雷电分析

雷电类型

雷击现象可分为直击雷与感应雷两种。直击雷是在云体与地面(特别是突起物)之间，由于带电的性质不同而形成很强的电场，把大气击穿，从而击坏放电通路上的建筑物与输电线。感应雷击则是间接雷，是感应电荷放电时造成的。感应电荷是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物上的金属物体(如管道、钢筋、电线等)感应出与雷雨云相反的一种电荷。

防避直击雷通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过金属导体导引至埋在地下起散流作用的接地装置，再泄散入地。

由于感应雷产生的途径有多种，在距离带电雷雨云较近的所有的金属回路中均有产生破坏的可能性，只是有些雷电过电压较小，不会对设备产生明显的破坏力而已。但过电压的存在对设备的使用寿命必然产生影响，因此感应雷防范的难度远大于直击雷的防范，而且所需要投入的费用也高于直击雷的防护。只有根据感应雷的特性，加以专项的防护，才能做到充分的防护。从引雷的3条途径——电源系统、网络系统和通讯线路，针对计算机网络设备和通讯的特性、需要的防雷等级程度，选用性价比合适的防雷产品，做到以合理的价格达到充分的防护，确保设备对直击雷和感应雷以及线路操作过电压的全面防护。

雷害防护

为了保护建筑物和建筑物内各类设备不受雷电损害或使雷击损害降到最低程度，我们采取综合防雷。综合防雷设计方案应包括两个方面：直接雷击的防护和感应雷击的防护。

1.直接雷击的防护

主要使用避雷针、网、带及良好的接地系统，其目的是保护建筑不受雷击的破坏，给建筑物内的人或设备提供一个相对安全的环境。

2.感应雷的防护

目前，计算机等电子设备受到雷电感应高压损坏的途径有2种，一是辐射性的感应雷击，它是强雷电磁场通过辐射或感应造成设备损坏；二是由供电线路、信号线路和控制线路等各种线路传导进来的感应雷电高压脉冲损坏电子设备。因此我们采取电磁屏蔽措施、安装浪涌过电压保护器(包括供电系统和信号系统)、等电位处理、良好接地等相应的措施。

设计方案

咸宁职业技术学院所处的湖北省咸宁地区，根据本地气象资料表明，年雷暴日近90天，是雷电高发区。经过计算，预期雷击次数N=0.27次/年。

学校的网络中心机房位于信息楼的四楼，占地空间有40平方米，网络由三条光纤引入(2条移动光纤，1条教育光纤)，使用RSR50-40路由器作为出口设备与移动网和教育网相连，内网接天融信防火墙，核心层采用两台RG-S8606核心交换机，负责整个网络的数据交换，汇聚层位于楼栋，采用全千兆交换机S3760-12SFP/GT、千兆光纤连接核心交换机及每层楼的接入交换机。每个楼栋的小汇聚使用的是S2126G，也可提供接入服务，使用双绞线与接入交换机S2026F互联。

直击雷屏蔽

机房已经做过直击雷的防护措施，并于其他附近楼层做了连接，打雷时可以引开主雷区。

为了慎重起见，我们全面检测信息楼的原有防击雷措施，对不合格的部分进行整改，测量防直击雷装置的接地电阻。为了使计算机网络中心机房有一个良好的接地系统，整个防雷地网的电阻应小于1欧姆，因此在办公楼后面的草地上安装了约40米、深200厘米的人工地网，并使用防雷接地模块，每支间隔5米，再用镀锌扁铁连接接地体，以确保接地电阻可以小于1欧姆。在信息楼左侧重新布置一组地网，约30米，供其他机房接地用，在信息楼楼顶安装3米的避雷针，并与避雷带连接。

感应雷屏蔽

在网络中心机房，我们将所有的金属门窗与天花龙骨多次连接，用作电磁屏蔽，从机房内引出两条主筋，并在引出点用铜板制作一汇流排，供设备和避雷器接地用，用3*30扁铜作水平环型体，将两个主筋引出点连接，使金属门窗、各种线路的屏蔽金属管、各种电子设备的金属外壳、机架均与汇流排连接。

在网络中心机房布置一条70mm2的铜芯线，在每层的一个柱筋旁边凿一孔，将线引到一楼与地网直接相连。如果施工困难，可以将套上水管的铜芯线穿过墙，引出室外，连接地面接入地网。分机房设置等电位环，做法与网络中心机房相同。我们将各种信号线的屏蔽管在进入大楼时进行等电位处理；在进入网络中心机房后，再次将屏蔽管与汇流排作接地处理。户外光纤进入室内且接入服务器时，光纤内的金属芯要与等电位带连接，作接地处理。

过电压屏蔽

我们在信息楼四楼的网络中心机房电源进入端安装了一个20KA的电源避雷器，在防火墙的输入端、服务器与中心交换机之间、防火墙与中心交换机之间、交换机入口处均安装一个网络避雷器。

在二级交换机(或集线器)与工作站之间，交换机(或集线器)的输出端安装与工作站对应数量的网络避雷器(如果交换机或集线器与工作站在同一室内可不安装)。具体措施是在网络中心机房内光端机、路由器和交换机的电源进线端，安装电源第三级防雷器(以上设备共用一套防雷插座)，作为以上设备的电源末级防护；接着在网络中心机房内程控交换机的电源进线端，安装电源第三级防雷器作为设备的电源末级防护；最后在网络中心机房的服务器电源进线端，安装插座式电源防雷器，作为服务器的电源末级的防护。

网络系统屏蔽

尽管在计算机及交换机等设备的电源外接引入线路已安装了电源防雷保护装置，作为网络单机工作站和网络交换机，其自身的引雷途径还有电源和网络，仅仅进行电源线路的防雷保护是不充分的，还必须考虑网络线路的防雷保护。

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，如网络金属连线等都会感应到雷击，将会影响网络的正常运行甚至彻底破坏网络系统。在电源第三级防雷时，已经选用了带有网络接口的防雷保护插座兼作网络工作站及服务器的网络线路保护，现在我们只需对网络交换机做网络保护。具体措施是在网络中心机房内部的每台24口的网络交换机前端，安装24口的网络防雷器，在服务器的5类线接出端，安装单口的网络防雷器。

传输线路屏蔽

通信系统遭受雷击的主要原因除线路直接遭受雷击外，还有建筑物外通过传输线路引入和1公里范围内发生雷击时的感应雷。有2条电话线进入网络机房，对于每条电话进线的保护选用通讯防雷器连接。

维护与保修

维护与保修

每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。我们主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题，应及时处理。接地网的接地电阻应每年进行一次测量。

我们还应对运行中的防雷器利用老化测试仪进行一次检测，在雷雨季节中要加强外观巡视，若发现模块显示窗口出现红色，应及时更换。

设备遭受雷击后应对损坏情况进行调查分析，调查的内容主要包括：各种电气绝缘部分有无击穿网络的痕迹，有无烧焦气味，设备元件损坏部位。

对于雷击损坏部件，我们要进行保留，并在现场拍照或录像，做好各种记录。不仅如此，我们还应该了解雷害事故地点附近的情况，分析附近地质、地形和周围环境特点及当时的气象情况。

另外，根据上述调查情况，我们组织有关专家分析，写出调查分析报告及改进措施。

产生的效果

以前，老校园网因为防雷措施不完善，在打雷季节经常有核心交换机的模块被雷打坏，还有整个交换机被打坏。通过校园网扩建，尤其是网络中心机房防雷工程的建设，校园网已经安全运行2年。

在这2年期间没有发生一起雷击事故，只有少数的用户楼层的底层交换机的端口被感应雷打坏，其他网络设备工作均正常。

(作者单位：1为湖北省咸宁高级中学，2为湖北咸宁职业技术学院网络中心)

来源：《中国教育网络》

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