浅谈雷电对计算机网络的危害

电气工程与自动化

◆DianqiGongchengyuZidonghua

浅谈雷电对计算机网络的危害

赵杰

（上海市避雷装置检测站工程部，上海201204）

摘要：随着科技的迅速发展，迎来了大数据时代，信息是现代人们的生活中必不可少的，而计算机扮演着对信息进行收集、分析、

加工、处理、存储、传输等主要角色。正当人们通过计算机网络信息创造巨大财富的同时，雷电对计算机的安全隐患也逐渐加剧。现首先

阐述了直击雷对架空线的危害以及为高压输电线路防御直击雷而采取的措施，接着简要介绍了机房位置的选择和防雷电波侵入措施，

然后分析了感应雷过电压的危害以及为预防感应雷过电压而采取的措施，以确保计算机网络系统安全稳定运行。

关键词：计算机网络；防雷保护；直击雷；感应雷

0引言

雷电是大自然中灾害性天气之一，是一种特殊的、极为壮

号的功能，因此对导电率和导线截面积不作要求，通常采用镀

锌钢绞线组成，每根钢绞线的钢丝一般为7根，每股线直径不

小于1.7mm，也可选用涂有防腐油脂或腊的无粘结预应力钢

绞线作为接闪线。在接闪线的前端设置一组独立的接地装置，

目的是使接闪线有一定的机械强度，地面处浇注混凝土固定。

接闪线与网络输送线距离不应小于1000mm，在雷电发生时，

架空地线中会因电磁感应而出现电流，可以通过其本身对地

泄放，这样可以减轻对邻近网络线的干扰。

电线杆上的支持角钢与接闪线、横担进行可靠的电气连

接，以便接闪线上的雷电流能顺利对地泄放，工频接地电阻越

小，雷电流泄放效果越好。一般沙土、沙石的土壤电阻率要大

一些，工频接地电阻不应超过30赘；沿海地区黏土较多，土壤

电阻率要小一些，工频接地电阻不应超过10赘。为了达到更好

的效果，可在架空线距离入户不小于15m处换接金属铠装电

缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入。离地1500mm处的金属

管线加装保护钢管，防止外部机械力的损伤。

在敷设钢管时，其埋深尺寸不应小于800mm，管子弯曲半

径要大于管外直径的10倍。如图1所示，其埋深长度可以按公

式计算：

式中，l为电缆铠装或穿电缆的钢管埋地直接与土壤接触的长

度；籽为埋地缆处的土壤电阻率。

l≥2

姨

籽

观的声、光、电现象，在现代计算机网络系统的高速发展下，应

认真对待雷电对计算机网络的影响。计算机网络被广泛应用

于各行各业的信息领域，这些精密的电子计算机设备中的

CMOS半导体集成模块，在耐受过压、过电流的冲击下会变得

极其脆弱，美国通用研究公司通过对磁场的研究发现，当磁场

脉冲超过0.07Gs，就可引起计算失效；磁场脉冲超过2.4Gs就

可以引起集成电路永久性损坏。可想而知，计算机网络如没有

采取相应的防护措施，在雷电面前是不堪一击的。

1

1.1

直击雷

直击雷对架空线的危害

架空是较为常用的计算机网络布线方式，线路裸露在自

然界中，遭受到雷击的概率相对其他敷设方式要高得多。主要

是云对大地放电时，可能会直接击中架空线路、电线杆或横

担，或雷云对架空线路附近的大地或设备放电，使金属导线上

的电压瞬间升高，同时产生巨大的热效应、机械效应和电磁效

应，从而破坏计算机或击断线路。因此，必须采取相应的保护

措施来减少直击雷对架空线的危害。

1.2架空线的防雷措施

架设接闪线不但是高压输电线路防御直击雷的好方法，

同样也可以用在网络线上来抵制雷电的危

害。这是因为接闪线的原理与常规的接闪杆

是相同的，接闪线可以避免或减少直击雷对

计算机金属管线的袭击，又能起到分流作

用，减少雷电流对网络的传输。在雷击时，接

闪线对计算机金属管线又有一定的屏蔽作

用，从而能减弱导线上的感应电压。

接闪线虽然与接闪杆的保护原理相同，

但它的保护范围要小一些。安装时要尽量使

接闪线、架空网络线与地面垂直，并使接闪

线的保护角不大于30毅，保护角越小，保护越

可靠。为了更好地起到防雷保护作用，可以

在每根电线杆敷设接地装置，电线杆上端敷

设一根长1500mm的40mm×40mm×4mm

镀锌角钢，作为架设接闪线的支持杆，并用

接线夹与接闪线进行可靠的电气连接。接闪

线主要是防御直击雷，并不负担输送网络信

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e—角钢

图1架空线防雷保护

a—接地装置（人工）b—接地装置（基础）c—接闪线（钢绞线）d—雷电泄放通道

f—引下线g—网络传输线

p—建筑物

h—电线杆i—接线夹

q—金属套管

j—信号SPD

k—网络机柜l—金属外壳接地导线m—电源SPDn—配电柜（箱）o—均压环

由于雷电流高频谐波相当活跃，存在趋肤效应，线路采用

埋地引入室内后，流经计算机网络线的电流被排挤到外皮导

体去，同时流经外皮导体的电流在芯中产生电势，使流经计算

机金属管线的电流小到趋近于零。金属铠装电缆或护套电缆

穿钢管外壳入户端，应与建筑物内的均压环作等电位连接。均

压环可以利用结构主筋或圈梁钢筋引出接地导体，用扁钢或

扁铜与接地导体可靠连接，并在四周墙体敷设一圈，形成环

路，并在计算机网络线入户端安装相应的浪涌保护器来保障

安全性能。

2机房位置的选择

网络设备的使用和寿命还取决于机房场所的环境条件。

计算机房的布局和位置的选择是网络长期可靠运行的重要保

证之一。

一般机房可以设置在建筑物楼层较低的位置（如一层或

二层），机房内的设备要远离窗户2000mm以上；避开有害气

体来源及腐蚀，避开易发火灾、放置易燃易爆物品的地方；避

免设置在建筑物的顶层或地下室以及比较潮湿的环境中；避

免设置在有电磁干扰的场所。

3防雷电波侵入措施

除户外直击雷保护措施外，计算机网络还应考虑防雷电

波侵入的措施。在发生雷击时，在接地导体上会产生几十千伏

甚至上万伏的高压，计算机网络中雷电侵入的主要通道是电

源线路、信号线路，因而选择安装相匹配的浪涌保护器是防止

线路遭受雷击或雷电波侵入的有效措施。

按现有的国家标准GB50057—2010《建筑物防雷设计规

范》和GB50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，

设备末端限制电压（残压）应小于用电设备绝缘耐冲击电压水

平，表1给出了三相交流系统各种设备绝缘耐冲击过电压额

定值。

表1220V/380V三相配电系统中各种设备耐冲击电压额定值

设备位置耐冲电压类别U

w

/kV

电源进线端设备Ⅳ类6

配电分支线路设备Ⅲ类4

用电设备Ⅱ类2.5

需要保护的电子信息设备Ⅰ类1.5

注：Ⅰ类为需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备；Ⅱ类如家

用电器、手提工具和类似负荷；Ⅲ类如配电盘、断路器，包括电缆、母

线、分线盒、开关、插座等布线系统，以及应用于工业的设备和永久接

至固定安装的电动机等的一些其他设备；Ⅳ类如电气计量仪表、一次

线过流保护设备、波纹控制设备。

表1将耐冲压电压类别做了明确的分类：1.5kV、2.5kV、

4kV、6kV。在低压电气设计时，将电子信息SPD残压值设计在

1.5kV内，从这个参数上来看，能确保相线与中线之间的电压

为1.5kV绝缘电压，也能满足设备的绝缘电压要求，而实际由

于该绝缘电压直接进入设备整流及后续电路，1.5kV的电压有

可能损坏这些电路。因为通常供电由高压输送，入户进入配电

间，再由变压器变成380V低压电，变压器高压侧有高压避雷

装置，而后端低压进线中的SPD只要考虑感应雷电流。因此，还

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应在电气设计中考虑SPD相线对中线的保护，为确保安全，应

加装相应的模块对其进行保护，使SPD更有效地发挥功能。

4感应雷

4.1感应雷过电压的危害

雷电对地放电过程中，放电通道周围的空间电磁场将发

生急剧变化，因而当雷击输电线附近的地面时，虽未直击导

线，但由于雷电过程引起周围电磁场的突变，也会在导线上感

应出一个高电压来。

据统计，感应雷过电压破坏事件占计算机网络系统雷击

事故总数的75%以上。对于建筑物而言，机房感应雷过电压的

主要来源是机房所处建筑物本身遭受直击雷，通过引下线泄

放雷电流的同时对计算机设备产生了强大的电磁场，或者雷

击在计算机房附近发生放电，虽然建筑四周的墙体对电磁场

有减弱作用，但计算机房的各种金属导线仍然形成了感应电

压侵入设备。这两种感应雷电磁场都会损坏计算机网络系统。

4.2预防感应雷过电压的措施

为了保证计算机网络的安全，应尽量避免将机房建在雷

电多发区。计算机必须有防直击雷及感应雷过电压的保护措

施，且冲击接地电阻不应超过10赘。

对机房内电源线和网络线进行屏蔽改造，加装金属线槽，

使用金属线槽进行综合布线时，线槽与支架接地要连接可靠，

线槽与接地干线连接不少于两处；线槽与线槽之间的连接板，

两端跨接采用铜芯多股导线或镀锡铜编织线，其截面应不小

于4mm

2

。不同种类的网络线可在同槽分格布线，但不能布置

在同一格中；电缆线槽与网络线槽平行铺设时，最小间距不应

小于1000mm；垂直铺设时最小间距不应小于500mm。这样各

路管线互不干扰，可将对设备的干扰降至最低。当线槽连接板

两端用不少于两个防松螺帽或有防松垫圈的螺栓连接固定

时，线槽间的连接板可不跨接。为了减少机房电磁场干扰，当

金属线槽大于25000mm时，应每隔25000mm增加一处与接

地装置的连接。

有数据表明，有屏蔽的电场强度比无屏蔽的电场强度可减

少逾50%。为使机房形成一个“法拉第笼”，形成高频干扰信号

的低阻抗电气通路，在墙体四周采用网孔为50mm×50mm～

100mm×100mm的六面金属屏蔽网，并将其与接地装置相连

接，一般接地电阻不应大于1赘。在感应雷过电压作用时，金属

屏蔽网可使电流分散流过，从而有效抵消机房内的电磁场，大

大降低过电压对设备的影响。

4.3接地方式

合理的接地方式可使电磁场干扰通过接地系统泄放入

地，对保障计算机网络稳定运行有着重要的意义。计算机房的

类型和规模的大小不同，对接地的要求也不相同，一般机房越

大、设备类型越多，对接地的要求也越高，良好的接地系统能

抑制雷电电磁干扰。

为防止雷电波从室外沿着金属管线传输到机房，所有进

入建筑物的金属管、各种电缆的金属外皮、防静电地板、线槽、

穿线管、建筑物本身的钢筋网等金属构件（如配电柜/机柜金

属外壳、控制屏）等均应统一连接起来，形成一个完整的电气

整体。对于传输电源及信号的线路，如电话线、电源线、网线等

都应装上相应的浪涌保护器，并将其接地端统一连接到共用

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接地上。

考虑到经济合理、施工方便的原则，可以将计算机的直流

地、交流地、安全地统一连接到机房的等电位接地排上，形成

一个共用接地体，其共用接地电阻应满足其中最小值的要

求，小于1赘，电阻值越小，接地效果越好。为了防止各个接地

之间产生环路干扰电压，一般利用建筑物内的基础钢筋作为

共用接地体，接地性能安全可靠（图2）。

5结语

防雷保护是一个系统工程，为保障设备和人员安全，减少

直击雷及其强电磁脉冲对系统的干扰，需在防雷领域不断探

索，用更加科学有效的防雷保护措施，来确保计算机网络系统

安全稳定地运行。

［参考文献］

[1]数据中心设计规范：GB50174—

2017[S].

[2]建筑物防雷设计规范：GB

50057—2010[S].

[3]建筑物电子信息系统防雷技术

规范：GB50343—2012[S].

[4]数据中心基础设施施工及验收

规范：GB50462—2015[S].

图2机房等电位连接

1—电源线穿线管2—计算机网络线槽3—电话线穿线管4—各个金属管线入机房

5—金属管线末端6—均压环（机房接地排）7—SPD的接地线8—防静电地板支持架

9—龙骨架10—电源配电柜（箱）11—网络机柜12—电话线配线架

收稿日期：2018-04-23

作者简介：赵杰（1980—），男，上

海人，工程师，研究方向：雷电防护。

13—金属外壳及本身的PE线14—金属屏蔽网15—柱内钢筋16—墙体17—地（圈）梁钢筋

18—基础接网19—人工接地体20—设备独立接地体

（上接第15页）

但目前受到电压源型换流器件的工艺及参数水平、工作

机制以及线路故障后恢复慢等的限制，柔性直流输电仍然有

许多局限性，如控制系统要求高、输送容量小、损耗大、造价

高、输电距离短等等，因此还不能很好地应用于高电压、大容

量、长距离送电，但这必将是柔性直流输电一个重要的发展

方向。

未来随着电力电子器件、计算机控制等技术的不断发展，

柔性直流输电的输送容量、电压等级将不断提高，而系统损耗

和成本将逐渐下降，加上我国能源战略和能源结构的有序调

整和完善以及国内外工程运行经验的不断积累，柔性直流输

电将会在更多领域得到更广泛的应用。

［参考文献］

[1]李庚银，吕鹏飞，李广凯，等.轻型高压直流输电技术的发展

与展望[J].电力系统自动化，2003，27（4）：77-81.

[2]徐政，陈海荣.电压源换流器型直流输电技术综述[J].高电

压技术，2007，33（1）：1-10.

[3]汤广福.基于电压源换流器的高压直流输电技术[M].北京：

中国电力出版社，2010.

[4]武娟，任震，黄雯莹，等.轻型直流输电的运行机理和特性分

析[J].华南理工大学学报（自然科学版），2001，29（8）：41-44.

收稿日期：2018-04-20

作者简介：刘振兴（1982—），男，河北深州人，助理工程师，研

究方向：柔性直流输电技术。

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