气象台站计算机信息系统雷电防护技术

漳州市避雷装置安全监测所 傅景龙 赵周杰

近些年来，计算机技术和网络技术得到了迅猛发展，伴随着这种发展形势，计算机系统在气象行业得到了广泛应用。在计算机系统中，计算机设备对系统运行有着推动作用，而高密度的精密元件则是计算机设备的关键。一旦台站中的雷电防护水平不足，很容易引发雷击现象，严重威胁着计算机系统安全。因此，本文重点研究气象台站计算机信息系统雷电防护技术，以降低雷电对其的危害，确保台站可以持续稳定运行。

0 引言

随着国民经济建设步伐的不断加快，电子信息设备在国民经济、国防建设和人民生活中发挥着重要作用。各种电子电器、微电子设备等在建筑物中得到了广泛应用，因这些设备和系统的自身的耐压能力差，雷电高电压和雷电电磁脉冲侵入产生的电磁效应和热效应均会对系统和电子设备造成干扰，甚至是损坏。因此，做好计算机信息系统雷电防护刻不容缓[1]。

1 雷电的成因及对计算机信息系统的危害

雷电是夏季常见的自然现象，雷电出现的过程中往往伴随着电闪雷鸣现象。在雷电高发期内，会增加人们生产和生活中的安全隐患。因此，分析雷电成因及对计算机信息系统的危害，对于制定科学有效的雷电防护技术具有十分重要的现实意义。

1.1 雷电成因

雷电是一种常见的自然现象，该天气现象无法干预，在雷电放电时会有电流和电压出现，进而对电子设备安全直接产生影响，严重的情况下会直接摧毁电子电器，影响电子系统的正常运行。一旦大气层温度发生变化，因冷空气的影响会造成空气中的水分子转化为小水滴，小水滴通过不断凝聚而变为积雨云。积雨云云层在快速运动的过程中，会产生很多正、负电荷的离子，在云层上部和下部分别存在正电离子和负电离子，一旦两者的电位差达到一定数值时，就会产生雷电现象[2]。

1.2 雷电对计算机信息系统的危害方式

雷电侵入计算机信息系统主要有直击雷、感应雷、雷电波侵入和地电位反击。

1.2.1 直击雷

直接雷击主要是雷电中的带电云层朝着大点进行放电的现象。直击雷入侵计算机系统，并对其产生危害主要有两种方式:（1）供电线缆入侵。通过电力线路可连接和输入电力线路，以供电线路为媒介，高压线被雷电直接集中后，会有过电压出现在低压线路上，进而对计算机信息系统进行入侵；（2）建筑物或相邻线路被雷电击中后产生雷击脉冲使得设备受损，进而给计算机信息系统带来毁灭性的打击。

1.2.2 感应雷

由于带电云层会产生静电感应，异种电荷将会出现在地面一定区域范围内，尤其是出现雷电天气后，在极短的时间内，云层中的雷电会快速消失，由于散流电阻数值过大，在地面上会有局部高电压出现，或者是出现直击雷后将会产生强大的脉冲电流，使得周围金属物、导线产生电磁感应而引发高电压现象，这种现象则称之为感应雷击。这种情况下，雷电放电造成建筑物内出现强大的电磁场，在对计算机网络系统进行设置的过程中，不同网络的节点和服务器分置会有一定差异。大多数情况下，与外墙距离较近的网络线缆大都是选择垂直布线的方式，通过建筑物另一侧的电缆槽对设备保护线和电源线进行垂直布设，在网络终端设备、适配卡、设备保护线和通信电缆屏蔽层间有闭合回路形成，进而造成计算机信息系统因感应雷而受损。

1.2.3 雷电波

雷电中的雷电波会通过架空线路而进入到机房内，极易损坏机房内的相关设备，甚至对人们生命财产安全产生威胁。若是建筑物外围、架空线路、金属管道等被感应雷或者直击雷击中之后，其产生的雷电波会借助于金属管道、防雷设施、管路、输电线、通信电缆等侵入，进而造成室内电子电器设备遭受不同程度的损坏，严重的情况下则会引发火灾伤亡事故。

1.2.4 地电位反击

地电位反击是以接地体入侵方式为主，一旦接地体安装错误或者地电位数值偏高，当建筑物被雷电击中之后，瞬时会产生强大的电流，并借助于接地体直接进入到大地，在这个过程中会有放射型电位出现在接地体附近，该种现象称之为地电位反击。若是有独立的接地设施或设备布设在建筑物周围，有高电压差或地电位反击出现在计算机与设备或建筑物间，进而损坏计算机设备。

2 计算机信息系统雷电防护原则

（1）对计算机信息系统雷电防护进行设计的过程中，应将地理、地质、土壤、气象、环境等条件、雷电活动规律以及被保护物特点考虑进去，始终坚持预防为主、安全第一的原则，可在设计之前做好现场雷电电磁环境的评估工作。（2）在对计算机信息系统雷电防护进行设计的过程，应做好外部和内部防雷，根据整体工程要求做好全面规划，确保防雷设计经济合理、技术先进和安全可靠。（3）开展计算机信息系统雷电防护应将环境因素、雷电活动规律、设备雷电防护区、系统设备重要性等进行结合，进而制定出科学有效的防护措施[3]。

3 气象台站计算机信息系统雷电防护技术

3.1 等电位连接

若是电子电器设备因雷电电磁脉冲侵入而受损，将会产生严重的经济损失，甚至是人员伤亡，选择等电位连接可以有效预防雷电电磁脉冲。等电位连接属于一种导电装置，可以分开电子信息设备、各种类型的电气设备等，在等电位的基础上可以连接导体，进而将装置与所在建筑物构件间或装置与装置间的电位差降到最低。若是计算机信息系统设备布设在机房内，需要采取科学有效的方法来设置等电位连接网络，针对电器和计算机设备的金属外壳、机柜、机架、金属屏蔽线缆外层、安全保护地、直流工作地、各种浪涌保护器接地端，都应按照就近原则，将其连接等电位连接网络。在建筑物入口处，也就是LPZ0B与LPZ1交界处，应将进入到机房内的热水管、自来水管、中央空调的排风管、电力电缆外铠以及与建筑物直接组合的较大金属构件做好等电位连接，同时还要做好与地网的连接接地。将总等电位接地端子板设置在建筑物内部，在每个楼层或若干楼层的竖井内设置楼层辅助的等电位接地端子，设备机房内也同样设置局部等电位接地端子板。在装设接地端子的过程中，应优先选择方便安装和检查的区域或者是同引入线距离较近的位置，为了提升接地端子的安全性能，延长其使用寿命，禁止将接地端子设置在具有腐蚀性、潮湿且易受机械损伤的区域。应始终确保等电位连接端子板的连接点具有牢固的机械强度和电气连续性特征[4]。

等电位连接的方法主要包括网型（M）结构和星型（S）结构两种。若是选用星型结构对网络进行等电位连接，除了接地基准点ERP的连接处外，系统所有金属组件和共用接地系统的各组件均有足够的绝缘；若等电位连接的过程中选用的网型结构，应保证金属组件与共用接地系统之间的非绝缘性。在连接共用接地系统的过程中可以选取多点方式，若是系统具有复杂性特征，可以将网型和星型结构两者进行结合。

3.2 屏蔽及综合布线

为了避免或者降低雷电中的电磁干扰，需要将屏蔽措施工作做好。而内部线路屏蔽和外部屏蔽进行结合，则能有效降低计算机设备受雷电感应和雷电电磁脉冲的危害，针对重要机房则可以将两者进行结合。在设置机房的过程中，禁止选择建筑高层，可以选择低层处的中心位置。应在LPZ2或LZP3区域内，也就是雷电防护最高级别区域内布设有关设备，应与外墙结构柱子间有一定距离，为了避免直击雷出现时，雷电中的雷电流沿着外墙泄放进入大地，使得周围有较强的电磁场出现而对设备造成损坏，应确保设备与建筑物外墙之间保持1m左右的距离。应结合防雷分区和布设信息设备的要求，对屏蔽措施进行设置，确保内层处雷击产生的电磁干扰不断衰减。对于同建筑物连接的大尺寸金属构件，应将其与等电位连接线进行连接，并与防雷装置相连。在对电缆进行屏蔽时，做好屏蔽层两端或雷电防护区交界处进行等电位连接。对于连接建筑物信号的电缆需在雷电防护区交界处或屏蔽层两端做好等电位连接。应在金属管道内敷设建筑物信号电缆，并做好金属管道两端的电气贯通。为了提升整体防雷效果，需做好可靠接地，在电缆屏蔽层做好等电位连接接地；针对非屏蔽电缆，

进入到室内之前需要对金属管道埋地引入，且埋设深度在10m以上。若是外界条件的作用对金属管道的埋地入户产生影响，可以在一定程度上加长入户屏蔽管或栈桥长度，同时将金属栈桥两端和雷电防护区交界处的等电位连接和可靠接地操作做好。

若系统设备表面是金属外壳，为了连接等电位线，需选择较短的导线；对于非金属外壳的设备，若设备所在建筑物的屏蔽措施同规范要求不符，为了将设备屏蔽工作做好可以选择布设金属网或屏蔽罩。除此之外，还要将金属网或屏蔽罩与等电位连接带之间做好可靠的连接。

为了避免出现雷电电磁脉冲，对于进入到机房内的线缆需在金属屏蔽槽或屏蔽管内进行敷设，并做好多次的等电位连接接地处理。对建筑物防雷进行设计的过程中，应适当增加控制室外墙或机房的钢筋数量，针对控制室内和主机房的门应选择金属材质，窗户上需增加金属网。建筑物内的主钢筋应与金属板门和金属网进行电气连接。

3.3 共用接地系统

将交流工作接地、安全保护接地、防雷接地、直流工作接地、防静电接地等共用的接地装置称之为共用接地系统。共用接地体包含了人工接地体和自然接地体。自然接地体的接地装置是建筑物基础钢筋，若是建筑物缺少基础钢筋地网，可以在建筑物周围散水坡1m外对人工垂直接地体和水平环形接地体进行埋设。应根据计算机设备中的最小值对共用接地系统的接地装置接地电阻值进行确定。在对接地装置材料进行选择时，应将导电性、耐腐蚀性热稳定性、承受雷电流的能力考虑进去，可优先选用热镀锌钢材、铜材及其他新型接地材料。可以选用角钢、圆钢或钢管作为人工垂直接地体材料；而扁钢或圆钢则可以作为人工水平接地体材料。圆钢直径应在10mm以上；扁钢截面积不小于100mm2，厚度在4mm以上；钢管壁的厚度需在3.5mm以上。对于人工垂直接地体来说，其长度应在2～2.5m之间，人工垂直接地体间的距离需是其长度的2倍；若是因外界条件的限制，可以适当减小人工接地体长度；埋设人工接地体的长度需在0.5m以上[5]。

对于信息系统的接地电阻，将土壤电阻率记为r，当r＜100Ω·m，信息系统的接地电阻在1Ω以上最为适宜；若100Ω·m＜r＜1000Ω·m，信息系统的接地电阻需在4Ω以上；若r＞100Ω·m，需在建筑物5m以外的地方埋设环形人工辅助接地网，宜在散水坡1m以外埋设环形水平接地体，且将4根规格均为4mm×40mm以上的镀锌扁钢或φ12以上的镀锌扁钢与建筑物基础钢筋网进行焊接，可以适当放宽接地系统的接地电阻值。

若区域内的土壤电阻率较高，可以选择低电阻接地模块或多支线外延接地装置的方式来降低接地装置的接地电阻，应将外延线昌都控制在60m以内；选择潮湿肥沃的土壤来降低土壤电阻率；为了确保接地电阻值常年保持稳定，应将降阻剂浇灌在地网上或者选用换土法，这些均能降低接地电阻值。

4 结论

综上所述，随着计算机技术和网络技术的日趋完善，其在气象台站中得到了广泛应用。气象台站中包含了很多高精端电子设备，其对计算机系统的应用十分依赖，为了确保计算机信息系统安全，应将雷电防护工作做好，确保计算机信息系统持续稳定运行，以期为人们提供精准的天气信息。