出版，2004