网络系统防雷方案

计算机网络系统设计

系统简介 

计算机机房网络通信系统雷电防护包括外部通信线路的雷电防护和机房内部设备之间的串口雷电防护。外部通信线路主要有音频传输线路（PSTN）、数据传输线路（ X.25、ISDN、DDN等）、光缆等，内部通信线路主要为网线，另外还有同轴线缆（粗缆和线缆），但现在已较少采用。

外部通信线路在进入机房设备（调制解调器或其它设备）前端应安装具备二级保护的防雷保护器，第一级一般为惰性气体火花间隙放电器，通过 RLC解偶后，进入第二级半导体过电压保护器。光缆一般不会传导雷电，但光缆金属护套和金属芯线可能引入雷电烧毁设备，必须在进入设备之前，使芯线和护套接地，以达到避雷的目的。内部通信线路两端也应安装匹配的电涌保护器，主要表现为在服务器、网络交换机、集线器等端口安装电涌保护器，匹配原则参照防雷标准和计算机通信协议。所有电涌保护器应具备线与线只间、线与大地之间的防雷保护，保护器的通信速率、带宽和损耗等应该符合GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》、GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》以及计算机设备的IEEE标准通信的要求。

无线通讯经常在建筑物上架设天线，属于地面特别突出物，是雷电释放的危险途径。馈线进入设备前应加装防雷器。防雷器的插入损耗要求较小，所以一般只能使用间隙放电器件进行有效防护。

进行防雷设计时，必须在使用前详细了解防雷器件及设备的工作要求。例如：PSTN调制解调器有带铃压和不带铃压二类，带铃压调制解调器工作电压为48v至54v，铃压为175v至180v，防雷器的保护电压应大于180v；不带铃压的调制解调器工作电压为48v至54v，防雷器的保护电压应不小于54v。如果两类防雷器混装，将对前者造成通讯信号短路，对后者造成防雷工作能力丧失。

雷电入侵计算机网络的可能途径：

1、入侵途径

（1）雷电直接击中计算机网络物理线路

a．落雷点为电源高电压侧，雷电沿供电线路侵入到计算机网络系统供电部分，产生过电流与过电压造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电、致使整个系统瘫痪。

b．雷电直击网络无线通信的天线、沿天馈进入计算机网络系统，造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏。

c. 雷击网络通信有线线路（如光缆、DDN、帧中继、X25专线、电话线），产生强大的机械力，猛烈的冲击波，炽热的高温使通信线路损坏；过电压过电流沿通信有线线路侵入到网络系统内，造成路由器、交换机及前端设备的损坏。

（2）感应过电压

a. 回路感应过电压

  由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路（如电源线、数据通信线、天馈线），这些线路、网络结构布局错综复杂，在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路，当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与这回路相连接的电子设备。

    网络通信线路上感应过电压分静电感应与电磁感应：

静电感应主要是指架空线路位于雷击点附近，由雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷，当雷云主放电开始，雷云中电荷迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷迅速释放，形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线两侧传播，侵入线路两端连接的网络设备将其损坏。

当雷电直接击在避雷针避雷带上时，由于雷电流幅值大，波头陡度高，在雷电流的通道附近产生一个很强的瞬变磁场。这强大的磁场将直接在电源线或网络通信线路上感应出过电压，侵入到网络系统中，损坏网络设备。高强度（30KA雷电流）雷电放电可以对距离雷击点1km范围内网络系统产生影响，甚至造成系统设备损坏。据统计，这种感应雷击事故占计算机雷击事故的70%。

b. 耦合与转移过电压

雷击引起暂态高电压或过电压常常可以通过网络线路耦舍或转移到网络设备上，造成设备的损坏。

（3）雷击地电位抬高入侵

建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致网络设备严重损坏，甚至威胁人身安全。

2 、计算机网络设备抗干扰能力分析

因为计算机及网络设备是由大量的大规模集成电路组成，其抗干扰能力弱，成虽采取了许多抗干扰措施，对低能量干扰比较有效，但对雷电电磁脉冲生成的过电压过电流技术比较薄弱，对浪涌或雷电磁脉冲特别敏感，仅十几伏的电压就可通过电源系统、数据传输线等途径将毁坏计算机主板、RS-232口、多功能卡、网络设备。

设计依据

根据 GB 50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第五章：防雷设计；GB 50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及YD/T 5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》第五部分： SPD 的选择；第5.3条：信号线用SPD；第5.5条：计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD的要求，参照 IEC 61643-3 《低压系统的电涌保排器》 第3部分《在电信系统中SPD的应用》和IEC 61644-1 1997《通信系统用SPD》标准要求，对于通信线路的防护，需对设备进线缆线使用 8/20μs 波形、通流容量 3KA以上的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。
实施方法

在ADSL/DDN/ISDN通信线路进入设备前端安装一套JSXD-RJ11信号电涌保护器，作为ADSL/DDN/ISDN通信线路的信号防雷保护。

在以太网络服务器的网络通信线前安装一套JSXH-RJ45-E100计算机网络通信线电涌保护器 ，用于服务器网络通信线路的防雷保护。

在每台网络交换机的网络通信端口分别安装一套JSXH-24RJ45-E100 计算机网络通信线电涌保护器，用于网络交换机的网络通信线路的防雷保护。

对电话接入的帧中继线路采用一套JSXD-RJ11电话通信线电涌保护器 ，用于帧中继通信线路的防雷保护。

网络间传输使用的光纤无须进行防护，但是光缆的金属加强筋需要做接地。

综合布线
从防雷角度上考虑，布线一定要明确表示：
1、电源线不要与网络线同槽架设，数据插座与电源插座保持一定距离； 
2、广域网线缆不要与局域网线缆同槽架设； 
3、网线与墙壁布置时，有条件应远距离安装； 
4、屏蔽槽要求两点接地；

程控电话防雷器     单价：180元

网络交换机防雷器    单价：1860元

机柜式电源防雷      单价：385元    

防雷示意图

 

说明：

本图只包括网络信号部分防护，电源防护另参考电源防雷图,本方案只针对网络交换机防雷，不针对终端用户