雷电对信息系统的危害及其预防

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[摘要] 雷电对信息系统的危害可造成巨大经济损失。本文分析了雷电对信息系统破坏的途径，重点介绍了信息系统综合防雷的措施。通过综合运用分流、等电位、屏蔽、接地和保护等各项技术，构成一个完整的防护体系，可以有效提高信息系统的安全性，具有一定的理论和实践意义。

[关键词] 信息系统 雷电 危害 防雷措施

进入二十一世纪，人类科学技术的发展已进入了高度信息化的发展阶段，以大规模集成电路元器件为核心的信息系统已广泛应用于商业和工业的许多部门，置身于网络、通讯时代，使我们与世界的联系变得更加的紧密，它给人类带来了前所未有的方便和快捷。但信息系统因其元器件的集成度愈来愈高，普遍存在着绝缘强度低，过电压耐受能力差等致命弱点，一旦遭受雷击、浪涌过电压的冲击，轻则造成信息系统运行中断，设备永久性损坏，重则造成其他相关系统的中断瘫痪，酿成不可估量的直接与间接的巨大经济损失和深远影响。另外，用一般电气设备的避雷器具、防雷经验已不足于解决信息系统的防雷问题。因此，加强和改进信息系统的雷电防护，已成为当今亟待解决的问题。

一、雷电对信息系统的危害

雷电灾害被国际电工委员会（IEC）称为“电子化时代的一大公害”，在关于“防雷”的文件中强调指出：鉴于各种形式电子系统的应用不断增加，这些电子系统包括计算机、通信设备、控制系统等（统称信息系统）。这些系统应用于商业和工业的许多部门，包括相当大的资金投入、规模和复杂性很大的工业控制系统。出于代价和安全的考虑，雷电对其造成运转停顿的影响是不可估量的。

雷电对信息系统的危害是显而易见的，主要是由于设备的电磁兼容能力低，不能承受雷电及强电磁浪涌产生的瞬间过电压或过电流。而雷电的电磁脉冲无孔不入，波及的空间范围很大。随着电子技术的发展，构成计算机网络设备的电子器件的工作电压在不断降低，很多电子设备（元件）的损坏电压只有几十伏，承受过电压时间只有几十纳秒。电子设备越先进，耗能越小、越灵敏，则雷电的电磁脉冲的危害越大。

由于信息系统的应用既离不开电力电源和通讯联接，又对强电流、高电压表现出严重的脆弱性，使得雷电的电磁脉冲足以对它发生作用，甚至毁掉它。因此雷击事故也越来越多，直接造成了巨大的经济损失，而因重要设备损坏使计算机网络陷入瘫痪后造成间接的损失更是惊人。据美国的保守估计，主要由于雷电电磁脉冲导致计算机网络失效或损坏，平均每年约占全部故障的70％。我国近几年雷害事故也频繁激增，损失巨大。据一些省市统计，信息系统设备因雷害的直接损失约占雷害总损失的80％，造成无法估量的间接损失与社会影响。例如：某银行清算中心一座33层高楼遭雷击，导致网络停止工作3天，几亿元资金无法运行，仅利息损失就达200多万元；某水力发电厂，一次雷击，造成大范围内计算机网络及电子控制设备损坏，直接经济损失近90万元；一场普通雷雨，某地区竟有4个机要部门的高科技设备同时损坏，其影响的严重性不难估计。大量严酷的事实使我们越来越认识到信息系统防雷的重要性。

二、雷电对信息系统的破坏途径

入侵信息系统的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：

1.计算机系统的电源由电力线路输入室内，电力线路可能遭受直击雷和感应雷；直击雷击中高压电力线路，经过变压器耦合到220伏低压，入侵计算机供电设备；另外低压线路也可能被直击雷击中或感应出雷电过电压。在220伏电源线上出现的雷电过电压平均可达10000伏，对计算机网络系统可造成毁灭性打击。

2.由计算机通信线路入侵，分为三种情况。情况一，当地面突出物遭直击雷打击时，强雷电压将邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，使高压入侵线路。情况二，雷云对地面放电时，在线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的电器设备，通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播，涉及面广，危害范围大。情况三，若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时，当某一导线被雷电击中时，会在相邻的导线感应出过电压，击坏低压电子设备。

3.地电位反击电压通过接地体入侵。雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地，在接地体附近放射型的电位分布，若有连接电子设备的其他接地体靠近时，即产生高压地电位反击，入侵电压可高达数万伏。

三、信息系统的防雷措施

信息系统遭受雷电的影响是多方面的，其防护系统不但要考虑防直接雷击，还要考虑防雷电电磁脉冲、雷电电磁感应等。总体上应根据建筑物的特点做好外部防雷措施和内部防雷措施，将外部防雷和内部防雷进行全面规划，做到协调统一。

1.外部防御系统

信息系统的第一道防线是防直击雷。在雷电活动特别强的地方，应当在计算机中心机房的建筑物，安装独立避雷针（网），把整个建筑物保护起来，通过接闪器、引下线、接地装置的作用分别完成接闪、分流、散流的过程，将雷电流引到足够远处的地方入地，避免雷电流入地时产生的高电位通过电源和信号线反馈造成破坏。重要的计算机机房应该设计为全屏蔽保护形式，对于只有少量终端和一般设备的机房，可按一般建筑物直击雷防避处理，用避雷针、避雷带和避雷网，建筑物本身的钢筋作雷电流引下线与统一地网联接。

2.内部防御系统

内部防雷措施的作用是防止雷电电磁脉冲、雷电电磁感应等雷害，其主要措施包括等电位连接、屏蔽（隔离）、加装浪涌保护器，以及合理的布线和良好的接地等措施。

(1)等电位：使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位，把所有的导体相互作良好的导电性连接，并以最短的距离与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，带电导体通过避雷器连通。其作用：一是为雷电流提供低阻抗的连续通道，将雷电流迅速导入大地泄放。二是使系统各个部份不产生足以产生危害的电位差。

(2)屏蔽：屏蔽的主要目的是使电子信息系统免受雷电电磁脉冲的危害。在钢筋混凝土建筑中，应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋（即建筑物内地板、顶板、墙面、梁及柱内的钢筋），使其形成一个六面体的网笼，从而实现屏蔽。由于电子信息设备对屏蔽的要求较高，当建筑物本身的钢筋所形成的网格密度达不到所需要求时还应另设金属屏蔽网。为防止雷电波侵入，进出建筑物的电缆均应采用屏蔽电缆，并在屏蔽两端及雷电防护区交界处做等电位连接并接地。当采用非屏蔽电缆时则应敷设在金属管道内埋地引入，金属管还应电气导通且在雷电防护区交界处做等电位连接并接地。除此之外，其他任何进出屏蔽空间的金属导电金属物也应在雷电防护区交界处做等电位连接并接地。

(3)合理布线：信息系统的正常运行离不开电源线路、信号线路等各种管线，为了保证在防雷装置接闪时这些管线不受影响，就必须考虑防雷系统与这些管线的关系，合理地敷设这些管线才能获得最好的综合防护效果。首先，应将这些管线穿于金属管内，以实现可靠屏蔽；其次，应将这些线路的主干线的垂直部份设置在建筑物的中心部位，避免靠近用作引下线的柱筋，以尽量缩小被感应的范围。在管线较长或桥架等设施较长的路线上还需在两端接地。第三，信息系统线缆与其他各种管线及配电箱、变电室、电梯机房空调机房之间应保持一定的间距；第四，信号线的布置应尽量减少由线缆自身形成的感应环路面积。

(4)安装浪涌保护器：雷击对电子信息的危害主要是以各种形式引起过电压从而损害电子设备，要有效地防止雷电对信息系统设备的损坏，还需要在各种线路上安装浪涌保护器（电源线路浪涌保护器、信号线路浪涌保护器、天馈线路浪涌保护器），用以限制瞬态过电压和分流浪涌电流。据有关统计资料表明，雷电对设备的破坏有80%是经由电源线路侵入的，所以电源系统的防护尤其重要。

(5)共用接地系统：为防止防雷装置与邻近的金属物体之间出现高电位反击，减少其间的电位差，除了要将建筑物内的各种金属物体做好等电位连接外，还应将各种接地（交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等）共用一组接地装置，其接地电阻必须按接入设备中要求的最小值确定。共用接地系统的目的是达到均压、等电位以减小各种接地设备间,以及不同系统间的电位差。

信息系统的雷电防护是一项系统工程，必须贯彻整体防护思想，综合运用分流、等电位、屏蔽、接地和保护等各项技术，构成一个完整的防护体系，才能收到预期的效果。

参考文献：

[1]建筑物防雷设计规范(GB50057-2000)

[2]建筑物电子信息系统防雷技术规范(GB50343-2004)

[3]周志敏等:电子信息系统防雷接地技术[M].北京：人民邮电出版社出版，2004