计算机信息系统的雷电干扰及有效防护措施

漳州市避雷装置安全监测所 赵周杰 傅景龙

如今，随着计算机技术以及互联网的高速发展，社会各个行业均开始广泛应用计算机信息系统。计算机基本上渗透到我们的日常生活、学习、工作的各个方面。计算机信息系统作为现代计算机技术以及通信技术不断发展衍生的产物，既可以属于计算机及其外设组成的单机系统，也可以是网络系统。计算机信息系统中涉及到许多集成电路信息设备，其耐受过电压以及过电流水平均非常低，极易遭受雷电干扰，轻则影响计算机信息系统的正常运行，严重时会导致系统直接瘫痪，设备被被雷电击坏。基于此，加强计算机信息系统的雷电防护工作至关重要。本文首先阐述了计算机信息系统概念及防雷工作的必要性，接着重点分析了计算机信息系统的雷电干扰及有效防护措施，以供同行参考。

0 引言

雷电属于一种自然现象，它具备瞬态电流大、电磁辐射强以及危害大等特点，对人们的正常生产生活均会带来不良影响，不仅会造成严重的经济损失，而且还会造成人员伤亡事故[1]。因此，本文根据防雷实践经验，首先阐述了计算机信息系统概念及雷电防护的必要性，接着重点分析了计算机信息系统的雷电干扰及有效防护措施，为今后更好开展计算机信息系统防雷保护工作提供指导。

1 计算机信息系统的概述及雷电防护的必要性

1.1 计算机信息系统概述

结合《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》了解到，计算机信息系统主要是由计算机及与之有关的网络、设备等共同组成的，它实际上是依据某些使用的具体需求对相关信息资料进行一系列操作（采集、处理、保存、发送以及检索）的人机系统。简单点来说，它大体上就是设备、技术以及人的人机系统。计算机信息系统不但可以作为一台计算机及其外设组成的单机系统，还可看作网络系统。平时大家经常提到的网络系统包含互联网、局域网以及广域网，这些均属于公共信息系统。计算机信息系统是用通信设备以及通信线路将分布在不同区域的具备独立功能的若干计算机系统进行连接，在网络软件的作用下实现各系统之间的数据通信以及资源共享的系统，它属于现代计算机技术以及通信技术相结合的产物。

1.2 计算机信息系统雷电防护的必要性

由于各种计算机信息系统涉及到计算机网络系统、通讯设备等电子信息系统，并且使用越来越频繁，在工业、商业以及事业单位等各个领域发挥的作用均特别大，每天一个计算机信息系统往往需要分析处理非常多的数据量资料，计算机信息系统基本上每时每刻均需要采集许多的数据，并且对它们进行分析处理。所以，任何时刻的计算机信息系统故障均可能会给用户造成难以评估的损失。而雷电较强的雷电流以及电磁脉冲对计算机信息系统的设具备强大的干扰性以及破坏性[2]。例如，1989年8月中旬黄岛油库一次雷击事故中，由于避雷针遭遇雷电袭击导致计算机房电子设备感应雷反击使得黄岛油库发生火灾，大火持续近五十多个小时，此次雷击火灾造成19人死亡，78人受伤，带来的直接经济损失达数千万元。2007年4月1日，河南省驻马店市西平县的一次强雷暴天气导致八百余台电视机、计算机、通信设备因为雷电袭击而受到损坏，造成的经济损失达二十余万元。由这一系列雷击事故可知雷电的危害是非常大的，计算信息系统受雷电的干扰特别严重。基于此，加强计算机信息系统的雷电防护工作十分必要。

2 计算机信息系统的雷电干扰

2.1 直击雷入侵造成的干扰

在雷击落点处于高电压侧的时候，雷电形产生的雷电流、过电压，通过供电线路进入计算机信息系统网络中心供电模块，电源会受到很大的冲击，还可能会造成断电与网络系统崩溃等突发故障；当雷电击中计算机信息系统时，很强的冲击力往往会直接造成通信线路被烧毁，过电压凭借通信线路进入至计算机信息系统，使得交换机以及路由器等部件也会遭受一定的破坏；在无线通信天线遭受雷击干扰的时候，由天馈线入侵至计算机信息系统，使得设备的路由器、通信接口和别的网络通信仪器会因为雷击而损毁[3]。

2.2 感应雷入侵造成的干扰

针对计算机信息系统，其感应雷基本上涉及到两种，分别是静电感应以及电磁感应。其中，静电感应具体表示:当雷电出现于架空线路周边区域的时候，在静电感应的作用下架空线累积了大量相反电荷，带来暂态过电压波。过电压波在较短时间内经架空线入侵到计算机信息系统中心且对其带来较大的破坏；电磁感应表示:雷电将避雷装置击中之后，因为雷电流幅值越来越大，在雷电流通道附近形成特别强的感应电磁场。这种磁场往往会在电源线上直接进行感应，同时凭借感应过电压的方式进入计算机信息系统中，对计算机信息系统造成一定的干扰和破坏[4]。

2.3 雷击地电位抬高入侵造成的干扰

在遭受雷击之后，雷电流借助于引下线、接地体朝大地进行传输，同时和接地体的附近区域进行放射型电位分布，假如发现它和计算机信息信息系统设备设施靠近产生电位反击，那么此时的电压往往能够达到上万伏[5]。而计算机机房所处建筑物的防雷装置不仅仅无法起到有效防护效果，甚至会引雷入室，对计算机信息系统带来较大的危害，所以计算机信息系统中心的防雷应构建多层防雷系统，要层层做好防护，才可以确保计算机信息系统的安全性。

3 计算机信息系统雷电有效防护措施

3.1 计算机信息系统的直击雷防护措施

直击雷一般会对计算机所处建（构）筑物造成直接危害，针对直击雷的有效防护措施通常会选择防雷带、接闪针、防雷网以及接地装置等措施。接闪针、防雷带、防雷网通常布设于房子的顶端。防雷带、接闪针、防雷网等都需要设置若干引下线，最少要超过四根引下线进行均匀布设，相邻线的间距离不能太大，要求不超过12m，且和各个楼层闭合的接地母线保持连接，凭借最短的距离与接地网相连接[6]。引下线的均匀布设可以较好地避免引下线相距过近，且获得电位均衡的效果。计算机主控机房的房顶同样需要布设接闪针、避雷装置，且选择镀锌扁钢，要求分别和上面的防雷带、下面的接地网保持相连，这样可以对内部的计算机设备及配套仪器进行较好地保护。计算机房里面的接地汇流排也需要接入接地网，同时需要注意各类仪器的保护接地、金属外壳、走线架、工作接地等都在和汇流排保持相连的时候要求距离处于最短状态，它们共同构成1个等电位体。电源系统接地网、机房接地网、通讯系统接地网均需要有效连接，布设形成统一的接地网，实现均压效果。通讯系统雷电防护是计算机信息系统防雷不可或缺的部分，对于雷击的各种路径，采取对应的雷电防护措施，才可以获得有效的防护作用。同一建筑物内输电电源线路以及建筑物的防雷装置一起使用1个接地网，建筑物的主钢筋需要进行搭焊连接，还要与各层的均压网进行连接，并且将其焊接为电气上连通的接地系统，从而达到减少反击过电压的目的。

3.2 计算机信息系统的感应雷防护措施

感应雷包括静电感应雷以及电磁感应雷。因为雷电流会形成较强的交变磁场，导致附近的金属元器件形成感应电流，此类电流极易向附近物体放电，若感应至联机的导线势必会对计算机信息系统带来较大的损害，所以需要采取有效的雷电防护措施[7]。

3.2.1 信息系统控制中枢供电系统的感应雷防护措施

供电变压器的高低压侧、架空线路终端杆都需要安装金属氧化物避雷装置，屋里面380V交流电源屏内同样需要安装避雷装置。380V交流中性线在电源室需要连接于接地母线。各电源的所有接地线需要和分布在电缆沟内的铜排保持相连，铜排要求和计算机机房环形接地母线保持相连[8]。

3.2.2 雷电电磁干扰的防护措施

计算机信息系统的机房可以安装电磁干扰防护的屏蔽网，在对其进行布设的时候需要结合抗电磁干扰的实际需求来确定。全面的屏蔽网属于紧闭的金属壳体，主要借助于各金属屏蔽体来阻挡亦或者减少进入计算机机房的电磁干扰亦或者过电压能量。具体屏蔽措施如下:（1）机房屏蔽措施。计算机信息系统屏蔽可结合计算机机房内仪器设备的功能以成本等情况选择最佳的屏蔽方式。通常情况下，我们可借助于计算机所处建筑的金属部件（金属的门窗、钢筋、框架等）进行焊接，共同构成一个法拉第笼，同时和地网保持有效连接，构成屏蔽网。计算机信息系统相关仪器设备可结合需求进行多级屏蔽。再者，计算机机房在进行防雷系统部布设的时候应注意进行防静电处理，可以选择防静电铝塑板布设墙壁，同时和计算机机房共地系统连接，使计算机机房构成法拉第笼，从而有效屏蔽外界电磁场[9]。（2）信号线、电源线的屏蔽。架空电线在进入计算机机房之前需要采取屏蔽措施，屏蔽的两端均需要应=可靠接地；室内外的信号线也需要屏蔽，屏蔽线缆传入金属管理地，同时要求屏蔽层的2端进行接地。不管是电源线亦或者信号线在入室的时候，还需采取分流方式。（3）天线电缆的屏蔽措施。结合等电位的具体需要，该屏蔽措施要求在房顶、计算机机房内、进入过线桥等区域进行接地。雷电在对信息系统进行袭击的时候，天线电缆外皮中会存在雷电流，这个电流在线缆间形成感应电压。选择屏蔽以及接地方式能够最大程度地减轻过电压对计算机信息系统设备的危害。

3.2.3 线路来波的防护措施

因为雷电对金属管道亦或者架空线路所形成的雷电波往往会顺着各类管线进入计算机信息系统，严重威胁到计算机信息系统设备以及相关工作人员的安全。所以需要采取有效的防护措施。（1）在计算机信息系统入户位置布设避雷装置，从而对入波过电压的幅值进行限制。在具体布设过程中，应科学选用避雷装置的装设区域，确保不管在哪种运行形式下，主电源室的变压器至避装置以及各电气设备至避雷装置的电气距离均不超过其允许的最大距离。（2）布设进线段保护措施，以降低危险雷电波形成的几率。通常情况下，电抗线圈对电气设备的雷电防护效果比较明显，对于主电源室的进线防护位置的终端杆上一般可以布设1组电抗线圈，从而达到防御雷电波的理想效果。若选择电缆，那么在电缆以及架空线路的连接位置可以采用避雷装置保护，它的接地要求和电缆的金属外皮保持连接状态。在避雷装置保护器的布设过程中，需要尽量确保保护器的电阻小于4Ω，同时要确保接地线路的长度保持最短状态，电源保护器可以在较短的时间内促使雷电的电压和电流泄入地面。接地线路的直径要求与有关防雷实际要求相吻合，确保接地端的接地良好，防止雷击事故的发生。

4 结语

总之，随着科学技术以互联网的不断发展，计算机信息系统开始在各个领域得到广泛应用，由于计算机系统涉及到大量集成电路信息设备，特别容易遭受雷电袭击和干扰，严重威胁到计算机信息系统的安全、稳定运行。所以，要加强计算机信息系统的防护工作，不仅需要采取合理的直击雷防护措施。而且还要采取科学有效的感应雷、线路来波防护措施，通过层层防护，才能够取得良好的雷电防护效果，确保计算机信息系统的安全性，最大程度地减少或者避免雷电干扰所造成的各类损失。