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1、浅谈计算机网络系统防雷接地保护措施随着计算机网络技术的飞速发展和进步，计算机网络的应用越来越得到普及。与此同时，计算机网络系统对雷击的防护要求也越来越高。对计算机网络的设计除了考虑整体的应用、性能、安全等因素外，还应结合防雷接地保护进行综合优化设计，这将直接关系到网络运行的质量和安全。1 计算机网络系统遭雷击的主要原因与途径从避雷针发明使用以来两百多年的实践中，人们发现雷电破坏呈现的形式不是单一的，通常有直击雷危害、雷电电磁脉冲危害，由电子设备耦合的雷电侵入波和雷电的静电感应等感应雷危害，以及雷电地电位反击电压等等。实践证明，以微电子设备为主的计算机网络系统遭雷击事故大都由感应雷引起。所谓感应
2、雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应所产生的雷击。由于微电子设备集成度高、工作电压低、运算速度快, 其耐过电压、过电流(毫安级)和抗雷电电磁脉冲的能力极差，而感应雷电磁脉冲会在微电子设备上引起千伏以上过电压, 所以网络系统极易遭受感应雷的危害。雷击对现代建筑造成破坏的通道也是多种多样的，感应雷主要通过网络机房的供电线路、通信线路与地电位反击这三条通道入侵，对损坏网络系统造成损害。(1)供电线路引入感应雷：试验证明雷电的最大能量谐波发布在工频附近，雷电与采用架空明线的供电线路相耦合的概率极高。有关统计表明，在感应雷击事故中由电源线路引入的感应雷击约占60以上1。在220V电源线上
3、出现的雷电过电压平均可达10000V，对计算机网络系统可造成毁灭性打击。(2)通信线路引入感应雷：通信线路包括网络数据线、各种收/发天线及其馈线、有线或无线通信线路等。当引雷入地产生感应雷时，通讯设备的馈线首当其冲，将感应雷脉冲引入收/发设备和计算机网络，造成设备的损坏。而由于网络接口的耐冲击能力远比电源设备差，其雷击事故要远比电源设备多。(3)地电位反击：按技术规范，要求建筑的交流工作地、安全保护地和建筑物的防雷地等几组地之间应有一定的间隔，并尽可能地采用共地。在没有实行共地情况下，如果保护地(或工作地等)与防雷地距离过近，当雷电流入地时，两地间的电位差就会使保护地瞬间电位上升，形成地电位反
4、击，引起网络设备的损坏。2 计算机网络系统防雷接地的意义过去的防雷主要针对强电系统，雷电磁波的存在危害不了它。随着计算机网络的普及，雷电对设备的破坏途径更加多样，破坏程度更加广泛和深入。国外研究资料表明，当雷击在机房内产生100A/m的电磁场时，就会使计算机工作失效；而当机房内产生的电磁场达到800A/m 时，就会使计算机损坏2。如果雷电造成服务器和主要联网设备损坏，将导致整个网络的瘫痪，造成直接经济损失的同时还会引发不可估量的间接损失。所以，现在的防雷技术重点已转向弱电系统。由于接地是防雷技术中最重要的环节，所以计算机网络系统防雷技术中合理接地的问题也就显得日益突出和格外重要。所谓接地是指电
5、流返回其源的低阻抗通道，是让已经纳入防雷系统的闪电能量释放入大地，是分流和释放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一。计算机网络系统接地的目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地释放，从而保护网络系统设备和人员的安全。没有良好的接地系统或者避雷设施接地不良都会成为引雷入室的祸患，同时还提供了雷电电磁脉冲对电气和电子设备产生电感性、电容性耦合干扰的机会。只有良好的接地，才能有效地降低引下线上的电压，避免发生反击。3 计算机网络系统防雷接地措施 针对雷电对设备破坏形式的非单一性，治理雷害也需多方入手，因地制宜地采取拦截、疏导、屏蔽、分流、接地与布线等综合措施。当前，计算机网络系统防雷措施主要包括
6、防直击雷、良好接地、电磁屏蔽和合理布线等外部与内部两道防线相结合的防雷保护措施。外部防雷包括空气截雷系统、避雷针或避雷带、引下线和接地系统。通常是指在机房所处建筑物上采用接闪器接闪雷电，将雷电流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，实现网络机房的外部直击雷的防护。其接地阻值不大于4。这一环节可将绝大部分雷电流直接引入地下泄散。内部防雷主要是对建筑物内的网络设备及其供电等设施加装防雷与过电压保护装置，并做好可靠接地，以保护设备不受损坏。其可阻塞沿电源或通信线路引入的雷电波。下面主要对内部防雷进行重点探讨。3.1电
7、源防雷保护为防止计算机网络系统受雷电攻击，对供电电源必须安装可靠的防雷保护装置。电源防雷器的接地可单独设置(接地电阻小于10)也可接到下面所述交流地，但绝对不允许与建筑物的避雷针地线相连。3.1.1 电源避雷器的配置对电源系统的防雷从总配电室到机房配电箱分三级加以保护。首先在总低压配电室的电源输出端配置三相箱式电源避雷器1台，作为第一级防雷保护。标称放电电流选用50100kA，预防直击雷3。其次在网络设备所在建筑楼层总配电箱电源引入端配置三相箱式电源避雷器，作为第二级防雷保护。标称放电电流选用40kA ，预防感应雷击或操作过电压3。最后在网络设备机房配电箱电源引入端配置单相电源避雷器，作为第三
8、级防雷保护。标称放电电流选用20kA，预防感应雷击或操作过电压3。 这里要注意的一个问题是千万不能用漏电保护器来代替电源防雷器。虽然过电流漏电保护器遇有雷击时会自动跳闸保护设备，但许多雷击事故表明，当网络机房遭到雷击时，雷电波以1/201/2的光速迅速沿金属线窜入，漏电保护器来不及动作就已被击坏；即使漏电保护器动作跳闸，高达30KA的雷电流也完全有可能击穿间隙，电离空气窜入计算机网络，造成危害4。所以，即使我们在机房的供电线上装了漏电保护器，也还应该安装电源避雷器。3.1.2 采用UPS不间断电源UPS电源具有稳压功能，对入侵线路的浪涌电流和瞬时电压突变在一定范围内具有抑制和净化作用。如遇雷击
9、停电后，UPS的蓄电池经逆变器继续向网络系统供电一段时间，并发一个信号通知计算机和服务器对系统进行保护和数据处理，防止计算机网络系统的软件损坏和数据丢失。所以对网络系统而言，UPS工作的稳定性直接影响网络数据的安全准确性，其维持供电时间的长短则与蓄电池的容量有关。然而，由于雷电具有强度高，瞬间持续时间和频率低的特点，其破坏力极强。要很好预防雷电破坏，保证UPS电源正常运行，还应在UPS电源进线端接入防雷过电压保护器。如果没有UPS电源设备，则必须在电源插座上安装电源过电压保护器，其技术参数有工作电压、起动电压和雷电通流等，根据实际需要选定。3.1.3 联网单机的电源保护对于直接使用低压电源供电
10、的联网单机，可以安装阀型避雷器、交流浪涌保护器和放电管等装置，把从线路上来的浪涌电流引入地下。也可采用保险管加压敏电阻的方法(见图1)保护计算机。当电压超过压敏电阻的有限值时，压敏电阻短路，迅速烧断保险，起到保护作用。该方法经济可行、简易有效。图1 过压保护电路3.2 网络设备接地网络系统的防雷接地是设备安全稳定进行的重要保证。由于网络设备对雷击电磁脉冲极为敏感，易受到电磁干扰和损坏，所以计算机网络机房一般采用独立接地的防雷技术。即将防雷保护接地与网络系统本身的各个接地系统从接地线到接地装置都互不相连，以获得一个干净的“地”，可避免工频电源对信号系统的干扰，各接地体之间的距离应达到10m15m
11、。网络设备接地的需求主要是交流工作接地、直流工作接地和安全保护接地。3.2.1 交流接地交流工作地对于雷电、电磁感应、静电感应、谐振过电压，以及电网操作过电压等，都能起到一定的抑制，既减轻触电危险，又减轻了由放电火花所造成的火灾危险。对电源中性线、隔离变压器的中性线和接地线，以及交流电源设备的地线等设施需要接交流工作地，接地电阻应小于4。3.2.2 直流接地直流接地也称逻辑地。为使计算机网络设备正常工作，设备的所有电子线路必须工作在一个稳定的基准电位上，也就是零电位的参考点。通过接地可以使干扰泄漏，达到衰减和清除干扰的目的。其接地方法有：悬浮接地(称一点接地) 和直接接地等方式，直接接地电阻和
12、接法应按不同的计算机网络系统要求而定。网络设备和通信设备的地线，以及机架和机座；防静电地板；UPS的输出端的接地线等需要接直流工作地，接地电阻应根据设备要求而定。3.2.3 安全保护接地为了设备安全和防止人身触电，网络设备、通讯设备的外壳，尤其是在机房的配电柜、交流稳压器、UPS的外壳都必须接安全保护地。这样不仅可以防止设备带电导线等元件的绝缘损坏而漏电到外壳或机架上产生人身触电危险；同时网络设备外壳接地后屏蔽了一部分外界干扰，这对网络系统的安全运行是非常重要的。保护地一般接在地电阻小于1的公共等电位接地网(指由所在建筑物内及附近的所有金属物，如混凝土内的钢筋、自来水管等用电气连接的方法连接起
13、来形成的良好的等电位接地体)，如果单独接地则接地电阻不应大于4。3.3 电磁屏蔽接地电磁屏蔽主要是针对建筑物、设备和线路的屏蔽，目的是为了减少电磁干扰的感应效应。如果计算机网络设备为非金属外壳，而且建筑物屏蔽未达到要求时，应对机房或设备加装金属屏蔽网或金属屏蔽室。屏蔽体的接地可单独设置，阻值应小于4，也可与等电位连接带连接。良好的屏蔽体接地可使雷电引起的交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。3.4 信号接地主要是指信号传输线的屏蔽层、信号防雷器或信号过电压保护器的接地，接地阻值应小于4。要求主机及服务器的输入/输出接口经过信号防雷器再与网络连接，如需集中监控，监控器电源进线也需经过电压防护
14、插座再插入电源插座，控制信号线经过信号防雷器再与网络连接。过电压保护器的技术参数有特性阻抗、工作频率、信号带宽、保护电平、防御电压和雷电通流等，根据实际需要选定。3.5 计算机网络的布线计算机网络的布线主要是指通信线路和电源线。根据防雷规范的要求，室内计算机和通信设备的位置，以及室内敷设的通信线路均应与建筑物外墙保持一米以上的安全距离。户外的通信线路应采用穿铁管或埋地的方式敷设，并水平直埋50m以上。入口端的金属管和电缆的屏蔽层应做接地处理。入口电源线宜采用埋地方式敷设，且应水平直埋50m以上，埋地深度应大于0.6m。各种线缆之间还应当做到5：(1)电源线不与网络线同槽架设，数据插座与电源插座
15、要保持一定距离，该距离一般大于30cm；(2)广域网线缆不与局域网线缆同槽架设；(3)屏蔽槽应有一定厚度，并要求至少两点接地。当计算机网络的线路按上述原则设计时，可将线路感应雷电脉冲的幅度减小到最低程度。3.6 机房的合理选址从防雷角度来说，主要考虑以下几个方面: (1)避开易发水灾的地方；(2)避开低温、潮湿、雷击频发区；(3)不要设在建筑物的高层或地下室、供水设备的下层或隔壁；(4)要避开有鼠害的地方，防止老鼠咬坏绝缘层和屏蔽层，引起短路和破坏防雷保护设施。对高层建筑而言，一般把机房设在四层以下首层以上的空间。4 结语计算机网络系统对雷电过压的防护要求比较高，其防雷接地保护是一项非常重要的
16、工作。对计算机网络系统进行防雷设计时，应根据机房所在的地理环境进行综合考虑，经过合理的雷电风险分析，针对雷害入侵机房设备的主要来源，结合现有的一些成熟的防雷技术经验，采取经济有效的措施进行整体防护。对于大的计算机网络系统，在机房建设、装修时就需要从电源保护，雷电的分流、屏蔽、接地等方面做好综合防雷保护工作。对于住宅用户的单机联网计算机，最好的办法是在雷雨季节少上网，在有雷电时应及时关断电源，拔断网线，避免损失。参 考 文 献1 田长虹.浅谈电子设备的防雷接地J.厦门科技，2004,2:44462 谢宝永，黄根.从防雷安全角度考虑的计算机网络设计J.现代计算机，2005,2：24273 王永泉.浅谈计算机网络系统防雷设计J.广东水利电力职业技术学院学报 2004,2(3)：33354 杨海洋.
