計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)雷電防護(hù)措施研究

張宏建

（鄭州市科技工業(yè)學(xué)校，河南鄭州 450053）

由于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備也在不斷推陳出新，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。為了保護(hù)這些電子設(shè)備，避免雷擊給通訊網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重的損失，不但要在這些電子設(shè)備上安裝避雷效果比較好的避雷針和避雷帶，還要對(duì)使用這些電子設(shè)備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開(kāi)雷電浪涌感應(yīng)監(jiān)控，對(duì)電源體系、信號(hào)體系實(shí)行可靠的雷電防護(hù)，并且安裝一些效果良好的防雷接地設(shè)施。

1 功能需求

雷電對(duì)電子設(shè)備的破壞性是十分強(qiáng)大的，室內(nèi)設(shè)施的防雷措施主要是針對(duì)感應(yīng)雷的出現(xiàn)。每一次閃電的發(fā)生，都會(huì)產(chǎn)生很大的雷電能量，這些能量將會(huì)以各種各樣的形式在電流傳輸過(guò)程和網(wǎng)絡(luò)信息傳播過(guò)程中進(jìn)行傳播。在建筑物和電線受到雷電襲擊之后，會(huì)產(chǎn)生一定的雷電波段，這些波段將會(huì)順著避雷設(shè)備、金屬物體、線路等，特別是在傳播線路中產(chǎn)生電磁波之后，會(huì)引起平常所說(shuō)的高壓電襲擊，引起火災(zāi)或者是人生傷害事件的發(fā)生。同時(shí)，雷電產(chǎn)生的電流從金屬導(dǎo)體中傳播結(jié)束之后，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的波阻抗和其與地連接之后引起的電位升高。

2 功能實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)還有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用的電子設(shè)備，基本上都是一些電子元件集裝而成的，它們對(duì)過(guò)電壓和過(guò)電流的抵抗能力能力非常小，經(jīng)不起雷電電磁波產(chǎn)生的脈沖電壓電流的沖擊，對(duì)浪涌產(chǎn)生的電磁波十分敏感。很低的十幾伏的電壓都可以經(jīng)過(guò)電源線和資料傳輸線的連接對(duì)計(jì)算機(jī)的主板等部位造成嚴(yán)重的損害。由雷電引起的電磁感應(yīng)和電磁波所引起的雷電電磁脈沖(LEMP)是造成通訊設(shè)施損害的主要原因，因此，想要保證計(jì)算機(jī)電子設(shè)施的使用安全，必須要針對(duì)雷電產(chǎn)生損壞的主要途徑和方式，設(shè)計(jì)減少這種損壞的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們必須遵循的原則是：從整體出發(fā)，從大局考慮，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)行多重保護(hù)，盡最大可能把損害降低到最小范圍。

2.1 確定防雷等級(jí)

主要通過(guò)下面的計(jì)算方式確定建筑物每年會(huì)遭受幾次雷電襲擊：

式(1)中：N代表的是建筑物大概會(huì)遭遇雷擊次數(shù)(次/a)；Ng=0.024Td

1.3；k可以對(duì)雷擊次數(shù)進(jìn)行校正；Ng代表的是建筑物所處地理環(huán)境的雷擊次數(shù)密度[次·(km-2a-1)]；Ae為代表的是可以承受和建筑物同樣多雷擊次數(shù)的平地面積(km2)；Td該代表本地一年會(huì)有多少天有雷電襲擊。

正常情況下k=1。還有一些比較特殊的情況K值如下：(1)環(huán)境偏僻單獨(dú)的建筑物取2；(2)主要建筑材料為磚木結(jié)構(gòu)金屬外表取1.7；(3)距離河湖、山坡和山地中環(huán)境比較潮濕、電阻較小等地的建筑物取1.5；從上文中對(duì)每年大概雷擊次數(shù)的計(jì)算機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)估，確定需要采取的防雷等級(jí)，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB50057-94(2000年版)中寫明的要求，對(duì)直擊雷實(shí)行比較好的防護(hù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)

雷電防護(hù)區(qū)(LPZ)可以區(qū)分為：(1)直擊雷非防護(hù)區(qū)(LPZ0A)，這里電磁場(chǎng)非常強(qiáng)大，所有的物體都可以遭到直擊雷的襲擊；(2)直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)，電磁場(chǎng)和上一個(gè)區(qū)域一樣沒(méi)有變化，所有物體基本不遭受雷擊；(3)第一防護(hù)區(qū)(LPZ1)，對(duì)建筑物采取了屏蔽手段，電磁場(chǎng)的強(qiáng)度有所減弱，區(qū)域內(nèi)的物體不會(huì)遭到直接雷擊；(4)第二防護(hù)區(qū)(LPZ2)，電磁波和電磁感應(yīng)進(jìn)一步削弱；(5)第一防護(hù)區(qū)(LPZn )，減小相應(yīng)的雷電電磁脈沖，對(duì)前文的第二防護(hù)區(qū)的防護(hù)水平進(jìn)一步加強(qiáng)（見(jiàn)圖1)。

圖1 雷電防護(hù)區(qū)(LPZ)的劃分布局

等電位連接主要是針對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房采取的一種雷擊防護(hù)手段，其主要是通過(guò)減小雷電襲擊引起的電位差來(lái)實(shí)施保護(hù)。對(duì)上文的雷電防護(hù)區(qū)的區(qū)分進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)機(jī)房外基本處于沒(méi)有防護(hù)的狀態(tài)，這個(gè)范圍內(nèi)的設(shè)施很容易受到損害，風(fēng)險(xiǎn)最高，屬于暴露區(qū)，是0區(qū)域；依據(jù)建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)安裝的位置，還可以劃分兩個(gè)區(qū)域，越靠近內(nèi)部，風(fēng)險(xiǎn)越低。保護(hù)區(qū)的防護(hù)主要依靠安裝的防雷設(shè)施和建筑物自身的結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的屏蔽形成。電流則可以通過(guò)建筑物內(nèi)部的鋼筋實(shí)現(xiàn)連接，因此，必須在建筑物內(nèi)部設(shè)置一定的等電位連接點(diǎn)。

2.3 浪涌保護(hù)器SPD設(shè)計(jì)

雷擊電壓的能量是根據(jù)不同的級(jí)別分別向外排放的(見(jiàn)圖2)。

SPD技術(shù)主要是針對(duì)雷電襲擊引起的電涌過(guò)電壓采用的一種防護(hù)措施。連接機(jī)房建筑的電源線和通信線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)連接處，還有終端設(shè)施，在大樓的前端依據(jù)對(duì)雷電電磁脈沖進(jìn)行防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，安裝對(duì)電源和通訊網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行防護(hù)的SPD，依據(jù)上文的圖標(biāo)原理安裝不同級(jí)別的浪涌保護(hù)器SPD。

圖2 雷擊電壓的能量分級(jí)泄放

3 防雷裝置運(yùn)行維護(hù)

3.1 在把計(jì)算機(jī)防護(hù)設(shè)備安裝完備之后，要對(duì)安裝的環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)并試運(yùn)行安裝是不是成功，系統(tǒng)和設(shè)備是不是可以正常工作。假如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)解決，從而確保整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)正常。

3.2 在雷電多發(fā)季節(jié)來(lái)臨之前，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)展開(kāi)檢查和維護(hù)。

3.3 在每一次雷電來(lái)臨之前都要對(duì)防雷設(shè)施展開(kāi)檢查，特別是雷雨季節(jié)，更是要加強(qiáng)防護(hù)。

3.4 整個(gè)防護(hù)裝置的關(guān)鍵部位要每年檢查一次，并且要及時(shí)做好記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防護(hù)措施，想要取得比較好的防護(hù)效果，必須要有比較好的防雷設(shè)施，另一方面要綜合考慮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)處于什么樣的環(huán)境之中，設(shè)計(jì)出比較合適的線纜安裝方式、信息屏蔽方式和線路接地方式。總而言之，在對(duì)地理環(huán)境等一系列因素綜合考慮的基礎(chǔ)上，對(duì)雷擊活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)被保護(hù)對(duì)象可能遇到的雷擊風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，確定好需要采取什么樣的防雷設(shè)施，在對(duì)防雷設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格分析的基礎(chǔ)上，使用科學(xué)的防雷手段，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)和可操作性的防護(hù)目標(biāo)。

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