雷電防護(hù)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用研究

摘 要：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能建筑物內(nèi)部信息系統(tǒng)雷電防護(hù)逐漸成為防雷重點(diǎn)工作。防雷工程是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、跨部門的復(fù)雜系統(tǒng)性工程，因此，做好智能建筑物防雷設(shè)計(jì)十分重要。根據(jù)雷電對(duì)智能建筑物內(nèi)電子設(shè)備的危害途徑和智能建筑物雷電防護(hù)要求，重點(diǎn)研究了雷電防護(hù)技術(shù)在智能建筑物中的應(yīng)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：智能建筑物；危害途徑；雷電防護(hù)技術(shù)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能建筑物建設(shè)逐漸朝著信息化、自動(dòng)化和節(jié)能化方向發(fā)展，以微電子應(yīng)用技術(shù)為代表的新技術(shù)逐漸在智能建筑物的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且影響范圍不斷擴(kuò)大。建筑物內(nèi)包含不同類型的微電子設(shè)備，且這些設(shè)備的耐過(guò)壓級(jí)別低、防干擾要求高，屬于弱電子設(shè)備，自身遭受雷擊的概率較大[1-2]。一旦在雷雨季節(jié)被雷電擊中，大部分雷電流會(huì)以建筑物外部防雷裝置為媒介泄放進(jìn)入大地，另一部分雷電流則會(huì)通過(guò)雷電流感應(yīng)或耦合到金屬管線上直接進(jìn)入建筑物內(nèi)部，對(duì)電子設(shè)備造成損壞。因此，做好智能建筑物雷電防護(hù)是防雷人員的重要課題。

1 " 雷電對(duì)智能建筑物內(nèi)電子設(shè)備的危害途徑

如果建筑物位于雷電活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，內(nèi)部計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備死機(jī)甚至是永久性損壞在很大程度上是雷電活動(dòng)導(dǎo)致的。由于電子信息設(shè)備的集成度高、工作電壓低、運(yùn)行速度快，自身耐受過(guò)電壓、過(guò)電流及抗雷電電磁脈沖能力偏差，且過(guò)電壓高達(dá)數(shù)千伏特，會(huì)以各種類型信號(hào)傳輸線路、電源線路、天饋線路為媒介進(jìn)入建筑物內(nèi)各種設(shè)備和系統(tǒng)中，進(jìn)而造成破壞[3]。雷電對(duì)智能建筑物內(nèi)電子設(shè)備的危害途徑主要包括：（1）若是建筑物周圍大地、樹木等被雷電擊中，會(huì)產(chǎn)生雷電電磁脈沖并借助空間輻射產(chǎn)生干擾；（2）若是雷電直接擊中同建筑物連接的線纜保護(hù)管、水管、燃?xì)夤艿冉饘俟芫€或附近大地，金屬管線上會(huì)出現(xiàn)直擊雷過(guò)電壓或感應(yīng)雷過(guò)電壓，這兩種電壓會(huì)利用金屬管線直接入侵內(nèi)部電子信息系統(tǒng)，進(jìn)而產(chǎn)生危害；（3）若是建筑物避雷系統(tǒng)直接被雷電擊中，雷電中的強(qiáng)大雷電流會(huì)通過(guò)建筑物的避雷引下線、結(jié)構(gòu)鋼筋或其他金屬管線泄放進(jìn)入大地。一旦雷電流進(jìn)入上述金屬物體，不僅會(huì)對(duì)附近系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，還會(huì)導(dǎo)致建筑物接地裝置地電位上升或者分布不均，進(jìn)而引發(fā)電位反擊。

2 " 智能建筑物雷電防護(hù)要求

針對(duì)不同類型建筑物工程的雷電防護(hù)技術(shù)也有很大差異，如預(yù)防直擊雷的外部防雷裝置及預(yù)防閃電電涌侵入內(nèi)部裝置。若是建筑工程內(nèi)包含重要設(shè)備或者設(shè)備所處磁場(chǎng)環(huán)境和閃電電涌同雷電防護(hù)要求不符，就要做好電磁脈沖防雷措施，而被保護(hù)的電子設(shè)備或系統(tǒng)需要做好接地和等電位連接保護(hù)。根據(jù)不同的雷電防護(hù)類型，可將智能建筑物防雷技術(shù)劃分為內(nèi)部防雷和外部防雷。外部防雷可細(xì)分成引下線、接地裝置、接閃器，這些措施可應(yīng)用到直擊雷防護(hù)中；內(nèi)部防雷可細(xì)分成浪涌保護(hù)器、屏蔽、合理布線、共用接地裝置和等電位連接，這些措施可應(yīng)用于雷擊電磁效應(yīng)防護(hù)。

當(dāng)前，建筑物外部防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50057—2014《建筑物防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等文件的要求[4]。除了外部防雷裝置，還要在建筑物內(nèi)設(shè)置預(yù)防閃電電涌侵入的防雷裝置，也就是將內(nèi)部防雷裝置的等電位與建筑工程中的電子信息系統(tǒng)、地下室、金屬裝置、地面所在位置的金屬管線連接，還要確保距離間隔與設(shè)計(jì)要求相符。

3 " 雷電防護(hù)技術(shù)在智能建筑物中的應(yīng)用

3.1 "直擊雷防護(hù)

3.1.1 "接閃器

接閃器的主要作用是在短時(shí)間內(nèi)將雷電流快速引出，并通過(guò)接地裝置使其泄放進(jìn)入大地。接閃器主要布設(shè)在智能建筑物頂部，包含避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷針等。避雷網(wǎng)或避雷帶應(yīng)沿著智能建筑物屋脊、屋檐、女兒墻、屋角等容易遭受雷擊的部位敷設(shè)。若是將避雷帶或避雷網(wǎng)直接敷設(shè)到屋面上，需選擇熱鍍鋅扁鋼或圓鋼材料，敷設(shè)時(shí)應(yīng)使其順直，確保焊接長(zhǎng)度符合規(guī)定要求；若是避雷帶或避雷網(wǎng)經(jīng)過(guò)伸縮縫、沉降縫等部位，需做好煨彎補(bǔ)償處理；智能建筑物中的女兒墻會(huì)對(duì)避雷帶高度產(chǎn)生一定影響，女兒墻過(guò)寬會(huì)增加雷電安全隱患。為了解決該問題，可將避雷帶加長(zhǎng)，也就是在直角轉(zhuǎn)彎處布設(shè)多個(gè)避雷針。對(duì)于高層智能建筑物，若是屋面上的避雷網(wǎng)或避雷帶選擇的是鋼管或不銹鋼管材質(zhì)金屬欄桿，應(yīng)確保鋼管壁的厚度在2.5 mm以下，鋼管轉(zhuǎn)角部位選擇圓鋼或角鋼進(jìn)行焊接，確保焊接長(zhǎng)度與規(guī)范要求相符，最后將其連接引下線[5]。

3.1.2 "引下線

引下線的主要作用是將接地裝置與避雷帶或避雷網(wǎng)連接，使其組成雷電流通路。若引下線是暗裝布設(shè)，應(yīng)選擇建筑物主體結(jié)構(gòu)鋼筋或剪力墻內(nèi)的鋼筋。在設(shè)計(jì)智能建筑物引下線的過(guò)程中，應(yīng)考慮引下線數(shù)量和布置方式對(duì)分流產(chǎn)生的影響。若引下線數(shù)量多且間距小，局部有均勻的雷電流分布，會(huì)縮小引下線間的感應(yīng)范圍。為了有效降低雷電對(duì)智能建筑物的危害，應(yīng)沿著建筑物周圍對(duì)引下線進(jìn)行對(duì)稱或均勻布設(shè)，確保間距符合規(guī)范。為了減小引下線間距，可適當(dāng)增加引下線數(shù)量。若智能建筑物高度超過(guò)30.0 m，在30.0 m以上的部位可每隔3層沿著智能建筑物周圍敷設(shè)避雷帶，同時(shí)還要與各個(gè)引下線進(jìn)行焊接。高層智能建筑物需要的引下線較長(zhǎng)，可將均壓環(huán)布設(shè)到智能建筑物中間位置，以降低引下線上的感應(yīng)電壓。防雷人員需要注意的是，高層智能建筑物引下線需全程焊接，為了避免焊接錯(cuò)誤，應(yīng)確保同一柱內(nèi)引下線主筋超過(guò)兩根，主筋截面積在16 mm2左右，而鋼筋連接處需做好搭接焊，搭接長(zhǎng)度應(yīng)是圓鋼直徑的6倍。為了將接觸電阻降到最低，可選擇雙面焊接，使焊縫平整且飽滿。

3.1.3 "接地

對(duì)于智能建筑物而言，做好供電系統(tǒng)的接地工作刻不容緩，否則會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)的安全性和可靠性產(chǎn)生直接影響。由于智能建筑物內(nèi)部的自動(dòng)化設(shè)備種類較多，在電源和接地中需要考慮電磁兼容和過(guò)電壓保護(hù)方面的問題。接地系統(tǒng)的主要作用是確保雷電流第一時(shí)間泄放進(jìn)入大地。接地分為共用接地和獨(dú)立接地，后者的主要弊端是不利于過(guò)電壓保護(hù)。在設(shè)計(jì)接地裝置的過(guò)程中，可以直接選用建筑物自然接地體，若是布設(shè)的自然接地體不符合規(guī)定要求，可以適當(dāng)增加人工接地體。現(xiàn)階段，人們對(duì)共用接地系統(tǒng)的使用頻率極高，主要是在智能建筑物基礎(chǔ)或室外接地裝置上與防雷接地、電源工作接地、電子設(shè)備信號(hào)接地、各種裝置外殼直接連接。若是弱電設(shè)備上的共用接地系統(tǒng)缺失，需單獨(dú)安裝接地體。

3.2 "內(nèi)部防雷

3.2.1 "等電位連接

為了確保智能建筑物的雷電防護(hù)符合規(guī)定要求，需做好建筑物基礎(chǔ)鋼筋、梁柱鋼筋、建筑防雷引下線、金屬框架的可靠焊接、綁扎或搭接工作，并將各種金屬設(shè)備同金屬管線進(jìn)行有效焊接或卡接，確保接地系統(tǒng)良好。為了將智能建筑物的感應(yīng)雷擊或直擊雷引起的電位差降到最低，需做好建筑物直流工作接地、安全保護(hù)接地、交流工作接地、防雷接地之間的等電位連接工作。為了減少側(cè)擊雷對(duì)智能建筑物的危害，需要使玻璃幕墻支架、鋼龍骨與均壓環(huán)之間構(gòu)成等電位連通；對(duì)于金屬管道、電纜金屬外皮等進(jìn)出智能建筑物的金屬物，在進(jìn)出區(qū)域需要做好防雷接地裝置間的等電位連接工作。

3.2.2 "雷電電磁脈沖

為了避免或者減少雷擊電磁脈沖對(duì)智能建筑物內(nèi)電子通信系統(tǒng)的破壞，做好屏蔽措施顯得極其重要。可以選擇智能建筑物中地板、墻頂、墻面及梁柱等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋組成六面體網(wǎng)，必要時(shí)加大鋼筋密度。做好屏蔽網(wǎng)之后，還要選擇科學(xué)有效的方法計(jì)算空間內(nèi)的磁場(chǎng)，確保磁場(chǎng)始終處于安全范圍內(nèi)[6]。因外墻處的雷電流強(qiáng)度較大，應(yīng)避免智能建筑物中的電源和通信線路干線靠近外墻，可設(shè)置在智能建筑物中心部位，如在建筑物中心處布設(shè)電梯井、建筑物內(nèi)的各種電氣饋線應(yīng)做好穿金屬管保護(hù)或選擇雙層屏蔽電纜保護(hù)。另外，還要結(jié)合防護(hù)等級(jí)高低，將電涌保護(hù)器或隔離放電裝置直接布設(shè)到重要區(qū)域。根據(jù)智能建筑物防護(hù)等級(jí)，在電涌入戶端、信號(hào)線路入戶端及其他管線進(jìn)入建筑物處做好線纜屏蔽措施，確保線路的埋地長(zhǎng)度在15.0 m以上。

3.2.3 "綜合布線

智能建筑物內(nèi)部通常布有照明、電視、電話、計(jì)算機(jī)等設(shè)備管線，為避免防雷裝置接閃雷電對(duì)這些線路的影響，應(yīng)將這些線路主干線直接穿過(guò)金屬管道，以構(gòu)成可靠屏蔽，還要將這些線路同主干線垂直的部分布設(shè)在高層建筑物中心部位，以免與作為引下線的主筋距離太近，縮小感應(yīng)線路的環(huán)路面積。在布置屋面上的線路時(shí)，需安排好兩端接地、等電位、屏蔽以及同級(jí)別的浪涌保護(hù)器。若是對(duì)防雷接地單獨(dú)設(shè)置接地裝置，安全、交流和直流保護(hù)接地需選擇同一組接地裝置。為避免雷擊電壓對(duì)連接設(shè)備和綜合布線產(chǎn)生的反擊，應(yīng)確保防雷裝置與其他接地體間的距離適宜。對(duì)于多層建筑物防雷接地，可選擇建筑主筋和基礎(chǔ)地板主筋作為接地線和接地體，若是兩者之間的距離不符合安全距離要求，會(huì)產(chǎn)生地電位反擊，應(yīng)做好建筑物內(nèi)各種類型金屬體和進(jìn)出線管的接地工作，同時(shí)確保所有接地共用接地裝置，并做好多處連接，防雷裝置及相鄰金屬物體的電位應(yīng)一致，以保護(hù)綜合布線和系統(tǒng)設(shè)備安全。在智能建筑物入口區(qū)、高層建筑物樓層配線間需要布設(shè)接地裝置。通過(guò)綜合布線方式引入電纜的屏蔽層應(yīng)與建筑物入口處接地裝置直接相連，干線電纜屏蔽層則選擇多股銅線直接與配線間的接地裝置相連，還要確保干線電纜屏蔽層的連續(xù)性。配線間的接地需做好多股銅線與接地母線之間的焊接工作，隨后將其與接地裝置相連。非屏蔽電纜需直接敷設(shè)在金屬線槽或金屬管內(nèi)，確保金屬槽管連接的可靠性，保持電氣的連通性，之后與接地干線相連。配線架等設(shè)備在接地過(guò)程中要與接地裝置并聯(lián)，禁止串聯(lián)。此外，還要結(jié)合信息線路工作頻率、傳輸帶寬、傳輸速率、接口方式、工作電壓等參數(shù)信息，在信息系統(tǒng)入戶建筑物首段選擇合適的電涌保護(hù)器；將損耗和電壓駐波比偏小的信號(hào)浪涌保護(hù)器直接安裝到信息設(shè)備線路入口端，以分流線路雷電流。

3.2.4 "SPD安裝

在安裝電涌保護(hù)器的過(guò)程中，要合理選擇型號(hào)，智能建筑物中的電子信息系統(tǒng)設(shè)備極易遭受電壓危害。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源電力線直接進(jìn)入室內(nèi)，一旦感應(yīng)雷擊出現(xiàn)在電力線路中，直擊雷將高壓主電線擊中后，經(jīng)過(guò)變壓耦合到220 V低壓后，會(huì)入侵計(jì)算機(jī)供電設(shè)備。直擊雷或感應(yīng)雷擊中低壓線路后，會(huì)影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，做好信息系統(tǒng)電源線路的防雷保護(hù)十分重要[7]。在安裝電源電涌保護(hù)器的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循以下6個(gè)原則：（1）計(jì)算線路預(yù)計(jì)雷電流；（2）根據(jù)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估劃分防雷等級(jí)；（3）根據(jù)供電形式安裝電涌保護(hù)器；（4）全面考慮電涌保護(hù)器的性能；（5）在選擇電涌保護(hù)器型號(hào)和安裝工藝的過(guò)程中需要考慮設(shè)備耐受過(guò)電壓情況；（6）考慮建筑物內(nèi)外部磁場(chǎng)對(duì)線路過(guò)電壓可能產(chǎn)生的影響。通常情況下，不同區(qū)域年雷暴日數(shù)有一定差異，尤其是電子信息設(shè)備，雷擊受損頻率較高。綜合上述因素，智能建筑物電源線路可以選擇三級(jí)雷電防護(hù)，也就是將高壓浪涌保護(hù)器安裝到高壓入戶端，在低壓側(cè)安裝I級(jí)實(shí)驗(yàn)電涌保護(hù)器，在對(duì)應(yīng)樓層安裝Ⅱ級(jí)實(shí)驗(yàn)電涌保護(hù)器，在信息系統(tǒng)設(shè)備機(jī)房等安裝Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)實(shí)驗(yàn)電涌保護(hù)器。

4 " 結(jié)語(yǔ)

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程不斷加快，智能建筑物數(shù)量逐漸增多，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，建筑物遭受雷擊的概率隨之增加，構(gòu)建相關(guān)防雷體系極其必要。建筑雷電保護(hù)是復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，涉及氣象、電氣、建筑等不同行業(yè)，需要不同行業(yè)人員的共同努力，為智能建筑物安全運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，降低或避免雷電對(duì)智能建筑物的危害。

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Research on the application of lightning protection technology in intelligent buildings

Chen Yong1， Jiang Haiqin1， Zhuang Zhifu2， Wu Changhui1， Wang Yong1， Xu Xiaochuan1， Lin Yan1

（1.Nanjing Meteorological Bureau， Nanjing 210019， China; 2.Jiangsu Provincial Meteorological Bureau， Nanjing 210019， China）

Abstract：With the rapid development of information technology， lightning protection for the internal information system of intelligent buildings has gradually become a key work for lightning protection. Lightning protection engineering is a complex and systematic project involving multiple disciplines and departments. Therefore， it is very important to do a good job in lightning protection design of intelligent buildings. According to the hazard pathway of lightning to electronic equipment in intelligent buildings and the lightning protection requirements of intelligent buildings， the application of lightning protection technology in intelligent buildings is mainly studied for reference only.

Key words：intelligent buildings; hazard pathway; lightning protection technology