现代智能建筑的防雷接地技术探讨

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建 筑 科 学

随着信息技术的发展,特别是互联网技术的日新月异,以及经济快速的发展,智能建筑已经普及到人们的生活当中,智能建筑中线缆密布、系统设备众多,微电子装备复杂,且防护能力单薄,属于耐电压等级低,防干扰要求高的弱电设备,因此在智能建筑建设的过程中不仅要重视智能建筑的性能指标和设备的先进性,更要注意做好建筑物的防雷接地。防雷与接地对于智能建筑中的弱电设备的安全运行和数据的可靠传输有着重要的影响,并且是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。如果建筑物的防雷接地没有处理好,不管是雷电的直击、串击、反击,轻则会造成设备不能有效传输数据,降低智能建筑设备的可靠性:重则会损坏设备的部件,甚至导致设备瘫痪并危及人员的安全。为了保证系统、设备安全、正常地运行,必须采取专门的接地措施加以防护。

1 雷电对现代智能建筑的危害

研究智能建筑物的雷电保护,必须对雷电进行了解,分析雷电是通过哪些方式、途径、渠道危害智能建筑物,雷电是自然界中雷云之间或是雷云与大地之间的一种放

电现象。其特点是电压很高、电流很大、能量释放时间短,具有很大的危害性。雷击主要分为直击雷击和感应雷击。

1.1直击雷击指闪电直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上,产生热效应,电效应和机械力者。其主要危害如下(1)强大的雷电流通过导体时产生热效应,能使放电通道的温度高达数万度,雷击点的发热能量巨大,可使金属熔化,甚至引起火灾。

(2)雷电流作用于非导体上时,由于雷电的热效应,使被击物体内部出现强大的机械压力,致使被击物体受到严重破坏造成爆炸,机械效应对非金属油罐存在极大威胁。

(3)雷云对大地放电时,雷电流通过具有电阻或电感的物体时,因雷电流的变化率大(几十微秒时间内变化几万或几十万安培),能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压,足以使智能建筑电力系统的设施烧毁、导致可燃易爆物品的爆炸和火灾,引起严重的触电事故。

1.2感应雷击是指雷电产生的静电感应和电磁感应对智能建筑设备尤其是电子设备的危害

(1)静电感应：雷云的静电感应是指带电的雷云接近地面时,对导体感应出与雷云符号相反的电荷,智能建筑物或设备顶部大量感应电荷不能迅速流入大地,从而产生很高的对地电压即静电感应电伏,能击穿数十厘米的空气间隙发生火花放电。(2)电磁感应：雷电发生时产生很大的雷击电流,又是在极短的时间内发生,在其周围空间里产生交变电磁场,不仅会使处在这一电磁场中的导体感应出较大的电动势,还会在附近智能建筑物的传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线等部位产生感应电流并侵入设备,使连接在线路中间或终端的设备遭到损害。

2 建筑物雷电防护区划分

雷电防护区的划分是将需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物,从外部到内部划分为不同的雷电防护区(LPZ)。2.1雷电防护区应划分为:直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区(图1),并符合下列规定

(1)直击雷非防护区(lpz0a)：电磁场没有衰减,各类物体都可能遭到直接雷击,属完全暴露的不设防区。

(2)直击雷防护区(lpz0b)：电磁场没有衰减,各类物体很少遭受直接雷击,属充分暴露的直击雷防护区。

(3)第一防护区(lpz1)：由于建筑物的屏蔽措施,流经各类导体的雷电流比直击雷防护区(lpz0b)减小,电磁场得到了初步的衰减,各类物体不可能遭受直接雷击。

(4)第二防护区(lpz2)：进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。

(5)后续防护区(lpzn)：需要进一步减小雷电电磁脉冲,以保护第三度水平高的设备后续防护区。

3 智能建筑的接地

接地问题是强弱电系统和智能化系统普遍存在的问题。就现代智能建筑的接地而言,可有以下不同的划分方法。3.1接地按作用可分为功能性接地和保护性接地两大类,其中,功能性接地有系统接

地、工作接地、逻辑接地和屏蔽接地:保护性接地有保护接地、防雷接地、静电接地

现代智能建筑的防雷接地技术探讨

王春昌 陈艺友

(鹤山市气象局 广东鹤山 529700)

摘 要：文章针对雷电对现代智能建筑的危害、

建筑物雷电防护区的划分,分析智能建筑各类防雷接地技术的特点与作用,选择适合于现代智能建筑的保护接地系统与接地方法,确保现代智能建筑的安全运行。关键词：智能建筑 雷电 防雷 接地中图分类号：T U 1文献标识码：A 文章编号:1672-3791(2011)06(b)-0072-02

图1

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和重复接地等

(1)工作接地：电力系统由于运行和安全的需要常将中性点(N线)接地,这种接地方式叫工作接地。

(2)逻辑接地：将电子设备内部逻辑电路的基准电位点汇集于电路板上的一点作为逻辑信号的参考点而进行的接地,称为逻辑接地,它的作用是保证电路有一个统一的基准电位,不致于浮动而引起信号误差。智能建筑中的智能系统包含各种电子设备,如果逻辑地不处于同一电位,会引起整个系统工作异常。

(3)屏蔽接地：将电缆屏蔽或金属外皮接地达到电磁适应性要求的接地称为屏蔽接地。在智能建筑内电磁兼容性设计非常重要的,为了避免所用设备产生机能障碍,避免可能出现的设备损坏,构成智能系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰,因此对这些设备及其布线必须采取屏蔽保护措施,使其免受来自各种方面的干扰。

(4)防雷接地：在雷击发生时,把雷电流迅速引入大地,防止雷电对其他设施造成危害的接地称为防雷接地。智能建筑中有大量的各类电子设备和网络布线系统,建筑物的各层顶板、底板、侧墙和吊顶内几乎被各种线缆所布满。这些电子设备及布线系统通常都是耐压等级低、抗干扰能力弱,

最怕受雷电影响的部分。不管是雷电所引起的直击、反击还是串击,都会使这些设备和线路受到不同程度的损坏和严重干扰。因此,为保证智能建筑中各类设备的正常运转,对智能建筑的防雷接地的设计必须认真、严谨和可靠。智能建筑中所有的功能接地必须以防雷接地系统为基础,建立严密、完整的防雷体系结构。

智能建筑大多属于一级负荷,应按一级防雷建筑物的保护措施进行设计。防雷接闪器常采用针、带组合型接闪器,避雷带刚采用25m m ×4m m 镀锌扁钢在建筑物屋顶组成防雷网,其网格大小应不超过10m 2为好。该避雷带的网格应与屋面的金属构件以及建筑物梁柱内的钢筋进行可靠的电气连接。引下线可利用建筑物中立柱内的主钢筋引下。各楼层钢筋、外墙面所有金属构件、建筑物基础桩内的钢筋都应和防雷接地系统进行可靠连接,从而组成具有多层屏蔽的笼形建筑物防雷体系。这样不仅可以有效地防止雷击所造成的各种危害,还能抑制各种外来的电磁干扰。

防雷接地装置和电气接地装置采取联合接地的时候,接地电阻要符合其最小值的要求。

(5)防静电接地。

将带静电的物体或有可能产生静电的物体(非绝缘体)通过导静电体与大地构成

电气回路的接地叫做防静电接地。3.2建筑物的接地按连接方式又可分独立接地与联合接地两大类

独立接地将直接接地、保护接地和防雷接地分开设置,这样做的目的是排除来自地线的干扰源。这是根据电子计算机设备要求独立接地或通信系统要求单独接地而采取的接地措施,为避免不同的接地系统引入不同的电位而导致人身和设备事故,根据规范要求,各接地系统之间的距离必须大于20m,且它们的接地极与地线之间要保持绝缘,绝缘电阻应在2M Ω以上,接地电阻小于4Ω。联合接地是指将各种接地通过接地线连接在同一接地装置上。除特殊情况以外,一个建筑物中只能存在一个接地系统,以免引入不同的电位导致人身和设备事故。因此,智能建筑中的智能系统接地若无特殊要求,应采取联合接地。

4 智能建筑中电源的接地

智能建筑中电源的接地方式,有以下五种,下面逐一介绍每种接地方式的优缺点。

4.1IT 系统

IT 系统是三相三线接地系统,该系统变压器的中线点不接地或经阻抗接地,无中线线N,只有线电压(380V),而无相电压(220V),保护接地线各自独立接地,此类系统的优点是:当发生单相接地时,不会使设备外壳中产生过大的故障电流,系统还能照常运行。同时,因为各设备的保护接地线PE彼此分开,相互之间没有干扰,电磁适应性比较强。缺点是:没有中性线N,因此它不适合拥有大量单相设备的智能建筑。4.2TN-C 系统

TN-C系统也被称为三相四线系统,这是目前国内使用较多的配电系统,但只是适合于三相负载相对平衡的场合。总的来说,智能建筑内还是单相负荷多,比较难实现三相平衡,在PE N线中会产生不平衡电流,加上线路中存在由日光灯等设备所产生的高次谐波,在没有发生故障的情况下会在中性线上叠加而使中性线N带上电,并且此电流的大小不断地变化,极不稳定,从而使中性点接地电位也不稳定,产生漂移。因此,在这样的系统中,设备外壳会带电,容易发生触电事故,而且也因无法找到一个合适的基准电位点,使得精密的电子设备无法准确、可靠地运行。所以TN-C系统的接地不能作为智能建筑的接地系统。4.3TT 系统

TT 系统被称为三相四线接地系统,这类系统常用于公共电网给建筑物供电的地方。TT系统的特点是:正常运行时,无论三相负荷是否平衡,即便中性线N 带电时,保护接地线PE 也不会带电,只在有发生单相

接地故障的时候,才可能使设备外壳带电。为防止这种情况的发生,保护人身和设备安全,必须用残余电流开关作为线路及用电设备的保护装置,不然的话只适合于负荷较小的用电系统。

TT系统正常运行时能保护人身和设备的安全,并且也能取得合格的基准接地电位,但是因为公共电网的供电质量不高,难以满足智能建筑中各类设备的更高要求,所以智能建筑也不宜采用该系统作为其供电电源。

4.4TN-S 系统

在建筑物内设立独立的配电所时,可采用该系统。TN-S的接地系统具有安全、可靠的基准电位。

TN-S系统的特点是:在正常工作时,保护接地线P E 上没有电流,因此接在上面的设备外壳没有对地电压,具有较强的电磁适应性。发生故障时很容易切断电源,比较安全,但是费用高,常用于环境条件比较差的地方。TN-S系统可以作为智能建筑的接地系统。

4.5TN-C-S 系统

T N -C -S 系统通常用在从区域变电所引线给建筑物供电的场合。该系统在进户前采用T N -C 系统,在进户处进行重复接地,进户后则变成TN-S系统。该系统的特点是:中性线N常会带电,保护接地线PE所连接的设备金属外壳在系统正常运行的时候不带电,因此TN-S的接地系统明显提高了人和设备的安全性。只要N 线和P E 线的引线都从接地体的同一点引出,并选择正确的接地电阻值,各电子设备可以获得一个接地基准电位点,T N -C -S 系统就可以作为智能建筑的接地系统。

综上所述,现代智能建筑适合选用T N-S 接地系统。

5 结语

在科学技术的发展过程中,现代智能建筑中的各种电子信息设备也在不断的进步与更新,它们对接地的要求也会出现不断的变化,因此推动着智能建筑防雷接地技术不断地向前发展与变化。

参考文献

[1]四川省建设厅.GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[S].中国

建筑工业出版社.

[2]周志敏.电子信息系统防雷接地技术

[M].人民邮电出版社.[3]中华人民共和国机械工业部.GB50057

-94(2000)建筑物防雷设计规范[M].中国计划出版社.

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