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智能建筑系统中防雷设计浅析

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2019-12-05 04:46

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【摘要】本文介绍了雷电的危害及破坏分类, 及智能建筑弱电系统的防雷、接地设计方案最后结合某工程事例,介绍了该智能建筑的防雷接地措施,并做了总结。.

　　【关键词】智能建筑;防雷设计;雷电危害;弱电系统;防雷措施;接地措施;等电位联结

　　　　智能建筑中弱电系统众多,信号线路复杂、纵横交错,其中采用了大量的联网型精密电子设备,这些电子设备抗电流、抗电压或抗电磁脉冲的能力十分有限,很容易遭受雷电的袭击,不能仅依靠传统的避雷针对这些电子设备进行防雷保护。

　　近年来,各种通信控制系统和网络因雷击而受破坏的事例屡见不鲜,造成的经济损失逐年上升。防雷设计已成为智能建筑弱电系统能否安全运行的一个重要问题。因此,对智能建筑弱电系统作好全面、完善的防雷措施是十分必要的。认真研究和科学设计智能建筑弱电系统的防雷和接地,具有深远的影响和现实意义。

　　2. 雷电的危害及破坏分类

　　2.1 雷电的危害。

　　在地球表面,每时每刻同时发生 2000个左右的闪电,其中落地闪电 (或称落地雷 )每秒钟有 30~100个。雷暴被联合国列为十大自然灾害之一,国际电工委员会 ( IEC)也将雷电称为电子化时代的一大公害。我国每年的雷害损失达100亿元 (其中80%以上为感应雷击造成。

　　2.2 雷电破坏的分类。

　　雷击破坏分为直接雷破坏与感应雷破坏。

　　2.2.1 直接雷破坏。

　　雷电 (指雷电放电中心区域 )直击在建筑物、树木、动物等物体上,因电效应、热效应和机械力效应等会造成建筑物损坏以及人员伤亡。雷电直击在露天的智能化系统设备 (如摄像机 )上可造成设备损坏;雷电直击在架空线缆上可造成线缆熔断。

　　2.2.2 感应雷破坏。

　　雷电感应 (感应雷 )又称二次雷,发生的机率大。它是指闪电放电时在附近导体上产生的静电感应和电磁感应,可能使金属部件之间产生火花和很高的电压。感应雷有以下 3种类型:

　　(1)静电感应。当有带电的雷云出现时,在雷云下面的建筑物和传输线路上都会感应出与雷云极性相反的电荷,雷击发生后被束缚的电荷得到释放,将产生很高的脉冲电压。

　　(2)电磁感应。当雷击避雷针时,在引下线周围会产生很强的瞬变电磁场,处在电磁场中的智能化系统设备和信号、电源线路会感应出较大的感应脉冲电压。以上两种冲击过电压称为雷电感应过电压(浪涌过电压 )。浪涌过电压系统设备的损害没有直击雷猛烈,但其具有放电时间长、发生隐秘、雷击破坏面积大的特点,比直击雷发生的机率大得多,占雷害事故的 80 %以上。

　　(3)雷电波侵入。智能化系统的电源线、信号传输或进入中心控制室的金属管线遭到雷击或被雷电感应时,雷电波沿这些金属导线侵入设备,造成电位差,使设备损坏。此外,高电位反击也可能导致电气线路和设备内部的绝缘击穿或电器损害。

　　3. 智能建筑弱电系统的防雷、接地设计方案

　　在国际标准 IEC 1024 《建筑物防雷》和 IEC1312 《雷电电磁脉冲的防护通则》中,重点提出了防雷分区和等电位联结的概念。根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域,并在不同的防雷区域的界面上进行等电位联结。能直接连接的金属物就直接相连,不能直接连接的 (如电力线路和通信线路等 )则必须依据不同的防雷区域进行科学划分,采用不同防护等级的防雷设备器件,对后续被保护设备进行有效的保护,且必须实施等电位联结。实践证明,这种分区、分级等电位均压连接并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是实现有效防护的主要方法。

　　3.1 直击雷防护。

　　直击雷防护主要是指建筑物主体的防雷,一般是防止建筑物或设施避免直击雷危害而采取的防雷措施。它主要通过接闪器 (包括避雷网、避雷带、避雷针等 )利用引下线将雷电流引至接地体,将它泄放至大地。按照GB50057-1994(2000年版)《建筑物防雷设计规范》的要求,将雷电流引入大地时分散雷电流。建议采用联合接地方式构筑整个大楼的防雷防御网。 [page]

　　3.2电源系统的雷电防护。

　　目前,经实际运行经验验证,由电源系统耦合进入的感应雷击造成的设备损坏占雷击灾害损失60%以上的比例。因此,对电源系统的避雷保护措施是整个防雷工程中必不可少的一个环节。要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁脉冲的侵入,使其在进入大楼电源系统之前将其泄放入地。

　　由于机房电力供给是由大楼的建筑物变配电室引入的,电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。按照国标GB50057-1994,为了将低压配电系统线路上的电压限制在一个安全的水平,在供电线路上需安装 SPD。弱电机房的电源浪涌保护通常作三级保护:电源引入的总配电柜处安装浪涌保护器,作为一级保护;通常弱电机房均由总配电柜单独配出一个回路为机房供电,因此需要在机房配电箱处安装浪涌保护器,作二级保护;在所有重要的、精密的设备以及 UPS的前端应相对地加装浪涌保护器,作为三级保护。有了这三级的保护,就可将雷电过电压 (脉冲 )钳制在1KV以下,达到保护设备的目的。当然,浪涌保护的级数可根据工程的实际情况进行增减,以求经济合理的方案,达到抑制浪涌的目的,保护弱电设备。

　　3.3 信号系统的雷电防护。

　　信号系统防雷包括由户外引至户内的通信线路,主要线路包括电话线、专线、微波通信线 (天馈线 )等。网络通信设备的接口芯片抗过电压冲击的能力很差,一般 CMOS电路极限电压均在几十伏,极易遭受感应雷袭击。根据美国通用电气公司 R. D. Hill的试验结果,只需 0.07 GS的磁场强度就能使网络系统瘫痪,而24GS的磁场强度就能使计算机的元器件永久性损坏,轻则使部分通信线路中断,重则使整个网络瘫痪。

　　为了尽量避免上述灾害情况的发生,需针对不同的设备选用相应的数据通信信号避雷器,以作为通信线路上防感应雷电波的保护措施。由于信号避雷器串接在通信线路中,所以信号避雷器除了满足防雷性能特征外,还必须满足信号传输带宽等网络性能指标的要求。选择相关产品时,应充分考虑防雷性能指标以及网络带宽、传输损耗、接口类型等网络性能指标。

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