浅谈防雷在信息网络中的应用

戴红安

中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2009）0110035-01

在电力系统中，防雷是工程中非常重要的一项内容，各种规程、标准都对接地做出非常明确的强制性要求。但是，在信息化高速发达的现代，网络、通信在我们的工作和生活中占据越来越重要的位置，而它的防雷却经常被忽略，这种安全隐患会比电力系统忽略防雷带来更大的损失，雷击的后果往往直接导致设备损坏、网络、通信中断，这种损失在特定条件下往往是不可估量的。

笔者先后从事了电力系统和网络管理的工作，对于信息系统的防雷的重要性有深切体会。2005的夏季，一次雷击造成笔者所在单位共损坏网络交换机4台、网卡8个、显示器1台、光纤收发器6只、多业务交换机板卡5块……。这些直接导致网络和通信服务中断，职工工作受限，如果此时正在进行视频会议、远程控制、网络交易、电话求援等重要活动，产生的后果将无法想像。为此，笔者结合自身工作经验简述一下防雷在信息系统中应用。

一、信息系统防雷接地的基本知识

雷击可以产生不同的破坏形式，国际电工委员会已将雷电灾害称为“电子时代的一大公害”，雷击、感应雷击、电源尖波等瞬间过电压已成为破坏电子设备的罪魁祸首。现代社会的电子设备已步入以大规模集成电路为主的格局。芯片越来越小、功能越来越强，而整体耐过电压、耐过电流的水平直线下降，因而对浪涌电压（SURGE）的防护要求也越来越高了。从大量的通信设备雷击事例中分析，专家们认为：由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲（LEMP）是通信设备损坏的主要原因。

二、信息系统防雷的设置

信息系统的防雷必须比电力系统的防雷做的更全面、更细致，因为偶尔的尖峰脉冲都可能导致电子设备的瘫痪。正因为网络防雷的特殊性，我们可以把防雷工作细分为三个层次。

1．建筑物防雷

建筑物防雷设施包括对直击雷、侧击雷和感应雷的防护三大部分，直击雷是雷电击中建筑物的天面部分；侧击雷是指雷电击中建筑物的天面以下部分，地面以上的部分；直击雷、侧击雷防护设施主要是保护建筑物本身不受损害，以及减弱雷击时巨大的雷电流沿建筑物泄入大地时，对建筑物内部空间产生的各种影响；感应雷则是当雷云发生自闪，云际闪，云地闪时，在进入建筑物的各类金属管，线上产生的雷电脉冲，感应雷的防护设施是对这种雷电脉冲起限制作用，从而保护建筑物内各类电器设备的安全。

建筑物防雷系统是由避雷针、避雷网（带）或混合组成的接闪器，主体结构的柱、梁、板钢筋或外接引下线组成的引下装置，及利用基础自然接地体（桩基、地梁、承台或底板钢筋）或人工接地体组成的接地装置合成，整个建筑形成一个法拉第笼，将雷电流引入大地。这样可以有效的防止雷击损害建筑物并大大降低了雷直接击中网络传输线和网络设备及电源线的可能性，一定程度上起到了网络防雷的作用。

装有避雷针、避雷网的建筑物，可以避免遭雷击损坏，对建筑物的防雷有很好的作用，但是雷击通过避雷针的地线从建筑物顶端流入大地或附近发生雷击的时候，会产生很强的电场，一旦您的网络线、电源输入线、电话线或其它电子设备感应到瞬间高压时，避雷针就无能为力了。

2．电源防雷

电源防雷的主要作用是防止雷击过电压从电源供入端进入设备，保障设备以及数据传输畅通无阻。

首先变配电设备需要安装防雷装置，这一点一般来讲无需另外考虑，通常的变配电设备都已安装。其次，普通插座的接地端要接地，这点是经常被忽视的，在安装布线时，经常为了省事、或为了节省材料，都没有预留地线。地线的好坏不但直接影响着电源防雷器的效能而且还影响到后面要讲到的信号防雷器的效能。因为雷击而造成的各种形式的破坏性的能量几乎都是通过地线释放的，所以，要防雷做好地线是关键。还有一点需要注意的是，有些设备配备的是两眼插座，或配备了三眼插座，却没有接地线，这种情况可以将设备外壳通过馈线连接至接地网。最后也是最重要的就是安装电源防雷器。电源防雷器的作用是使电压维持在一定的范围之内，其作用与稳压电源的作用有点接近，但有着本质的区别。雷击所造成的瞬间电源高压能通过电源防雷器转化电流的形式通过地线释放到大地中，使电源电压在极短的时间内降到设备可接受的程度。

3．信号防雷

虽然在建筑物和电源上安装了防雷保护装置，由于雷击发生时通信线路（如双绞线）感应到过电压，会影响网络的正常运行甚至彻底破坏网络设备，使网络陷入瘫痪。雷击发生时产生巨大的瞬变电磁场，在1公里范围内的金属环路，如网络金属连线等会感应到的极强的感应雷击；另外当电源线或通信线路传输过来雷击电压时，或感容性负载（如空调机）正常启动关机时也会产生相应的大小不等的感应过电压；还有建筑物的地线系统在泻放雷击时，也会产生强大的瞬变电流，对于网络传输线路来说，所感应的过电压已经足可以一次性破坏网络。即使是不是特别高的电压，不能够一次性破坏设备，但是每一次的过压冲击都加速了网络设备的老化，影响数据的传输和存储，甚至当机。

信息传输网络主要使用的是光纤、双绞线、同轴电缆、电话线、音视频线等。光纤不需要特别的防雷措施，但有一点要注意的是：若室外的铠装光纤是架空的，那么需要将光纤的金属部分接地。而双绞线以太网是目前应用最多的方式，由于双绞线屏蔽效果较差，因此感应雷击的可能性比较大，对于跨越建筑物或房间、接近窗口或在室外的双绞线和网络设备之间均需安装RJ10M/100M信号防雷器，以防止双绞线引入的过电压损坏与之相连的网络设备。而同轴电缆、电话线、音视频线等也有专门对应的防雷器。有些公司的方案中可能会推荐在主设备端安装信号防雷器，这种方式的缺点是：由于局部的保护会在雷击来临时造成整个网络的电位不平衡，导致雷击通过中间设备向装有信号防雷器的地点释放，可能会造成雷击点到网络防雷器间的所有设备损坏。室外的信号电缆尽量采用埋地布线的方法，并采取屏蔽处理，比如使用金属管布设，将金属管可靠接地。

三、其他需要注意的地方

等电位网宜采用M形网络，各设备的直流地以最短的距离与等电位网相连接。防止在雷击发生时因感应电压的不平衡造成的电流对设备造成损害。另外，对设备进行屏蔽处理也是一个很不错的方法。除了信号线和电源线外，机房也应作屏蔽处理，具体可以把金属门窗、天花龙骨和防静电专用地板接地，使整个机房电位分布均匀，内部的工作人员和设备会得到较好的屏蔽保护。

总之，信息系统的防雷方案必须综合考虑，从雷击各个可能引入途径进行保护，因此首先是对建筑物整体进行防雷处理，其次对电源做好系统防护，再对接入网络的所有线路进行分析，并根据实际情况安装足够的信号防雷器。仅仅做到这些也并不是就万无一失了，接地系统、等电位系统、屏蔽系统的完善也很重要。通过上述的处理，我们可以将雷击的可能性降到最低，最大限度保护设备的安全，保障信息系统正常运转。