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摘要：文章从建筑的整体防雷措施、各种电气的保护工作以等方面阐述了智能建筑的防雷接地工作。
关键字：智能建筑；防雷；电气保护与接地
中图分类号： F407.6文献标识码：A 文章编号：
随着经济技术的高速发展，智能建筑越来越多的出现在我们的生活中，但是，同时我们也应该为保护我们的生命财产安全做好防雷、电气保护与接地工作。
1智能建筑的整体防雷措施
建筑物遭受雷击时,伴随雷电流会同时产生雷电电磁脉冲(LEMP),它们是雷击放电事件的不同表现形式,可一定条件下互相转换。雷电流是以“路”的形式出现,即沿建筑物的金属构架传输;而雷击电磁脉冲(LEMP)则是以“场”的形式出现,它不仅能在建筑物内的导体回路中感应出过电压和过电流,而且也能在建筑物之间的通信线路回路中感应出过电压和过电流"电侵入电子设备的模型如图1所示。因此,随着智能建筑和网络通信技术的发展与应用,雷电流和LEMP成为主要的干扰源。
图1雷电侵入模型
因此,对于智能建筑的防雷设计不能按照常传统的方法进行,应具有综合防护的概念,使其成为一项系统工程。一方面,对建筑物本身的防护,重点是防直击雷的危害,方法主要是装设避雷针或避雷网(带)保护,即外部防雷;另一方面,对智能建筑内部的电子设备与计算机系统,防雷的重点是感应雷的危害,方法是根据抗雷电电磁防护标准进行系统设计,分区防护,即内部防雷。虽然目前的规范和标准都认为将外部防雷措施与内部防雷措施作为整体统一考虑,就能将防雷工作做到安全可靠"但是实践证明,传统的防雷措施已经不能完全适应对智能建筑的防护。因此,根据雷击的特点及其对电子设备的危害途径,发生雷击时建筑物内部空间的磁场分布的研究,在传统的整体防雷措施的基础上,提出了更加完善,防护效果更好的防雷解决方案。如图2所示。
图2雷电防护的整体措
2直(侧)击雷的防护
能建筑大多属于一类建筑,应该按照一类建筑物的防护措施设计。防直(侧)击雷的完整装置包括接闪器!引下线和接地装置三部分。避雷针、避雷线、架空避雷网和避雷带都是接闪器,智能建筑大多使用避雷带和法拉第笼作为接闪器。建筑结构内有纵横交错的钢筋,在没有浇筑混凝土前就像一个大铁笼子,可以将屋面的钢筋引到女儿墙以上明装避雷带,利用多根垂直钢筋为引下线,利用基础结构钢筋为接地装置。而且结构内部纵横交错!密密麻麻的钢筋还可以对雷电空间电磁场起到初级的保护作用。
3雷击电磁脉冲的防护
雷击电磁脉冲(LEMP)是由于雷云对大地间放电产生的雷电电磁脉冲感应到附近的导体中形成的过电压,这种过电压可高达几千伏,对微电子设备的危害最大。它的主要通道是通过电源线路、各类信号传输线路、天馈线路和进入建筑物的各种导体侵入设备和系统,造成破坏"因此,对雷击电磁脉冲的防护,应该在入侵通道上将雷电过电压!电流泻放入地,以达到保护的目的。主要方法有隔离、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压、过流保护、接地等"
4 建筑物内电子设备的综合防护
从建筑物内电子设备防雷电电磁脉冲的需要出发,最主要的防护措施包括泄流、均压、屏蔽和接地等,各种措施应该互相配合,才能起到综合防护的目的。
4.1屏蔽保护
电子设备中大量采用半导体器件和集成电路,它们十分脆弱,一旦雷击产生的暂态电磁脉冲直接辐射到这些器件上,或在电源或信号线上感应出暂态过电压波沿线路侵入电子设备,则会使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施。由于配备于各种室内电子系统的功能、组成、结构和安装位置不同,所采取的屏蔽措施也因具体情况而异。
(1)建筑物的自然屏蔽
现代的智能化建筑,其结构中包含大量的金属构件,如金属屋面、金属网格、混凝土钢筋、金属门窗和护栏等,在建造过程中,将这些金属构件在电气上连接在一起,即可对建筑物构成一个立体屏蔽网,即“法拉第笼”。虽然这种自然屏蔽网是格栅稀疏的,但它可以对外部的雷电电磁脉冲形成初步的屏蔽,使之受到一定程度的衰减,从而有助于减缓对内部电子设备屏蔽要求的压力。
依靠这种笼式避雷网可对LEMP起到有限的屏蔽作用,其屏蔽效能在很大程度上取决于钢筋网格的尺寸,这点我们在前面已经进行了研究。
(2)电源线和信号线的屏蔽
建筑物内的各系统中既有电流线,也有数据信号线,这些线路与各设备相连,同时又进出房间内外,房间开有门窗,房间的混凝土墙中有结构钢筋。因此,由雷电流产生的电磁脉冲能比较容易的通过电源线和信号线侵害系统中的电子设备。
因雷电流具有陡度,引下线在其周围产生强磁场和感应电场,导线若平行引下线敷设,引下线附近的导体回路的磁通量发生变化,回路便会产生感应电压,所以尽可能使设备电缆不与引下线平行敷设,不能避免的,就躲得远一些或采用屏蔽方法,把电缆敷设在高磁导率的铁管内"各电子设备的外壳应就近与接地系统连接,交流电流的保护地线也要与接地系统相连,并保持与电源线平行。此外,还应将建筑物内屏蔽信号电缆的护套与接地系统和保护地线以及设备外壳等就近连接,在未屏蔽信号线上装短路环。短路环的两端也要与设备外壳!保护地线和接地系统等相连。
(3)仪器和设备屏蔽
高精尖的信息处理设备,都应封闭起来。对于那些起关键性作用的仪器或设备群应考虑放在屏蔽室内;重要的计算机系统,也应加强其屏蔽措施,可根据实际需要采用单个设备屏蔽和整个机房屏蔽等方式。出于暂态过电压保护的目的,进入电子仪器的电缆线应采用象压敏电阻之类的保护元件与仪器的屏蔽体系相连接,在屏蔽信号电缆的输入和输出端,宜采用暂態抑制二极管等的保护元件与仪器屏蔽体系相连接,以便在仪器的出、入口将沿信号侵入的暂态过电压波堵住,不让它进入仪器。
4.2均压保护
对于建筑物内电子设备遭受雷击暂态高电位反击的问题,均压措施起着十分重要的作用"将建筑物内不同的电缆外屏蔽层、设备外壳、金属构件和进出建筑物的金属管道通过电气搭接连接在一起,形成一个电气上的连续整体,能够有效地避免在不同金属物之间出现过高的暂态电位差,从而可以防止反击的发生,以维护设备的安全运行、同时,还应做到与屏蔽、接地和箱位保护措施的配合,才能达到好的雷电防护效果。
4.3 接地保护
在智能建筑中为了保证各智能化电子信息系统的安全运行和数据可靠传输，同时为了抑制电磁干扰，提高信息系统的电磁兼容性，接地是最主要的技术措施之一。
工作接地
电子设备的工作接地主要是为了使整个电子电路有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰信号提供低阻抗的通路，以及使屏蔽措施能发挥良好的效果。
(2)保护接地
保护接地即用PE线将建筑物内的用电设备及设备附近的一些金属构件连接起来,但是，重要的是，不能把PE线与N线连接在一起。反之，如果不作保护接地 ,很容易就会引发触电事故。实行保护接地后,设备的金属外壳和大地已经有良好的连接,只要接地电阻符合要求,发生漏电时可保障人身安全。
(3)防雷接地
防雷接地主要是为了把雷电流迅速导入大地。智能建筑内有大量的电子设备(如通信自动化系统、火灾报警及消防联动控制系统、楼宇自动化系统、保安监控系统、办公自动化系统及闭路电视系统等)以及与之相应的布线系统。建筑物的各层顶板、底板、侧墙、吊顶内几乎被各种布线布满。这些电子设备及布线系统一般属于耐压等级低、防干扰要求高、最怕受到雷击的部分。不管是直击、串击、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此,对智能建筑的防雷接地设计必须严密、可靠。智能建筑的所有功能接地必须以防雷接地系统为基础,建立严密、完整的防雷结构。
结语
通过进一步完善智能建筑的整体防雷保护措施,也为建筑物内微电子设备的安全布置提供重要依据,最终实现对微电子设备进行积极防护,降低雷击危害,最大限度的减少雷电灾害带来的损失。
参考文献：
[1] 马宏达,建筑物防雷的变与不变,建筑电气,2002,21(2):26一28
[2] 苗静康,建筑防雷与电气安全技术,北京:中国建筑工业出版社,2003.1一5
关键字：智能建筑；防雷；电气保护与接地
中图分类号： F407.6文献标识码：A 文章编号：
随着经济技术的高速发展，智能建筑越来越多的出现在我们的生活中，但是，同时我们也应该为保护我们的生命财产安全做好防雷、电气保护与接地工作。
1智能建筑的整体防雷措施
建筑物遭受雷击时,伴随雷电流会同时产生雷电电磁脉冲(LEMP),它们是雷击放电事件的不同表现形式,可一定条件下互相转换。雷电流是以“路”的形式出现,即沿建筑物的金属构架传输;而雷击电磁脉冲(LEMP)则是以“场”的形式出现,它不仅能在建筑物内的导体回路中感应出过电压和过电流,而且也能在建筑物之间的通信线路回路中感应出过电压和过电流"电侵入电子设备的模型如图1所示。因此,随着智能建筑和网络通信技术的发展与应用,雷电流和LEMP成为主要的干扰源。
图1雷电侵入模型
因此,对于智能建筑的防雷设计不能按照常传统的方法进行,应具有综合防护的概念,使其成为一项系统工程。一方面,对建筑物本身的防护,重点是防直击雷的危害,方法主要是装设避雷针或避雷网(带)保护,即外部防雷;另一方面,对智能建筑内部的电子设备与计算机系统,防雷的重点是感应雷的危害,方法是根据抗雷电电磁防护标准进行系统设计,分区防护,即内部防雷。虽然目前的规范和标准都认为将外部防雷措施与内部防雷措施作为整体统一考虑,就能将防雷工作做到安全可靠"但是实践证明,传统的防雷措施已经不能完全适应对智能建筑的防护。因此,根据雷击的特点及其对电子设备的危害途径,发生雷击时建筑物内部空间的磁场分布的研究,在传统的整体防雷措施的基础上,提出了更加完善,防护效果更好的防雷解决方案。如图2所示。
图2雷电防护的整体措
2直(侧)击雷的防护
能建筑大多属于一类建筑,应该按照一类建筑物的防护措施设计。防直(侧)击雷的完整装置包括接闪器!引下线和接地装置三部分。避雷针、避雷线、架空避雷网和避雷带都是接闪器,智能建筑大多使用避雷带和法拉第笼作为接闪器。建筑结构内有纵横交错的钢筋,在没有浇筑混凝土前就像一个大铁笼子,可以将屋面的钢筋引到女儿墙以上明装避雷带,利用多根垂直钢筋为引下线,利用基础结构钢筋为接地装置。而且结构内部纵横交错!密密麻麻的钢筋还可以对雷电空间电磁场起到初级的保护作用。
3雷击电磁脉冲的防护
雷击电磁脉冲(LEMP)是由于雷云对大地间放电产生的雷电电磁脉冲感应到附近的导体中形成的过电压,这种过电压可高达几千伏,对微电子设备的危害最大。它的主要通道是通过电源线路、各类信号传输线路、天馈线路和进入建筑物的各种导体侵入设备和系统,造成破坏"因此,对雷击电磁脉冲的防护,应该在入侵通道上将雷电过电压!电流泻放入地,以达到保护的目的。主要方法有隔离、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压、过流保护、接地等"
4 建筑物内电子设备的综合防护
从建筑物内电子设备防雷电电磁脉冲的需要出发,最主要的防护措施包括泄流、均压、屏蔽和接地等,各种措施应该互相配合,才能起到综合防护的目的。
4.1屏蔽保护
电子设备中大量采用半导体器件和集成电路,它们十分脆弱,一旦雷击产生的暂态电磁脉冲直接辐射到这些器件上,或在电源或信号线上感应出暂态过电压波沿线路侵入电子设备,则会使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施。由于配备于各种室内电子系统的功能、组成、结构和安装位置不同,所采取的屏蔽措施也因具体情况而异。
(1)建筑物的自然屏蔽
现代的智能化建筑,其结构中包含大量的金属构件,如金属屋面、金属网格、混凝土钢筋、金属门窗和护栏等,在建造过程中,将这些金属构件在电气上连接在一起,即可对建筑物构成一个立体屏蔽网,即“法拉第笼”。虽然这种自然屏蔽网是格栅稀疏的,但它可以对外部的雷电电磁脉冲形成初步的屏蔽,使之受到一定程度的衰减,从而有助于减缓对内部电子设备屏蔽要求的压力。
依靠这种笼式避雷网可对LEMP起到有限的屏蔽作用,其屏蔽效能在很大程度上取决于钢筋网格的尺寸,这点我们在前面已经进行了研究。
(2)电源线和信号线的屏蔽
建筑物内的各系统中既有电流线,也有数据信号线,这些线路与各设备相连,同时又进出房间内外,房间开有门窗,房间的混凝土墙中有结构钢筋。因此,由雷电流产生的电磁脉冲能比较容易的通过电源线和信号线侵害系统中的电子设备。
因雷电流具有陡度,引下线在其周围产生强磁场和感应电场,导线若平行引下线敷设,引下线附近的导体回路的磁通量发生变化,回路便会产生感应电压,所以尽可能使设备电缆不与引下线平行敷设,不能避免的,就躲得远一些或采用屏蔽方法,把电缆敷设在高磁导率的铁管内"各电子设备的外壳应就近与接地系统连接,交流电流的保护地线也要与接地系统相连,并保持与电源线平行。此外,还应将建筑物内屏蔽信号电缆的护套与接地系统和保护地线以及设备外壳等就近连接,在未屏蔽信号线上装短路环。短路环的两端也要与设备外壳!保护地线和接地系统等相连。
(3)仪器和设备屏蔽
高精尖的信息处理设备,都应封闭起来。对于那些起关键性作用的仪器或设备群应考虑放在屏蔽室内;重要的计算机系统,也应加强其屏蔽措施,可根据实际需要采用单个设备屏蔽和整个机房屏蔽等方式。出于暂态过电压保护的目的,进入电子仪器的电缆线应采用象压敏电阻之类的保护元件与仪器的屏蔽体系相连接,在屏蔽信号电缆的输入和输出端,宜采用暂態抑制二极管等的保护元件与仪器屏蔽体系相连接,以便在仪器的出、入口将沿信号侵入的暂态过电压波堵住,不让它进入仪器。
4.2均压保护
对于建筑物内电子设备遭受雷击暂态高电位反击的问题,均压措施起着十分重要的作用"将建筑物内不同的电缆外屏蔽层、设备外壳、金属构件和进出建筑物的金属管道通过电气搭接连接在一起,形成一个电气上的连续整体,能够有效地避免在不同金属物之间出现过高的暂态电位差,从而可以防止反击的发生,以维护设备的安全运行、同时,还应做到与屏蔽、接地和箱位保护措施的配合,才能达到好的雷电防护效果。
4.3 接地保护
在智能建筑中为了保证各智能化电子信息系统的安全运行和数据可靠传输，同时为了抑制电磁干扰，提高信息系统的电磁兼容性，接地是最主要的技术措施之一。
工作接地
电子设备的工作接地主要是为了使整个电子电路有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰信号提供低阻抗的通路，以及使屏蔽措施能发挥良好的效果。
(2)保护接地
保护接地即用PE线将建筑物内的用电设备及设备附近的一些金属构件连接起来,但是，重要的是，不能把PE线与N线连接在一起。反之，如果不作保护接地 ,很容易就会引发触电事故。实行保护接地后,设备的金属外壳和大地已经有良好的连接,只要接地电阻符合要求,发生漏电时可保障人身安全。
(3)防雷接地
防雷接地主要是为了把雷电流迅速导入大地。智能建筑内有大量的电子设备(如通信自动化系统、火灾报警及消防联动控制系统、楼宇自动化系统、保安监控系统、办公自动化系统及闭路电视系统等)以及与之相应的布线系统。建筑物的各层顶板、底板、侧墙、吊顶内几乎被各种布线布满。这些电子设备及布线系统一般属于耐压等级低、防干扰要求高、最怕受到雷击的部分。不管是直击、串击、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此,对智能建筑的防雷接地设计必须严密、可靠。智能建筑的所有功能接地必须以防雷接地系统为基础,建立严密、完整的防雷结构。
结语
通过进一步完善智能建筑的整体防雷保护措施,也为建筑物内微电子设备的安全布置提供重要依据,最终实现对微电子设备进行积极防护,降低雷击危害,最大限度的减少雷电灾害带来的损失。
参考文献：
[1] 马宏达,建筑物防雷的变与不变,建筑电气,2002,21(2):26一28
[2] 苗静康,建筑防雷与电气安全技术,北京:中国建筑工业出版社,2003.1一5