1.概述
??????? 隨著科技的不斷發(fā)展，人類已步入信息社會，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及越來越多的辦公大樓、寫字樓、醫(yī)院、銀行、賓館等建筑離不開綜合布線系統(tǒng)。配置綜合布線系統(tǒng)，猶如為建筑物建立了一個高速，大容量的信息傳送平臺，為建筑智能化提供了快速的信息通道。計算機、程控交換機、CATV等微電子設(shè)備日益增多，而微電子器件承受雷電電磁脈沖能力較差，因此，雷害事故不斷發(fā)生。我國每年因雷擊破壞建筑物內(nèi)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的事件時有發(fā)生，所造成的損失是非常巨大的。因此綜合布線系統(tǒng)的防雷設(shè)計就顯得尤其重要。我們知道雷電入侵電器設(shè)備的形式有兩種：直擊雷和感應(yīng)雷。雷電直接擊中線路并經(jīng)過電器設(shè)備入地的雷擊過電流稱為直擊雷；由雷閃電流產(chǎn)生的強大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓，過電流形成的雷擊稱為感應(yīng)雷。
??????? 目前，在建筑物防雷系統(tǒng)設(shè)計上，是執(zhí)行的國家標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057－ 94，設(shè)計由避雷網(wǎng)(帶)，避雷針或混合組成的接閃器，立柱基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)與鋼屋架，屋面板鋼筋等構(gòu)成一個整體，避雷網(wǎng)通過全部立柱基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體，將強大的雷電流入大地。計算機系統(tǒng)安置在建筑物內(nèi)，受建筑物防雷系統(tǒng)保護，直擊雷擊中計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可能性非常小，計算機設(shè)備抗直擊雷能力很低，防護設(shè)備非常昂貴，通常不必安裝防護直擊雷的設(shè)備，而計算機網(wǎng)絡(luò)必須防感應(yīng)雷和雷電浪涌電壓。
??????? 2.干擾途徑與耦合機制
??????? 產(chǎn)生干擾必須具備三個條件：干擾源、干擾通道、易受干擾設(shè)備。
??????? 干擾源分為內(nèi)部和外部。內(nèi)部主要是裝置原理和產(chǎn)品質(zhì)量等。外部主要由使用條件和環(huán)境因素決定，如工作電源直流回路受開關(guān)操作和天氣影響等而引起的浪涌電壓，強電場或強磁場以及電磁波輻射等。
??????? 干擾通道有傳導(dǎo)耦合、公共阻抗耦合和電磁耦合三種。外部主要通過分布電容的電磁耦合傳到內(nèi)部；內(nèi)部則三種均有。
??????? 由于設(shè)備采用的敏感元件的選用和結(jié)構(gòu)布局等不盡合理，造成本身抗干擾能力差， 對干擾加以抑制，降低其幅度，減少其影響力，這是從外部環(huán)境上加以改善。
??????? 2.1干擾途徑 感應(yīng)雷可由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，形成感應(yīng)雷電壓的機率很高，對建筑物內(nèi)的弱電設(shè)備威脅巨大，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及電話程控交換機的防雷工作重點是防止感應(yīng)雷入侵。入侵計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：
??????? 2.1.1由交流電220V電源供電線路入侵；計算機系統(tǒng)的電源由電力線路輸入室內(nèi)，電力線路可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷擊中高壓電力線路，經(jīng)過變壓器耦合到220伏低壓，入侵計算機供電設(shè)備；另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)雷過電壓。在220伏電源線上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達10000伏，對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可造成毀滅性打擊。電源干擾復(fù)雜性中眾多原因之一就是包含著眾多的可變因素，電源干擾可以以"共模"或"差模"方式存在。"共模"干擾是指電源線與大地，或中性線與大地之間的電位差。"差模"干擾存在于電源相線與中性線之間。對三相電源來講，還存在于相線與相線之間。電源干擾復(fù)雜性中的第二個原因是干擾情況可以從持續(xù)周期很短暫的尖峰干擾到全失電之間的變化。
??????? 電源干擾的類型見表一： 表一 序號 干擾的類型 典型的起因 1 跌落 雷擊，重載接通，電網(wǎng)電壓低下 2 失電 惡劣的氣候，變壓器故障，其他原因的緣故 3 頻率偏移 發(fā)電機不穩(wěn)定，區(qū)域性電網(wǎng)故障 4 電氣燥聲 雷達，無線電信號。電力公司和工業(yè)設(shè)備的飛狐，轉(zhuǎn)換器和逆變器 5 浪涌 忽然減輕負載，變壓器的抽頭不恰當 6 諧波失真 整流，開關(guān)負載。開關(guān)型電源，調(diào)速驅(qū)動 7 瞬變 雷擊，電源線負載設(shè)備的切換，功率因數(shù)補償電容的切換，空載電動機的斷開。
??????? 　　電源干擾進入設(shè)備的途徑；一是電磁耦合；二是電容耦合；三是直接進入三種。
??????? 　　 2.1.2由計算機通信線路入侵；可分為三種情況：
??????? 　　 (1) 當?shù)孛嫱怀鑫镌庵睋衾状驌魰r，強雷電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進而擊穿外皮，使高壓入侵線路。
??????? 　　 (2) 雷云對地面放電時，在線路上感應(yīng)出上千伏的過電壓，擊壞與線路相連的電器設(shè)備，通過設(shè)備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播，涉及面廣，危害范圍大。
??????? 　　 (3)若通過一條多芯電纜連接不同來源的導(dǎo)線或者多條電纜平行鋪設(shè)時，當某一導(dǎo)線被雷電擊中時，會在相鄰的導(dǎo)線感應(yīng)出過電壓，擊壞低壓電子設(shè)備。
??????? 　　 2.1.3地電位反擊電壓通過接地體入侵；雷擊時強大的雷電流經(jīng)過引下線和接地體泄入大地，在接地體附近放射型的電位分布，若有連接電子設(shè)備的其他接地體靠近時，即產(chǎn)生高壓地電位反擊，入侵電壓可高達數(shù)萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地，在附近空間產(chǎn)生強大的電磁場變化，會在相鄰的導(dǎo)線(包括電源線和信號線)上感應(yīng)出雷電過電壓，因此建筑物避雷系統(tǒng)不但不能保護計算機，反而可能引入了雷電。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備的集成電線芯片耐壓能力很弱，通常在 100伏以下，因此必須建立多層次的計算機防雷系統(tǒng)，層層防護，確保計算機特別是計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全。
??????? 　　 2.2耦合機制
??????? 　　 雷電沖擊影響微電子設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)的耦合機制有下面幾種。
??????? 2.2.1電阻耦合；雷電放電將使受影響的物體相對于遠端地的電位上升高達幾百千伏，地電位升高形成的電流將分布到設(shè)備的金屬部分。如連接到系統(tǒng)參考點數(shù)據(jù)線和電源電線。電纜屏蔽層的電流在屏蔽層與芯線之間引起過電壓，其數(shù)值與傳輸阻抗成正比例。
??????? 　2.2.2磁耦合；在導(dǎo)體上流通的或處在雷電通道的雷電流會產(chǎn)生磁場，在幾百米范圍內(nèi)，可以認為磁場的時間變化率與雷電電流時間變化率相同。然而，磁場經(jīng)常被建筑材料和周圍的物體所衰減和改變。磁場的變化會在室內(nèi)外電纜設(shè)備上產(chǎn)生感應(yīng)電流和電壓。
??????? 　　　2.2.3電耦合；雷電通道下端的電荷會在附近產(chǎn)生一個很強的電場，它對鞭狀天線設(shè)備有影響，而對于建筑物內(nèi)部電場干擾一般可以忽略。
??????? 2.2.4電磁耦合；遠距離雷電放電產(chǎn)生的電磁場會在大范圍的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)上感應(yīng)出過電壓，這種干擾會傳導(dǎo)到接口上，但這種情況下，直接輻射的電磁場很難對建筑物或機柜內(nèi)的微電子設(shè)備造成破壞。
??????? 3.弱電設(shè)備防雷措施
??????? 按照防護范圍可將弱電設(shè)備的防雷措施分為兩類，外部防護和內(nèi)部防護。外部防護是指對安裝弱電設(shè)備的建筑物本體的安全防護，可采用避雷針、分流、屏蔽網(wǎng)、均衡電位、接地等措施，這種防護措施人們比較重視、比較常見，相對來說比較完善。內(nèi)部防護是指在建筑物內(nèi)部弱電設(shè)備對過電壓（雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過電壓）的防護，其措施有：等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、保護隔離、合理布線和設(shè)置過電壓保護器等措施，這種措施相對來說是比較新的辦法，也不夠完善，針對弱電設(shè)備防雷的特性機理，對雷電浪涌及地電位差的防護進行探討。
??????? 3.1弱電設(shè)備的外部防護
??????? 弱電設(shè)備的外部防護首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引入大地；其次是在將雷電流引入大地的時候盡量將雷電流分流，避免造成過電壓危害設(shè)備；第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規(guī)則的法拉第籠，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的設(shè)備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號電路的電器，則需要加裝專門的屏蔽網(wǎng)，在整個屋面組成不大于5m-5m,6m-4m的網(wǎng)格，所有均壓環(huán)采用避雷帶等電位連接；第四是建筑物各點的電位均衡，避免由于電位差危害設(shè)備；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷擊建筑物時接點電位損壞設(shè)備。
??????? 　　 3.2弱電設(shè)備的內(nèi)部保護
??????? 從EMC（電磁兼容）的觀點來看，防雷保護由外到內(nèi)應(yīng)劃分為多級保護區(qū)。最外層為0級，是直接雷擊區(qū)域，危險性最高，主要是由外部（建筑）防雷系統(tǒng)保護，越往里則危險程度越低。保護區(qū)的界面劃分主要通過防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構(gòu)成的屏蔽層而形成，從0級保護區(qū)到最內(nèi)層保護區(qū)，必須實行分層多級保護，從而將過電壓降到設(shè)備能承受的水平。一般而言，雷電流經(jīng)傳統(tǒng)避雷裝置后約有50％是直接泄入大地，還有50％將平均流入各電氣通道（如電源線，信號線和金屬管道等）。
??????? 隨著微電子設(shè)備的大規(guī)模使用，雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越嚴重。以往的防護體系已不能滿足微電子設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對安全提出的要求。應(yīng)從單純一維防護轉(zhuǎn)為三維防護，包括：防直擊雷，防感應(yīng)雷電波侵入，防雷電電磁感應(yīng)，防地電位反擊以及操作瞬間過電壓影響等多方面作系統(tǒng)綜合考慮。
??????? 多級分級（類）保護原則：即根據(jù)電氣、微電子設(shè)備的不同功能及不同受保護程序和所屬保護層確定保護要點作分類保護；根據(jù)雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)做多級層保護。