現代樓宇防雷機理及工程實踐研究

陸洪軍

（廣西南寧市賓陽縣氣象局，廣西 南寧 530400）

1 雷電對智能建筑弱電系統的危害分析

（1）雷云靜電感應過電壓。通過雷云靜電場感應，在設備上積累一定與雷云極性相反的電荷，當雷云突然放電消失后，設備上的靜電荷來不及泄放，從而在設備的表面形成靜電過電壓，造成微電子設備損壞。

（2）電磁感應雷過電壓。雷擊大地或地面上的物體時通過電磁感應在附近其他導體上產生的電壓稱感應過電壓。傳輸線上出現感應雷過電壓，與線路相連的設備有可能損壞。

（3）直擊雷過電壓。雷電直接擊中物體，通過它泄放雷電流時所產生的電壓降稱作直擊雷過電壓，其所帶來的危害往往是災難性的。

（4）反擊過電壓。某金屬物體因雷擊而產生直擊雷過電壓時，該金屬體與大地之間存在很高的電壓，有可能對與大地相連的附近其他金屬體發生閃擊，使后者出現過電壓，成為反擊過電壓。

（5）雷電入侵波。電力傳輸線和各種信號傳輸線上出現的直擊雷過電壓或感應雷過電壓都可能以行波的方式向機房傳播。如果不采取抗防護措施，將會危及電力、通訊及計算機系統的穩定、可靠運行。

2 智能建筑物防雷機理及其防雷措施探討

2.1 防雷機理

(1)建筑群子系統：由連接兩個及以上建筑物之間的纜線和配線設備組成。若采用光纜作為建筑物間網絡連接介質，不需要安裝避雷器，甚至可以架空鋪設。若采用雙絞線，則必須穿管埋地敷設。

（2）設備間子系統；由進線設備，程控交換機、計算機等各種主機設備及其配線設備組成。它是布線系統最主要的管理區域，通常分為語音管理和數字管理兩部分。語音設備管理區子系統連接大樓外的各種線路，經與垂直干線子系統跳接后，連通各語音管理子系統，為防雷電破壞應安裝通信避雷相作為通信線路的第一級防雷措施。數據設備管理子系統是計算機網絡核心設備，是采用大對數雙絞電纜作為傳輸主干纜。

（3）管理子系統設置在各層配線間，由配線設備、輸入/輸出設備等組成。管理子系統也分為數據和語音兩部分。語音部分采用BIX安裝架固定在墻面上，需要安裝信號避雷器作為通信線路的第二級防雷措施。數據部分采用雙絞線作為垂直主干線，也需要在機柜中安裝信號避雷器作為計算機網絡的第二級防雷措施，防護由于引下線泄放雷電流而形成的電磁場突變所產生的感應雷。

（4）垂直干線子系統：由設備間的配線設備和跳線設備以及設備間至各樓層配線間的連接電纜組成。分為語音主干線和數據主干線兩部分。語音生干線按照程控交換機和電信系統的標準和做法，采用屏蔽大對數雙絞電纜。數據主干線如采用大對數雙絞電纜作為數據傳輸主干纜，因為已在管理區子系統安裝了信號避雷器，所以一般也不需要在這部分再安裝防雷設備。

（5）水平干線子系統。由連接管理子系統至工作區子系統的水平布線及信息插座組成。數據點和語音點均采用雙絞線敷設在金屬橋架和金屬管道內。

（6）工作區子系統：由連接在信息插座上的各種設備組成。連接計算機網絡的數據點由于在管理子系統中已采取了防雷措施，所以在工作區子系統一般不需要再加裝防雷設施，若要利用調制解調器通過語音點連接計算機，由于語音線路與外線連接，則有必要安裝信號避雷器，作為末級防雷措施。

2.2 防雷措施

（1）消雷器的設計。消雷器曾經一度廣泛使用，消雷器主要有導體消雷器和半導體少長針消雷器。消雷器，其原理是利用雷云和大地之間的電場能量，使消雷器產生的帶電粒子限制雷云向下的放電先導和消雷器向上的引發先導。消雷器主要是通過以下幾個方面實現防雷的：①消雷器頂端的空間電場較均勻，使向上的引發先導難以發生。②由于空間電荷的屏蔽作用，使由雷云向下的先導難以向下深入發展。③當由雷云向下的先導深入到距消雷器頂端360～300m時，消雷器上空的空間電荷將迅速地向先導端部轉移，對向下先導的發展才向起抑制和阻撓作用。④當先導端部到消雷器頂端距離小到一定數值時，其距離形成的間隙上的場強從每米幾十伏上升到數百伏，甚至在達到400～500kV/m。于是消雷器就能經先導通道向雷云發送大量的電荷粒子流，電流強度達到安級，最大值可達100A左右，使雷云電荷顯著減少，把原來可能發生的千安/秒的主放電過程，轉化為安/秒的放電過程。這樣，在消雷器附近的反擊和感過電壓也就不存在了。

（2）引下線的設計。在樓頂設計由避雷帶，避雷針或混合組成的接閃器，利用柱子內鋼筋作為防雷引下線，并與建筑物基礎鋼筋、梁柱鋼筋、金屬框架連接起來，形成閉合良好的法拉第籠，建筑內豎向金屬管道應每三層與圈梁的均壓環相連，均壓環應與防雷裝置專設引下線相連。墻上的欄桿，金屬門窗等較大金屬物直接或通過金屬門窗埋鐵與防雷裝置連接，大大降低建筑物內電子信息系統受干擾的幅度.多根引下線時宜裝設斷接卡，并采取防腐措施和保護設施。

（3）接地網的設計。在建筑的接地方式上，存在有電子系統、電源中性點和防雷系統等共用接地極和各自獨立接地兩種。前者利于等電位，而后者則更利于減少由感應雷電荷引起的沖擊，可避免由于地電位的升高，導致燒毀設備，所以更適合于智能建筑。智能大廈內各種交流、直流設備眾多，線路縱橫交錯，應將建筑物內的交流工作地、安全保護地、直流工作地、防雷接地與建筑物法拉第籠良好連接，形成一個等電位體，避免接地線之間存在電位差，以消除感應過電壓產生的原因。為避免各接地系統之間的相互影響，各接地極之間的距離應在20m以上.對于需要單獨接地的特殊電子設備，其接地極與其它接地極的距離出應在20m以上。

3 結語

對于智能建筑弱電系統的防雷，應滿足雷電防護分區、分級確定的防雷等級要求并收集雷暴日、電子信息系統設備的分布狀況等相關資料。同時，電源線路、信號線路、天饋線路、程控數字用戶交換機線路、計算機網絡系統、安全防范系統、火災自動報警及消防聯動控制系統、設備監控系統、有線電視系統等等的防雷與接地的設計。當然，系統的防雷工程實踐遠不止上述措施，更詳盡更先進的防雷措施有待于廣大弱電工程師的共同努力才能夠實現智能建筑弱電系統的防雷工程。