基于智能建筑的電氣防雷設計研究

馬馳

【摘要】目前，隨著我國城鎮化建設的不斷推進，智能建筑也迎來了高速發展期，而智能建筑的安全保障也越來越受到關注和重視。其中，防雷作為重要的安全保障措施，更是成為人們關心和重視的重要課題。本文對智能建筑防雷設計的必要性及雷電的形成與危害進行了詳細闡述，重點研究了智能建筑電氣防雷設計的有效策略。

【關鍵詞】成因及危害 策略分析 必要性 防雷研究

前 言：智能建筑是指通過將建筑物的結構、設備、服務和管理根據用戶的需求進行最優化組合，從而為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環境。它的產生和發展，離不開計算機網絡技術、現代控制技術、智能卡技術、可視化技術、無線局域網技術、數據衛星通信技術等高科技技術的迅猛發展，離不開大量的計算機和微電子設備。而這些設備功率小、工作電壓低、絕緣程度不高，過電壓承受能力差，抗干擾、抗電涌的能力弱，極易遭受雷電干擾，從而破壞整個智能系統，造成極大損失。因此，雷電沖擊對于智能建筑及人們的危害不容忽視。

一 智能建筑防雷設計的必要性分析

雷擊是智能建筑時常遭受的危害，它直接關系著智能建筑中的設備與線路是否能夠良好運行。若智能建筑遭受雷擊，那么智能建筑內部的沖擊電位分布與空間瞬間電磁場就會對安裝在樓內且與樓外有聯系的電氣設備造成一定影響，例如智能建筑遭受雷電沖擊，會導致數字化通信設備內部的計算機控制中心出現誤動或者損壞。基于雷電沖擊對智能建筑的危害性與影響力，因此對智能建筑采取行之有效的防雷設計等措施尤為必要。目前在智能建筑防雷設計中常見的防雷方法為外部防雷，也就是利用接閃桿或者接閃網、接地系統及引下線等因素構成完整的外部防護系統。該系統對智能建筑具有一定的保護作用，它能夠使智能建筑免受雷電沖擊從而引發火災事故等潛在風險。當然要達到防雷的最終目的還要進行內部防雷設計，要實現智能建筑內部防雷，應在進出智能建筑的各個保護區域的金屬管道及電纜上安裝并連接過壓保護器，同時還要實行等電位聯結，以此來防止雷擊強電壓對智能建筑內部設備造成的危害。

二 智能建筑中雷電壓形成的原因與危害分析

智能建筑中雷電壓的形成，主要來源是大氣中的飽和水蒸氣在上下氣流的碰撞與強烈摩擦下，能夠形成帶有不同電荷的雷云，由于大地存在一定的靜電感應，那么在帶電雷云靠近地面時，大地雷電反應會產生與雷云極性相反的電荷，此時大地和云層兩者之間就如同一個極板電容器，當云層中電荷密集地區對大地所產生的電場強度達到25kv～30kv/cm時，就會將空氣絕緣擊穿，從而對大地放出超負荷電壓，當雷云中所產生的負荷與大地電荷發生中和后，會出現較大的電流，由于其能量較大，不僅會中斷通信，同時還會對建筑物造成嚴重

破壞，威脅人們的生命安全。雷過電壓大致可以分為兩種，一種是直擊雷過電壓，另一種則是雷電感應過電壓。直擊雷過電壓是指架空線路直接性的遭受雷電沖擊之后，其高壓沖擊會形成一定的過電壓，過電壓沿著線路擴散從而損壞智能建筑中的電氣設備，將設備與大地之間的絕緣損壞；雷電感應過電壓中的雷電主要是指高頻脈沖電流，雷電沖擊點附近的線路會造成電磁感應的影響而產生脈沖浪涌，脈沖浪涌經過線路將入侵設備系統，易導致設備永久性損壞或者是設備失去其功能性。

三 智能建筑電氣防雷設計的有效策略研究

1 結合智能建筑實況制定完整合理的防雷方案。在進行一系列防雷操作之前，首先應結合智能建筑所在地的實際情況及智能建筑特點制定科學合理的防雷方案，以便工作人員在防雷操作中用以參考。一般情況下完整的防雷方案必須包括兩方面內容，分別是直擊雷防護與感應雷防護。直擊雷防護主要是利用接閃桿、接閃網、接閃帶、導地體及主體鋼筋等設備材料組合成一個框架，若在防雷設計中沒有使用接閃桿，那么需要工作人員在最高位布置一個在10m×10m以內的金屬網絡，整個智能建筑中的金屬體都需要與該框架相連接，以此來實現智能建筑防雷目的。感應雷對智能建筑的破壞主要是通過智能建筑中的電源線、數據線以及信號線等部位的入侵從而會對電氣設備進行破壞，因此要實現感應雷防護，應在智能建筑中各種線路的進出口位置安裝防雷器。

2 智能建筑中信號系統的雷電防護策略。信號系統破壞會影響智能建筑中的通信，因此需要對信號系統采取相應的雷電防護策略。若智能建筑中的信號數據傳輸線路所采取的有線傳輸方式，那么其線路電纜應采取穿管埋地或者是屏蔽電纜的引入方式，并在信號接收器與線路電纜之間安裝SPD，在天線的發射設備端與接收設備端安裝SPD，同時進入主機房的電話線應該穿過金屬管屏蔽接地將其引入。若利用雙絞線或者同軸電纜上網的情況下應在雙絞線或者同軸電纜上安裝SPD。

3 智能建筑中電源系統分級保護策略。智能建筑中的低壓供電系統易遭受浪涌的沖擊，要達到保護電源系統的目的，最好的保護方法就是采取分級保護的策略。對于瞬態過電壓應對其分段抑制，目前相關企業常采取三級保護的方式。首先，在智能建筑中供電系統的入口進線各相與大地間的大容量電源防浪涌保護器（SPD）之間接入第一級保護，SPD的最大沖擊容量每相應在25kA以上，限制電壓應控制在2400v以內，屬于1級電源防浪涌保護器。其次，在智能建筑中敏感或者十分重要的用電設備的分路配電設備處的SPD位置安裝第二級保護，這些SPD能夠將智能建筑供電入口浪涌防護器所剩余的浪涌量吸收，就目前的保護效果來看，其對瞬態過電壓有良好的抑制作用。一般建筑供電系統做好雷電二級保護就可以了。但對于智能建筑而言，還要對其進行第三級保護，即在智能建筑用電設備的內部電源部分安裝一個內置式的電源浪涌保護器，從而將智能建筑中存在的微小瞬態過電壓完全消除。第三級保護中所使用的電源浪涌保護器最大沖擊容量每相應不大于20kA，限制電壓應控制在1000v以內。

4 等電位聯結保護策略。對于智能建筑防雷設計而言，主要在智能建筑中的主要金屬構件以及進入建筑物中的金屬管道實施等電位聯結保護，并利用電子設備構成功能強大的信息系統。在等電位聯結保護策略實施中若等電位聯結中的連接體不能直接與建筑物相關金屬構件及金屬管道時，應將瞬態等電位聯結的電涌保護器作為進行金屬連接的導體。另外，還要在智能建筑中設備房外部合理敷設金屬屏蔽網，同時要保證屏蔽網與房內環形接地母線多點均勻連接在一起，從而充分發揮金屬屏蔽網的作用。當然在智能建筑內部中還有大量的弱電設備需要進行防雷保護，這要視實際情況而定，例如采用光纖傳輸的系統需要將光纖加強芯和擋潮層接地處理。

四 總結

綜上所述，智能建筑內有大量的電子設備（如通信自動化系統、火災報警及消防聯動控制系統、樓宇自動化系統、保安監控系統、辦公自動化系統及閉路電視系統等）以及與之相應的布線系統。其遭受雷電沖擊不僅僅對智能建筑本身及其內外部設備造成危害，同時在很大程度上還會威脅人們的生命財產安全，因此針對智能建筑中的各種線路、電氣設備及布線等方面都要做好防雷措施，采取相應的雷電防護措施，以此來降低或避免雷電沖擊對智能建筑內部信息系統及電源系統的破壞，為智能建筑提供安全保障。

參考文獻

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