电子信息系统雷电入侵途径及防护措施

摘　要：

摘　要：信息时代的到来使电子信息系统得到了广泛的普及与应用，一旦遭受雷击将会对电子信息系统造成严重威胁，因此，对雷电入侵电子信息系统的途径及防护措施进行研究具有非常重要的现实意义。本文着重分析了雷电入侵电子信息系统的2种途径，并在此基础上找出合理、有效的防护电子信息系统的方法，以确保该系统的安全稳定运行。

关键词：

关键词：雷电　电子信息系统　雷电防护

   目前，电子设备的规模及数量在电子信息系统中的应用不断扩大，电子计算机也得到了广泛的应用。但是这些电子设备普遍存在着过电压耐受能力差、绝缘强度不高等弱点。当其遭到电磁脉冲的入侵时，会永久性的破坏这些电子系统设备，从而为日常的生产、生活及经济带来严重损失。因此，在电子信息系统中，尤其是对于精密的电子设备及计算机而言，，如何做好其雷电防护工作，并确保其安全、正常运行，已经受到社会各界的广泛关注。

1　雷电入侵电子信息系统的途径

    雷电指的是雷雨云对地或者雷雨云之间产生的激烈的放电现象。在这一过程中，会产生极大的雷电流，还伴随着巨大的声响及强烈的闪光。雷击包括直接雷击和感应雷击两种。

1.1　直接雷击

    直接雷击指的是雷电直接对动植物、建筑物等物体上。直接雷击带来的危害有以下几点。①通过被击物体，强大的雷电流能够产生大量的热效应，从而使被击物体的温度突然升高，严重时还会引发火灾。②当有巨大的雷电流通过时，空气会急剧的膨胀，并以极快的速度扩散到四周，位于其附近的冷空气将会被强烈的压缩，从而形成冲击波，对附近的树木、建筑物造成破坏，甚至还会伤及到人员。③雷电流在经过导体时，会产生比较强的雷电电磁场，从而出现电动力效应，会使导体因受力出现变形甚至折断。

1.2　感应雷击

　　①感应雷击指的是雷电通过电磁感应或静电感应对被击物体造成一定程度的损坏。有50%的雷电流能够直接进入大地，其余的雷电流会进入到电源线、金属管道等各电气通道。感应雷虽然不及直击雷猛烈，但是其发生的几率较高。当发生雷击输电线路或雷闪放电现象时，通常会有较大的电磁场产生，该电磁场能够在输电线路上通过多种方式形成暂态过电压，并沿着线路以流动波的形式进行传播。通常情况下，在距离雷击中心2km左右范围内都容易产生危险过电压，对电路设备造成一定程度的损坏。

　　②雷电电磁脉冲的破坏。由于雷电具有极大的陡度与峰值，在其周围容易产生强大的瞬变电磁场，导体在瞬变电磁场中通常会感应出电动势并通过导线传输到远处的电气设备。瞬变电磁场还会在一定的空间范围内产生电磁作用或者脉冲电磁波辐射，但是这种雷电电磁脉冲波只能在三维的空间中与全部的电子设备发生作用。由于感应电压过高或者瞬变时间较短，致使产生电火花。

　　③地电位反击。位于电子信息系统内部的微电子设备及计算机都要求具有相同的地。当建筑物遭受到直接雷击时，如果雷电流被泄入不同接地系统，会造成电位不均，高电位的地会对低电位的电造成反击，致使电气设备遭到损坏。

　　④雷电对架空线路的影响。架空线路遭到雷击会产生瞬态的高电压，为了防止瞬态的高电压通过线路对带有电子信息系统的建筑物造成一定程度的损坏，架空线路应该在入户处进行套管屏蔽处理。由于建筑物的通信电缆、低压供电电缆、高压供电电缆等都是从外部引入，因此，无论采取埋地还是架空处理遭受直接雷击和感应雷侵袭的可能性都比较大。为了有效的避免遭受雷击，在对线路进行设计的过程中，必须结合电子信息系统所在的雷电区域进行综合考虑。

2　电子信息系统的防护措施

2.1　减少感应电压

    雷电流能够经过最外层的接地导体而流入大地，因此，要想使建筑物的防雷性能有所增强，需要适当的在建筑物的外部增设一些接地导体。建筑物内部的电磁场与其外层接地导体的数量息息相关，其外部的接地导体越多，电磁场则越小，电子设备遭受瞬态过电压侵入及干扰的可能性也越小。如果建筑物的内部安装有重要的电子设备，可以通过增加接地导体来增加雷电防护。

2.2　保护露天设备

    多数系统都会安装天线、太阳能热水器、测试传感器等一些外部设备。这些设备既会受到感应雷的严重威胁，还会遭受雷电的直接袭击，因此对直击雷进行防护非常有必要。为确保露天设备的安全，要使室外的露天设备与防雷系统之间进行有效的屏蔽连接。对于建筑物系统而言，要在建筑物的顶部加装避雷针。对于金属塔而言，其槽钢应该选用L型，金属塔上附着的电缆应该沿着塔的内部走线，以有效的避免直击雷的侵入。对于空调系统的外露部分而言，暴露在外的金属外壳要与建筑物顶部的避雷网络相互连接，暴露在外的电线要与金属管道之间做屏蔽连接，从而对露天设备起到保护作用。

2.3　设备摆放位置的选择

    摆放电子设备时不应该与大电流及被感应瞬态过电压威胁的地方距离太近。由于建筑物的底层与建筑防雷系统的导体网及楼顶避雷针的距离太近，因此电子设备尽可能不要在建筑物的底层摆放。由于雷电流能够首先流经建筑物的外墙，尤其是其拐角处，因此摆放电子设备时不能与建筑物外墙距离太近。由于雷电具有较强的吸引性，它会选择高大建筑物作为其泄入大地的路径，产生出的强大的雷电流还会形成较强的干扰电磁场，因此在摆放电子设备时不能与烟囱、天线等高大建筑物距离太近。

2.4　接地与连接

　　受等电位不平衡、接地不良及地电位不一致等因素的影响，电子设备会发生阻抗耦合瞬态干扰的现象。

　　①数据电缆、气管、水管等引入部件都要与一个单独的地电位参考点相互连接，可以选择金属板、电源地、外墙内部的局部导体环或内部的环形导体等作为等电位带，并且还要与接地系统的接地极相互连接。

　　②最好在一处对全部的数据电缆、金属管及电力进行引入和引出，还要将其金属外壳在一个点上进行连接，之后再连接总的地线端子。最好能够大量的对建筑物间的地线进行并行互连，以大幅度减少建筑物之间产生的雷电流，可以使用网格式地线系统来实现这一方案。数据电缆及电力等还应该使用金属线槽、金属管等设施进行防护，并与网格地线系统做好屏蔽连接。

2.5　电缆布线与屏蔽

　　瞬态过电压可能会对建筑物内部的数据通信、信号电缆、电力网等造成一定程度的威胁，因此，在对建筑物内部的电子设备进行布线时，要尽量避开带有雷电电流的导体或建筑物的顶部。当数据线与电源线之间形成较大面积的环型时，将会获得较大的雷电能量，因此要尽可能的防止。为了有效的减少环型面积，数据通信、电话、电源等线路应该彼此隔离的进行并排敷设，电缆可以放在内部带有金属隔离的同一管道或相邻管道。楼层之间的电缆可以采取环型布线，以减少环路的面积。屏蔽电缆也是一种较为有效的措施，能够减小电缆对外产生电磁辐射或受到电磁辐射，还可以使用电缆槽或金属管对电力电缆进行防护。

　　屏蔽也能够对电场及磁场起到屏障作用，其产生的效果与冲击电磁波的频率、屏蔽的结构、材料等多种因素直接相关。在仪器表系统中，通常采取单端接地使环路的面积得到有效减小。但是，防护瞬态过电压应该采取两端接地。

参考文献：

[1]夏云海.浅析雷电波侵入计算机信息系统的途径和防护[J].理论科学,2010(2).

[2]孟令忠,田秀菊.雷电的入侵途径与防护常识[J].山东师范大学学报,2010(7).