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危害信息系统的雷电电磁脉冲及防护
来源： | 作者：梁小武 ，龙栋华 | 发布时间：2008-11-17 13:58:58 | 浏览：397次【 字体：大 中 小】  

【摘要]针对信息系统频遭雷害的现象，明了雷电电磁脉冲对信息系统的侵害介绍了危害信息系统的各种原因及其抗干扰的耐受能力，并以实例说
同时，对信息系统防雷电电磁脉冲在技术上提出了相应的措施。
【关键词]信息系统；雷电； 电磁脉冲；防护.

    随着科技的发展，信息系统已被广泛应用于各行各业及现代生活的各个领域。因其设备工作电压低，对外界干扰极其敏感，对雷电电磁脉冲的耐受能力很。当雷电电磁脉冲达到某一阀值时，轻则引起系统误动作，重则导致系统永久性损坏。多年来，信息系统遭受雷电干扰而失效、损坏的事例屡见不鲜，造成巨大的直接损失和不可估量的间接损失。因此，必须加强和改进信息系统的雷电防护。
1 信息系统的各种冲击电磁干扰和过电压危害
1．1 雷电雷电是自然界频繁的大气放电现象，它通过脉冲形式向外辐射高频和甚高频电磁能量。地球上平均每秒发生100次左右。雷电脉冲功率可达2亿kW，电流上升很快，
持续时间很短，峰值高达数kA到30okA以上。雷电流强大的冲击机械效应和热效应将使信息系统遭受严重毁坏。尽管雷电直击信息系统的可能性不大，但是雷击附近大地、建筑物、交流供电线路或空中雷云放电时感应形成的冲击过电压，都有可能通过与之相连的电源线、信号传输线或接地系统，侵入信息系统内部，酿成严重的干扰或事故。
1.2 操作过电压在电网内部， 由于各种开关电器的操作、负荷的投入和切除，或故障的发生与排除等运行状态的突然变化，都可能产生频率较高、持续时间毫秒级、几倍幅值的操作过电压，通过电源渠道侵入电子系统，影响信息系统设备的安全运行。
1．3 核电磁脉冲核爆炸时产生强大的电磁脉冲，场强峰值可达50kV／m，功率密度峰值可达6．6MW／m，约为雷电的100倍；其破坏范围大，400km 高空核爆，地面的破坏半径约为2200km。核电磁脉冲将在信息系统中耦合产生很高的暂态过电压，只要耦合能量达到某一阀值，就会导致许多集成电路和半导体器件工作失效或损坏。
1．4 静电放电 当两种介电常数不同的绝缘材料直接接触，互相摩檫时，会发生电荷转移而各带不同电荷，称为静电充电。人体同样会发生静电充电，气候愈干燥，充电电压愈高。带有上述电荷的人员触及信息设备，就会发生放电现象，放电产生的电磁干扰可能使信息系统误动或损坏。

2 信息系统的冲击耐受能力
   国外研究报告表明，当雷电形成的磁感应强度B达到O．0r7Gs时，无屏蔽的计算机即发生误动；超过2．4Gs时，将发生永久性损坏。据估算，离无屏蔽的计算机800m附近处落一个100kA左右的雷，就会发生误动；离83m 附近落雷就要损坏。
表l是以上述报告介绍的微电子元器件损坏磁场阀值
(2．4Gs)及误动阀值(O．07Gs)为依据，给出了雷击时使信息系统误动和损坏的雷电流与雷击距离。



   一般建筑物对电磁波的屏蔽作用很小，除有特别屏蔽措施的计算机房内的电磁干扰小一些外，其它机房的冲击磁场都大于O．07Gs，说明建筑物内多数场合的信息设备都会受到不同程度的影响。

3 信息系统的雷害事故案例
    据发达国家的保守估计，由于雷电电磁脉冲导致计算机网络失效或损坏，平均每年约占全部故障的70o／o。我国近几年雷灾事故也频繁、激增，损失巨大。据一些省市统计，信息系统因雷灾的直接损失约占雷害总损失的80％ ，同时造成无法估量的间接损失与社会影响。例如：1992年6月22日傍晚，一
个落地雷击中某信息中心大楼顶，楼内的大型计算机与小型计算机网络中断，整个计算机系统停止工作达2天之久，损失数lO万元。大楼装有避雷针，闪电由避雷针引入大地，大楼、人员及普通设备安然无恙，但雷电流在四周产生的巨大脉冲电磁场，却使具有极为灵敏的微电子器件的计算机系统毁坏了。l995年6月，某省中国人民银行清算中心一座33层高楼遭雷击，导致网络停止工作3天，几亿元资金无法运行，仅利息损失就达200多万元。1995年7月，某机场航材供应中心在一场暴雨中近区落雷，计算机网络瞬即全部停运。从事故范围和设备损坏情况分析判断，这是一起雷电波从信号传输线路上侵入，造成计算机网络损坏的典型事例。

4 信息系统的雷电电磁脉冲防护
    自18世纪美国科学家富兰克林发明避雷针以来，人们对建筑物的防雷保护已经取得了很大成绩，积累了丰富的经验。现在的问题是，用一般建筑物的防雷经验，已显然不能解决信息系统的防雷。所以必须加强和改进信息系统的雷电防护。
    首先，在思想上人们的观念要更新。许多人总以为信息系统设备都在楼里，房顶装了避雷针就万事大吉了，殊不知闪电由避雷针引入大地，大楼、人员和普通设备虽然无恙，但雷电流在其周围产生的巨大脉冲电磁场，却使整个计算机系统误动或毁坏。许多人不了解埋地电缆甚至光缆也会出现感应过电压侵入，实践表明不少屏蔽良好的计算机网络在雷雨季节也发生故障。另外，远方闪电的冲击电磁波也会在通信线路上感应产生过电压，侵入系统。因此，我们从系统规划设计开始就要一并考虑，以免留下后患。
   其次，在技术上应充分理解信息系统的雷电电磁脉冲防护是一项系统工程，必须贯彻整体防护思想，综合运用分流(泄流)、均压(等电位)、屏蔽、接地和箝位保护等各项技术措施，构成一个完整的防护体系。
5 结语
    信息系统对雷电电磁脉冲的防护工作，是一项系统庞大而又复杂的工程。对此不能采取单一的防护模式，应该综合各种技术，进行整体防护。而对一个特定的信息系统及整个建筑物的防护，还需根据具体情况，采取具体防护措施，构成完整防护体系。只有这样，才能收到预期的效果。