智能建筑的防雷系统设计

摘　要：摘要：结合智能建筑的特点和当今社会信息化及信息化设备广泛应用的现状，提出智能建筑防雷的系统性、综合性，形成智能建筑防雷设计的思路和要点。

关键词：关键词：智能建筑；防雷；等电位连接

中图分类号：TP39    文献标识码：A     文章编号：

    随着现代社会的发展，建筑物的规模不断扩大，作为信息时代的新兴建筑——智能建筑，在行业中的比重越来越大。智能建筑包括结构、系统、服务和管理等基本要素，它以最优化的设计提供一个投资合理、便利快捷、高度安全的环境空间。在智能建筑中，随着计算机网络技术的发展，各种电子信息设备被广泛采用。而电子信息设备的信号电压很低，容易受到过电压和雷电电磁脉冲的危害，我国每年因雷击导致信息设备损坏的事件时有发生。本文针对智能建筑的特点，重点阐述智能建筑如何进行防雷设计。

1．雷电入侵智能建筑的方式
    从人类进入到电气时代以后，雷电的破坏由主要以直击雷击毁人毁物为主，发展到以通过金属线传输雷电波破坏电气、电子设备为主。随着近年来电子技术的飞速发展，计算机系统的网络化程度越来越高，人类对电气设备尤其是计算机设备的依赖越来越严重。这些高精度的微电子计算机设备内置大量的CMOS半导体集成模块，导致过电压、过电流保护能力极其脆弱。1971年美国通用研究公司R.D希尔的仿真试验通过建立模式提供的研究报告表明：由于雷击电磁脉冲的干扰，对当时的计算机而言，在无屏蔽的状态下，当环境磁场强度超过0.07高斯时（约为5.57A/m）,可引起计算机产生误码或失效；当环境磁场强度超过2.4高斯时（约为191A/m）就可以造成设备永久性损坏。
    直击雷和雷电感应是两种最常见的入侵方式。直击雷是闪电直接击中建筑物或线路并经电气设备入地的雷电过电流。雷电感应是雷电流产生的强大电磁场变化使导体感应出的过电压。对于大量的电子信息设备，雷电感应防护是重点。雷电过电压、过电流主要通过供电电源线路、建筑物内的网络通信线路、地电位反击电压通过接地装置等途径侵入。一旦建筑物遭受直接雷击或附近发生雷击，雷电过电压、过电流会通过各种管线和空间辐射等多种途径侵入建筑物内。如果保护措施不当，弱点设备将会失灵甚至永久损坏。因此，必须从系统的高度出发，综合运用各种防雷措施，形成整体的防护体系，才能有效地将雷害降到最低，取得最好的防护效果。

2．智能建筑的综合防雷保护
    在对雷电进行防护时，根据国际电工委员会（I E C）的标准，雷电防护装置分外部防雷装置和内部防雷装置两大部分，见下图。

    到目前为止，外部防雷装置都是采用避雷针、避雷带、避雷网等作为接闪器，把雷电流引下来，通过引下线，把雷电流引至良好的接地装置，使其迅速而安全地泄放到大地中去。
    对于智能建筑，我们要先确定它的防雷类别，根据建筑的重要性、使用性质，发生雷击事故的可能性和后果分类。根据不同防雷类别确定接闪器的布置、引下线的间距等。接闪器可由独立避雷针、避雷带、避雷网格等组成。对于楼顶突出屋面的电子设备需要设置避雷短针进行有效保护，避雷短针应与避雷带可靠连接。
    雷电流通过引下线入地，当引下线数量较多间距较小时，雷电流在局部区域分布也较均匀，反击危险也相应减小。因此，作为智能建筑，在设计时适当增加引下线的数量，可以充分利用建筑物构造柱主筋做引下线，形成法拉第笼。
    为保证智能建筑内部不产生反击和接触电压、跨步电压，需采取等电位措施，减小雷电流在它们之间的电位差。在设计时，预留出等电位联结端子，将各种电子信息设备的金属外壳与之可靠联结。
    接地系统是防雷设计的重点，接地系统给雷电流提供了可靠快速安全的入地通道，尽可能的减小地电位，保证人身和设备的安全。共用接地方式是目前比较常用的接地形式，也取得了良好的效果。对一个信息系统而言，共用接地系统是指整个系统的共用地网，如果系统的各个设备分散于各处，应尽可能的将这些设备的各种接地连接到一起，以避免反击问题的出现。

3．智能建筑电涌保护器的防雷设计
    SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击瞬态过电压、操作过电压及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。应在不同使用范围内选用不同性能的SPD（电涌保护器）。在选用电源SPD时要考虑供电系统的接地形式、额定电压、被保护设备耐压能力等因素。对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的兼容性。
    SPD保护必须是多级的。在各类SPD能满足各级所需的标称放电电流前提下，为了保障SPD的可靠性，一般选择大量级通流容量的SPD。通流容量是指SPD不发生实质性破坏而能通过规定次数，规定波形的最大电流峰值，冲击通流容量较小的SPD在通过同样的雷电流条件下其寿命远小于冲击通流容量大的SPD，根据有关资料介绍：“MOV元件在同样的模拟雷电流8/20μs，10KA测试条件下，通流容量为135KA的MOV的寿命为1000-2000次，通流容量为40KA的MOV的寿命为50次，两者寿命相差几十倍。”
    在雷电感应的防护中，电涌保护器的使用越来越多，它能根据各种线路中出现的过电压、过电流及时动作，泄放过电流，限制过电压，从而达到保护电气设备的目的。电涌保护器设计时要注意选择试验类别和通流量。根据最新的国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的要求，智能建筑的电源进线处SPD要承受沿配电线路入侵的浪通电流的主要能量，因此其SPD在满足入口界面处标称放电电流要求的前提下，可根据情况选择较大通流容量的SPD，必须设计一级试验的浪涌保护器，以最大限度的泄放雷电流，抑制过电压。在分配电箱、电梯、风机等处可以设计二级试验的浪涌保护器。一级试验的浪涌保护器可以承受的雷电波能量相当于二级试验浪涌保护器可以承受的雷电波能量的5~8倍。

4．智能建筑综合布线防雷保护
    综合布线系统是智能建筑的中枢神经系统，它能使建筑物内部以及建筑群内部的语音、数据交换、信息交换、自动化管理等各系统相互连接，并能与外部信息网络相连。综合布线系统由六个子系统组成，分别是：工作区子系统、水平子系统、管理区子系统、主干区子系统、设备间子系统、建筑群接入子系统。综合布线系统一般分为竖直分布和横向水平分布，采用金属桥架、金属线槽和金属套管进行敷设，不应采用PVC材质的塑料管保护，不利于感应过电流的泄放。下面分别对各子系统的雷电保护进行分析。
    （1） 建筑群接 入子系统：目前常采用光缆作为网络连接介质，光缆应埋地敷设，并将光缆的所有金属构件，如金属加强芯等接地，在终端也应将光缆中所有金属构件及光端机等设备直接接地。有些采用双绞线作为传输介质的，双绞线应敷设在弱电金属桥架或金属管道内。如有雷电感应或雷击电磁脉冲，感应电流可以通过金属桥架或金属管道泄放入地。这就要求金属桥架和金属管道必须和智能建筑的接地系统可靠连接。
    （2） 设备间子系统：应在设备间内将各电子信息设备的机柜、金属外壳等用软铜线与等电位接地排可靠连接。同时，在机柜中安装相应类型的计算机网络浪涌保护器，作为网络系统的第一级信号避雷器。
    （3） 管理区子系统：一般设置在各楼层配线间，在各主干子系统和水平子系统之间。可根据安全和经济综合考虑是否安装第二级信号避雷器。如果信号衰减太多，则可以不安装信号避雷器。由于信息线缆一般都是沿弱电井敷设，而弱电井一般设计在智能建筑的中部，收到雷电流泄放产生的电磁脉冲和雷电感应较小，危害程度较轻。
    （4） 垂直干线子系统：智能建筑的主干电缆部分，将管理区子系统和设备间子系统相连。主干电缆在敷设时应注意避开较强的电磁干扰源，如发电机、电动机、变压器等，或者至少保持一定的距离。为达到屏蔽的效果和防电磁干扰能力，将电缆敷设在金属线槽内效果最好。金属管槽等应与各楼层的等电位连接排用软铜线连接。
    （5） 工作区子系统：指的是水平子系统的线缆末端，它直接与用户的各种设备相连。在这里，我们可以在各个重要的设备前端设计信号避雷器作为多级防护，或者使用集成式的RJ45信息插座（集成了信号防浪涌保护功能）。

5．智能建筑防雷设计施工时间问题
    智能建筑的防雷防雷系统的建设与设计各专业密切相关，在各项工作开展时就应考虑防雷的问题，如为智能建筑各种接地设备预留好接地端子。如一开始没考虑设计，等到施工装修结束再发现问题，就会浪费人力物力，同时也影响质量和观感效果。因此，防雷系统的设计施工应与建筑的设计施工同步进行。

6．结语
    智能建筑是一个不断更新的事物，随着信息技术的发展，它也是一个不断发展的过程，而智能建筑的防雷则是一个系统工程，要从多方面入手，任何一个环节没有防护到位，雷电危害很可能就发生了，这就需要我们全方位考虑，层层设防。智能建筑的防雷系统建设应同建筑物的设计、施工同时进行，可以最大程度降低工程造价，减少不必要的麻烦。

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