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1、雷电及过电压对计算机网络硬件设备的危害很大，轻的造成数据丢失、控制 设备误操作、死机，严重的会毁坏设备，中断服务，甚至使整个网络瘫痪。那么 深入了解雷电感应危害，并有效合理的对雷电感应进行防护，保护计算机电子信 息系统安全，是目前摆在我们面前的当务之急。本文首先对雷电类型及危害进行阐述，分析了高校计算机网络雷电防护的必 要性和电子信息系统防雷的研究现状。第二章，通过建立雷电流底部电流和通道电流的模型，分析雷电流的频谱和 能量分布，进而计算雷电通道周围的电磁场，为后面计算线缆上雷电耦合过电压 做准备。第三章，分析了直击雷和感应雷侵入计算机网络系统的各种途径，并对各种 途径产生的感应过电压和电流以
2、及周围产生的磁场进行了量能分析和计算。根据 分析和计算，针对雷电侵入计算机网络系统的各种途径提出了综合的防护体系。第四章，分析承德医学院校园网现状及承德地理天气状况。第五章，针对陕西理工学院校园计算机网络系统的具体情况，给出了雷电防 护整体方案，包括接地、等电位连接、电源系统防雷、信号系统防雷、屏蔽和规 划 布线等。并且提出建设与维护并重的理念。本文针对计算机网络系统，根据其自身特点，通过计算和分析，分别对直击 雷、感应雷采取了有效的防护措施，为计算机网络系统建立了完整的雷电防护体 系，对于工程实践具有一定的指导意义。关键词：计算机网络 防雷 过电压 等电位 SPDDesign and Imp
3、liment of Lightning Protection forCampus NetworkAbstractBoth lighting and overvoltage are very harmful to computer network hardware which can not only cause data losing , mis-operation of controlling equipment ,machine death , but also destroy devices severely , interrupting service ,even making net
4、work paralysis . Therefore , knowing the dangerous of Lighting Induction deeply and protection reasonably to computer electronic information systems is urgent .Firstly ,this article clarified the forms of lighting and its dangerous and analyzed the need of university computer network lighting protec
5、tion and its status quo of prevention development .Chapter ii Analyzing Lighting Current Spectrum and energy distribution by establishing Buttom Current and Channel Current . Furthermore calculate the electromagnetic field around servicing for calculating coupling overvoltage on cable .Chapter iii A
6、nalying the different ways of invasive computer network systems about zhijilei and induction lei and also calculating the voltage sensors and current with its electromagnetic around . Thus give intergrated protection systems .Chapter iv analyze the specific circumstances of Chengde Medical College C
7、ampus network systems and geogropy weather circumstance . Actually the overall program of lighting prevention systems include grounding , equipotential connection , power system and signal system prevention , shielding and planning cabling etc ,which expressed he theory of both building and maintena
8、nce .This article adapted an efficient protection measures to zhijilei and induction lei according to calculating and analyzing for computer network feature .The establishing complete lighting protection systems guide engineering practice eventually .Key words : computer network: protection; overvol
9、tage; epuipotential; SPD第一章 绪论1.1 雷电的种类和危害雷电是人们熟知的一种自然放电现象，是指一部分带电的云层与另一部分 带异种电荷的云层，或者是带电的云层与地之间的迅猛放电，这种放电过程会 产生强烈的光并伴随巨大的声音。雷电孕育了地球上的生命，但与此同时，雷 电又是不可避免的自然灾害，它巨大的破坏作用严重影响着人类的安全生产的 生命财产安全。雷电危害形式包括直击雷、感应雷和雷电波侵入 1 。(1) 直击雷：雷暴活 动区内，雷云直接通过人体、建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称 之为直击雷。雷电击中人体、建筑物或设备时，巨大的雷电流流入地下，令在 雷击点及其连
10、接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接导致接触电压或跨 步电压的触点事故，强大的雷电流转变成热能，瞬间可释放约数百兆焦耳的能 量。(2)感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由 于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感 应高压，这种高压可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸。 而感应高压通过导线会对设备产生强烈的破坏性。(3)当雷电接近架空管线时， 高压冲击波会沿架空管线侵入室内，造成高电流引入，这样可能引起设备损坏 或人身伤亡事故。如果附近有可燃物，容易酿成火灾。雷电放电电压可达数百万伏至数千万伏，雷电流可达几万至几十万安培2
11、， 从而会引起巨大的机械效应、热效应和电效应，会危及人类及动物的生命安全、 引发火灾、损坏各种建筑物和设备。雷击所造成的灾害性影响，按比较常见的 分类法，分为直接效应与间接效应3 。直接效应指的是在雷击点处由雷击直接 造成的破坏，间接效应指由雷电流辐射的电磁场(LEMP)对电子、电气设备的干 扰与毁损效应。由雷电的直接效应引起的破坏是十分明显的，它所涉及的能量 为雷电放电直接转换而来，能量密度较高。要避免这类破坏，必须使受击物体 能够经受住一定的电流加热及受力效应等，以达到安全而无损地消耗及泄放雷 电能量。雷电间接效应即是伴随雷电流产生的 LEMP 与设备和系统的相互作 用。即使雷电流没有直接
12、流过系统， LEMP 也能产生严重的电磁效应。对于在 LEMP 环境中运行的电子、电力系统，电磁脉冲能量以辐射方式或者传导方式进 入系统，加至设备输入、输出端口，在设备上及其元器件上产生感应电压、电流。 一旦感应电压、电流超过了该设备及其元器件的损伤闽值，轻则使系统的正常 运行受到干扰，重则造成设备的永久性损伤。有资料表明3，一般无屏蔽架空线上最高感应雷击电流幅值可达20KA,无屏蔽 地下电缆线最高感应雷击电压幅值可达12KV, 一般实际信号线路上能出现的 最高感应雷击电流幅值大约在5KA左右。强大的感应电压和电流，不仅能击坏 设备和危及人的生命安全，而且在流过建筑物内的各类导线由于内阻值存在
13、而产 生大量的热量，引起导线周围可燃物体的燃烧，进而引发火灾，造成财产的大量 损失。计算机、控制终端及网络设备的接口是雷电浪涌侵入的薄弱环节，国外研 究表明5：作为现代数字化通信设备的控制计算机对雷电极为敏感。即使几公里 以外的高空雷闪或对地雷闪有可能导致这些通信设备的薄弱环节计算机如 CPU 控制中心误动或损坏。0.03X10T的磁场强度可造成计算机误动，2.4x10-4T即可 使元件击穿。地球上任何时候都有雷电在活动。据统计6，全球每年发生雷暴约 1600 万次，平均每天约发生 4.4 万次。雷电灾害频繁，每年因雷电灾害的经济 损失约10 亿美元1，死亡 3000 人以上。其中美国每年有将
14、近 400 人被雷击 死，财产损失达 2.6 亿美元。雷电也是我国最严重的自然灾害之一，全国有 21 个省会城市的年最多雷暴日数在 50 天以上，最多达到了 134 天。据不完全统 计， 1997 年至 2005 年的 9 年间，全国因雷击造成直接经济损失达百万元以上 的灾害事故有 300 多起，每年因雷击造成上千人伤亡6 。综上所述，在电子信息技术普及的时代，雷电给人类的生命财产安全和生产 安全带来了巨大的威胁和挑战。1.2 校园计算机网络系统雷电防护的必要性校园计算机网络系统是学校的重要基础设施，既是信息平台又是神经中枢。 一般担负着基于 INTERNET 的 WWW、MAIL、FTP、D
15、NS、PROXY 等服 务，还有基于 INTRANE 的教学系统、教学管理系统、办公系统、人事系统、 财务系统、图书系统、一卡通等服务，以及大量的数据资源。网络已经深入到 办公、教学、科研以及生活的各个方面，一旦中断服务或者数据损坏，会直接 影响学校的正常工作，甚至导致学校所有工作的瘫痪，有些损失是不可挽回的。 所以保证校园计算机网络系统稳定高效的运行，显得非常主要。计算机网络系统是由各种电子信息设备组成的，是数据处理中心。一般来说， 包括电源系统、网络系统、通信系统、控制系统、监控系统以及辅助系统 7 。这 些电子设备大都采用大规模超大规模集成电路，高速高效低耗，但也造成这些设 备耐雷电过电
16、压、雷电过电流能力下降，很容易遭受雷电浪涌的侵入。作为现代 通信设备的各种控制单元和计算机终端，对雷电极其敏感。即使几公里以外的高 空雷闪或对地接闪也有可能导致这些通信设备的损坏。根据国外资料8 介绍， 0.03 高斯的磁场强度能造成计算机的误动作， 2.4高斯的磁场强度即可使元件击 穿。雷电过电压对通信设备的影响可分为几类：第一种，对元器件的损害。包括雷电过电压烧坏半导体结；毁坏元件的金属 镀层；毁坏印刷电路板得到导线或触电；瞬态浪涌毁坏可控硅或半导体元件。第二类，误动作及数据文件损坏。包括寄存器、存储器半导体元件，可控硅 非常态动作；毁坏部分数据文件。 计算机与计算机网络技术的飞速发展以及多 媒体技术的广泛应用，改变了传统的教学方式和手段，提高了科研水平管理水平， 乃至我们的生活方式。我们的各种数据、资源也存储在这些系统之中。一旦服务 中断或者数据损失，带来的损失是灾难性的。具有对计算机网络构成威胁的因素是多方面的
