智能建筑的防雷與接地方法

呂俊霞

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南 南陽 473009）

1 引言

智能建筑興起于發(fā)達國家，隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，特別是20世紀90年代，國內(nèi)各大城市的智能建筑大量興起。

智能建筑，顧名思義要實現(xiàn)智能化。所謂智能化（智能控制），控制器具有智能行為的系統(tǒng)稱為智能控制系統(tǒng)，不僅僅是提高計算機的運算速度和存貯容量，而且要接近人腦的智力行為。曾經(jīng)有模糊控制、模糊邏輯、神經(jīng)控制和智能控制論、神經(jīng)網(wǎng)絡、神經(jīng)計算機、電腦等。總之，是為了無限接近于人腦的智力行為的計算和控制。

盡管目前的智能建筑還是初級的智能化，但智能建筑中新技術(shù)應用多，科技含量高，投資大，設備復雜，成本高等。因此智能建筑的安全問題尤為重要，智能建筑的接地裝置要求高、要求嚴，并且有其特點。

2 接地裝置與建筑防雷裝置

接地裝置是確保電氣設備正常工作和安全防護的重要措施。

常見的防雷裝置是接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護器及其他連接導體的總和。接地裝置包括接地體和接地線兩部分。

引下線是連接接閃器和接地裝置的金屬導線，它的作用是把接閃器上的雷電流傳遞到接地體上。引下線一般采用圓鋼或扁鋼，如有腐蝕性場所應當適當增大截面積；引下線一般沿建筑物的外墻敷設，敷設線路應盡量短而直，應固定牢固，固定支點之間的距離不應該大于1.5－2m，在離地面連接處應用鋼管穿管的辦法，以防外物對引下線造成機械損傷和腐蝕。為了便于檢查測量，在離地面1.5－1.8m處需設置斷接卡。

接地體包括接地裝置和裝置周圍的土壤或混凝土，它的作用是將雷擊電流有效泄入大地。現(xiàn)在常用的接地裝置有水平接地極、垂直接地極、延長接地極和基礎接地極。易燃易爆化學物品的接地裝置一般采用垂直接地極，即用一根2.5m以上的角鋼、圓鋼、鋼管或銅質(zhì)柱型材制成垂直形狀打入土壤中，當接地不能滿足要求時，可采用環(huán)形接地極組和放射形接地極組的辦法；為了防止接地體被腐蝕，可在埋設前先涂上防腐劑。有些地區(qū)土壤電阻較高，一般接地方式達不到接地設計要求時，可采用人工方法來減少接地土壤的電阻率，即換土法或化學處理法。

3 智能建筑接地的一般規(guī)定

智能化系統(tǒng)設備的接地應做到安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進。并且，應采用總等電位聯(lián)接，各樓層的智能化系統(tǒng)設備機房、樓層弱電間、樓層配電間等的接地應采用局部等電位聯(lián)接。接地極當采用聯(lián)合接地體時，接地電阻不應大于1Ω；當采用單獨接地體時，接地電阻不應大于4Ω。在智能化系統(tǒng)設備和電氣設備的選擇及線路敷設時應考慮電磁兼容問題。

智能建筑的接地除了其他相關標準有更嚴格的規(guī)定外，接地方法必須符合有關的要求。接地系統(tǒng)一般是商業(yè)建筑樓內(nèi)保護專用信號或通信及綜合布線系統(tǒng)不受干擾的一個完整部分。為了保護強電環(huán)境中的人員和設備，接地系統(tǒng)必須減少對通信及綜合布線系統(tǒng)的電磁干擾的影響。不正確的接地裝置會產(chǎn)生感應電壓，破壞其通訊電路。

在符合電氣標準的同時，還必須遵守設備廠家的接地規(guī)程和要求。專用數(shù)據(jù)和通信的接地標準有可能比國內(nèi)的有關要求高。

設計智能建筑的接地系統(tǒng)，應考慮下列因素：①保證安裝符合正確的操作規(guī)程；②保證管理區(qū)、設備室和入樓設備有正確的接地入口；③保證接地適用于跳接箱、插接箱、電話的數(shù)據(jù)設備以及維修和測試設備。

網(wǎng)絡接地點是本地通信部門的通信設備和用戶終端的通信布線及設備之間的連接點。從物理接地點角度，通信部門提供業(yè)務的接地方式是標準中記錄的轉(zhuǎn)換裝置或工業(yè)標準中規(guī)定的方式。為了系統(tǒng)的安裝，確定準確的接地點要與業(yè)務提供者或廠商協(xié)商。

對于網(wǎng)絡接地點的位置，在單一用戶的大樓中，接地點在保護裝置的12吋范圍內(nèi)或無保護裝置的地方，它們一般在通信部門設備到大樓的12吋范圍內(nèi)；而在多用戶大樓中，通信部門要為接地點限定起碼的幾個點的接入法規(guī)。否則，大樓房主可自行規(guī)定接地點的位置，可以設置一個單獨的接地點，也可以在每個用戶的辦公地點設一個分界點。這樣，從布線到用戶辦公地點就會超過12吋。

對于智能建筑系統(tǒng)接地方式的選擇，統(tǒng)一（聯(lián)合）接地系統(tǒng)，智能建筑的接地系統(tǒng)，智能建筑的防雷接地，是智能建筑接地的重要內(nèi)容。目前最適合智能建筑的接地系統(tǒng)是TN—S系統(tǒng)。

智能建筑中有大量的強電設備，更有大量的弱電設備，如電子計算機和其他電子設備，為了使這些設備能正常、精確地運行，通常采用直流接地，也就是所謂“信息接地”，或稱邏輯接地。直流接地的特點是有比較穩(wěn)定的基準地電位。在智能建筑的接地系統(tǒng)設計時，正確選擇智能建筑系統(tǒng)接地方式是一個重要環(huán)節(jié)，施工時應考慮建筑物所處的供電環(huán)境。

4 智能建筑的防雷接地系統(tǒng)

智能建筑的防雷接地系統(tǒng)，有特殊的重要性，電子設備重要性高，尤其是精密電子設備重要性非常高，但其絕緣水平極低。如各種大規(guī)模集成電路的芯片、絕緣水平等級只有幾十伏，甚至只有幾伏；而來自雷電的瞬時過電壓高達幾萬伏，甚至幾十萬伏。即使雷電反擊或雷電感應，也足以造成自動化、智能化系統(tǒng)的電子設備損壞和嚴重破壞。輕者也會造成電子設備的嚴重干擾，使自動化、智能化系統(tǒng)不能正常工作，使得智能建筑的功能不能正常發(fā)揮，甚至造成癱瘓。由于智能建筑通常都是重要的建筑物，因此智能建筑物一般應按一類防雷保護考慮，必須具備相應的防雷接地系統(tǒng)。

對于智能建筑的防雷接地系統(tǒng)，應特別重視對設備的隔離，使電子設備盡量遠離防雷系統(tǒng)，智能建筑應設計成為均壓、等電位和有多層次的防雷屏蔽結(jié)構(gòu)。

4.1 一般規(guī)定

智能建筑的防雷接地系統(tǒng)的一般規(guī)定如下。

為了防止雷電波的侵入，進入建筑物的各種線路及金屬管道應采用全線埋入的方法，并在入口端將電纜的金屬皮、鋼管及金屬管道與接地裝置可靠地連接。若采用部分直接埋地引入時，電纜長度不應小于15m，其入口端電纜的金屬外皮或鋼管應與接地裝置良好連接。在電纜與架空線路連接處，還應裝設避雷器，并與電纜的金屬外皮或鋼管及絕緣子鐵腳連在一起接地，其沖擊接地電阻不應大于10Ω。

進入建筑物的各種金屬管道及電子、電氣設備的接地裝置，應在進出處與防雷接地裝置作可靠連接。

在有條件的情況下，應將防雷裝置的接閃器和引下線與智能建筑內(nèi)的金屬導電物體隔離，金屬物體至引下線的距離，應符合設計要求，且不能小于2m，如達不到要求，應采取相互連接的措施，連接導線的最小截面應符合規(guī)定。

智能建筑內(nèi)的各種豎向金屬管道每三層與圈梁或均壓環(huán)的鋼筋連接一次。底部必須與防雷裝置相連。

為了防側(cè)擊雷，應將30m及以上部分外墻上的欄桿、金屬門窗等較大金屬物直接或通過金屬門埋鐵，并與防雷裝置良好地連接。

延伸至屋頂外的金屬管道與構(gòu)件，除保證其在接閃器保護范圍內(nèi)，還應在戶內(nèi)、戶外與防雷裝置可靠地連接。

對于一些有特殊防雷要求的系統(tǒng)及設備，如電視的共同天線，衛(wèi)星電視天線等應按照相應的有關標準、規(guī)范所規(guī)定的要求，進行安裝和施工。

4.2 防雷接地體

智能建筑的地基是較理想的自然接地體。通常地基上端的鋼筋已與承臺面的鋼筋連接在一起。若未做到如此的地基，施工時，可采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼將未連的鋼筋連成一體。這樣，也完成地基的整體連接。顯然，這是一個非常理想的自然接地體系統(tǒng)。設計時根據(jù)這樣的規(guī)定，繪制地基連接的平面圖，并提出承臺面內(nèi)鋼筋連接的要求。施工時按設計圖紙的要求進行安裝和施工。這樣，就構(gòu)成了防雷接地體。接地系統(tǒng)的接地電阻，對于智能建筑，應保證小于1Ω。

4.3 防雷接地引下線

防雷接地引下線的接地方式主要有以下兩種：

施工時利用柱子內(nèi)的主鋼筋作為防雷接地引下線，柱子下端鋼筋應與承臺面內(nèi)鋼筋連成一體，沒有連接的應采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼，將其連成一體，并完成與自然接地體連成一體。柱子上端的鋼筋應與建筑物頂層內(nèi)的鋼筋連成一體，若沒有連接的，可采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼將柱子上端的鋼筋連接在一起，用金屬絲綁扎或焊接均可。沿外墻柱子的鋼筋應與建筑物頂層的防雷接閃器連接在一起。這樣，就完成了智能建筑防雷接地的引下線。這種防雷接地引下線的施工方法，雷電流泄漏點多，又不損壞建筑物的外觀，而且施工比較方便，所以這種施工方法比較好。

人工防雷接地引下線的施工方法是采用足夠截面積的裸銅線或30mm×4mm的鍍鋅銅帶，每隔2m作一次固定，引下線間距不大于18m。采用這種人工防雷接地引下線的方法時，應注意建筑物的外觀，這種引下線施工方法較適用于平面空間窄小的塔樓建筑。

4.4 防雷接閃器

雷電對建筑物及其設備，乃至人身有極大的危害，而且非常復雜，又具有突然性，特別是直擊雷和側(cè)擊雷。對于建筑物的屋脊、屋角、女兒墻與屋檐，都比較容易受到雷擊，在建筑物頂上的設備與器具，更容易受到雷擊。為了有效地防止雷擊，可以采用針帶組成接閃器，其施工方法如下。

采用25mm×4mm的鍍鋅扁鋼在建筑物頂上組成不大于10m×10m的網(wǎng)格，并延伸到女兒墻上，使墻沿均在避雷帶的保護范圍內(nèi)。

在建筑物的最高點再設置避雷針，或多處設置避雷針，可用滾球法確定其保護范圍。

針帶組合接閃器應與外墻柱子作為引下線的鋼筋作可靠的連接。

4.5 等位面與均壓環(huán)

等位面與均壓環(huán)（形成均壓空間）可使智能建筑內(nèi)的電子設備及綜合布線系統(tǒng)更得到有效的保護，所以有其重要的意義。有了均壓系統(tǒng)，在發(fā)生雷擊時，不會造成高壓集中向低電位物體反擊的現(xiàn)象。等電位面與均壓環(huán)施工方法如下。

利用樓層內(nèi)的鋼筋與周圍柱子的鋼筋，將它們連成一體，整個樓面就成了防雷等電位面，這種等電位面樓層是很好的防雷屏蔽層。施工時有兩種情況，一種是將等電位樓層在土建施工時自然完成；另一種對于預制式樓板，應在預制樓板內(nèi)預埋供防雷接地裝置連接的扁鋼，在土建施工時將這些預埋扁鋼與防雷裝置作可靠的連接。

對于均壓環(huán)，可將智能建筑30m及以上，每三層利用圈梁的鋼筋，與外墻所有柱子的鋼筋作可靠的連接，這一連接整體自然構(gòu)成了均壓環(huán)。若沒有圈梁的建筑物，可在30m及以上每隔三層，采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼或Φ12mm的圓鋼，將建筑物外墻柱子內(nèi)鋼筋連成一體，形成一個防雷均壓場，保證雷擊時，建筑物和其設備以及人身的安全。

對于智能建筑，它具有一個良好的接地體，多根防雷引下線，多層屏蔽等電位面，以及均壓空間，稱為法拉第籠結(jié)構(gòu)，電子設備處在法拉第籠內(nèi)，這樣，完成了智能建筑的完善的防雷接地系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也是智能建筑接地系統(tǒng)的基礎。

5 屏蔽接地與防靜電接地

對消除電磁和靜電干擾，最有效的方法是屏蔽。屏蔽是指減弱和防止靜電及電磁相互干擾的措施。包括靜電屏蔽、電磁屏蔽和磁屏蔽。所以，對于智能建筑要進行電磁兼容設計。盡管說對于閃電、雷擊、外來的電磁波干擾，由于智能建筑物的鋼筋，組成了一個多層屏蔽效果良好的防雷接地體系，同時電子設備及其布線都配置在建筑物的底部樓面的較中心位置，基本能做到抗外來干擾。一般電子設備又裝有交流電源濾波器、隔離變壓器、直流濾波器等，已經(jīng)將交直流電源傳導的干擾信號或耦合信號消除了許多。但是，在智能建筑中為了消除各種干擾，使智能建筑物有更安全的電磁環(huán)境，還必須進行靜電屏蔽及防靜電接地、電磁屏蔽及其接地。

（1）靜電屏蔽及防靜電接地

為了防止靜電場對信號回路的影響，消除兩個電路間分布電容耦合產(chǎn)生的干擾，必須采用靜電屏蔽措施，靜電屏蔽在設備本身已經(jīng)具備。因此，只要將靜電屏蔽體作良好的接地即可。

施工時，應將通信設備房、電子計算機機房（即容易產(chǎn)生靜電，以及靜電對電子設備容易產(chǎn)生干擾的機房），其地坪應采用防靜電地板（即導電地板）架設，導電地板間應有接地連續(xù)性措施，甚至房間門窗的金屬把手、門栓及所有金屬構(gòu)件都應可靠接地。

（2）電磁屏蔽及接地

為了防止外來電磁場及綜合布線間直接電磁耦合對電子設備產(chǎn)生的電磁干擾，應采取電磁屏蔽措施。和靜電屏蔽一樣，通常電子設備本身已具備屏蔽體（有時與靜電屏蔽合用），所以只要將屏蔽體作可靠的接地即可。

施工方法如下：

為了信息保密或預防竊聽，應將整個房間屏蔽起來，門、窗、通風等開孔處及接縫，應采取有效的屏蔽措施。

整個屏蔽層組合間，應有接地連續(xù)性，并具有可靠的接地措施。

為了防止來自綜合布線間的相互干擾，電子設備的信號傳輸線、接地線等應盡量遠離產(chǎn)生強磁場的場所，布線應盡量避免相互干擾的線路平行敷設，布線路徑并應盡量短。

傳輸線直流接地線應采用屏蔽線式穿鋼管或金屬線槽敷設，屏蔽層和金屬管、槽兩端應可靠接地。

屏蔽接地引線應直接與保護接地線PE連接，或與輔助等電位銅排相連接，并應采用6mm2以上的銅芯絕緣線，且引線長度不得超過6m。

［1］芮靜康.供配電系統(tǒng)的施工、運行和維護［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］芮靜康.建筑防雷與電氣安全技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］郭 濤，陳冬雪.怎樣查找和處理電氣故障［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2011.

［4］芮靜康.常見電氣故障的診斷與維修［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［5］何利民，尹全英.怎樣查找電氣故障［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1999.